【大树云漫談】-藍牙 Mesh 於工業物聯網之應用

藍牙 ( Bluetooth ) 是全球最為普及的無線通訊技術之一,電信商Ericsson 於 1994 年發明此技術,希望可以建立一個可連結多個裝置的無線通訊方法,並希望可以藉由標準的通訊協議,以解決用戶彼此之間不相容的電子裝置。
1998 年,Sony Ericsson、Nokia、Intel 等業界龍頭創立 Special Interest Group ( 即為現今的 Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth SIG ),目標就是要開發可以在一定距離範圍內,任意無線通訊的藍牙標準。
迄今,已可在許多電子裝置上看到藍牙,例如:手機、電腦、印表機、鍵盤、滑鼠、無線耳機、智慧手錶等。



藍牙的通訊方式從最初的一對一傳播,一對多傳播,以及 2017 年提出 BLE 5.0的 Mesh,讓藍牙的應用場景逐漸廣泛;甚至可以透過 Mesh 節點間的串連,克服了以往傳輸距離不足,覆蓋範圍太小的問題。


想當然爾,藍牙 Mesh 的應用場景會與其他 Mesh 技術 ( ZigBee 等 ) 有些許重複,但藍牙 Mesh 的差異化優勢或許會讓藍牙 Mesh 在這場 Mesh 戰爭中存活下來:

1. 低功耗:藍牙 Mesh 有兩種方式做低功耗,一是設定某些節點為低功耗節點( Low-power node, LPN ) 此類節點只在有必要收發訊息時醒著,其餘時間都在休眠狀態;
二是設定某些節點為朋友 ( Friend ) 節點,這類節點可以與低功耗節點建立友誼 ( Friendship ),一但低功耗節點與朋友節點建立友誼後,若有訊息要發給低功耗節點,卻發現低功耗節點處於休眠狀態時,
具備友誼關係的朋友節點可以暫存其訊息,等到低功耗節點醒了之後,再從朋友節點得到原本的訊息。



2. 安全性:傳輸中的所有訊息都需經過 AEC-CCM 128-bit 的加密與認證,且網路層 ( Network layer ) 和應用層 ( Application layer ) 皆各有一組金鑰,此舉讓破解安全加密的難度有所提升。

3. 無需閘道器 ( Gateway ):跟其他 Mesh 節點 ( 例:ZigBee ),基本上的不同就是無需閘道器做訊息的統一收發,可以隨時隨地接入任一個節點並且延伸到藍牙 Mesh 網路。

那麼,在工業物聯網的場域中可以帶來什麼應用呢?

以近來探討的工具機裝置的預測及維護而言,一些沒法聯網的裝置,可以將感測器將收集到的資訊,例如:溫度、震動、流量等,透過藍牙 Mesh 把這些資訊傳送到閘道器後,一併送到伺服器上,以便做即時監控與數據分析。
更甚者可以在閘道器進行邊緣計算,讓重要的情況在第一時間即時處理,需要儲存、分析的資訊才送上雲端。

若有資產追蹤與空間定位的需求,藍牙 Mesh 也可以達到此一目標,其準確度可達到哪個樓層,甚至是哪個房間;
舉例而言,可以藉由此項功能得知最近的滅火器在何處,一旦火警發生,可以準確地拿取最接近的滅火器協助滅火,甚至透過滅火器內的感測器定時回報滅火器的氣壓等資訊,若有異常狀況可以馬上更換新品。


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