蓝牙是怎么从无线音频走向工业物联网

今年7月，蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group, SIG)正式宣布开始全面支持mesh 网状网络。全新的mesh功能提供多对多设备传输，并特别提高构建大范围网络覆盖的通信效能，适用于楼宇自动化、无线传感器网络等需要让数以万计个设备在可靠、安全的环境下传输的物联网解决方案。

蓝牙的"三步走"战略

蓝牙技术联盟市场副总裁孔德容(Ken Kolderup)在接受媒体采访时表示，迄今为止，蓝牙已经实现了从"一对一"的点对点设备传输，到"一对多"的广播传输，再到最新的mesh"多对多"设备传输的"三步走"战略。 

20年前推出的BR/EDR(即蓝牙基础速率/增强资料速率)技术，实现了不同电子产品间的"一对一"连接，因此也成为许多无线音频市场(无线耳机、无线音箱和车载信息娱乐系统)开发人员的首选技术。2016年，蓝牙无线音频市场的出货量达到了6.47亿台，预计到2022年，这一数字将增长到每年10亿台。另据孔德容透露，2018年下半年，蓝牙无线音频技术将在三方面迎来重大革新，包括让音频流也可以使用低功耗蓝牙；引入音频编码解码器，提升蓝牙音质；支持设备连接和传输音频，包括支持多点传送和广播音频，这有助于开辟许多新的应用程序和服务。

2016年底正式发布的"蓝牙5"(Bluetooth 5)标准，是蓝牙技术发展史上具备"里程碑"意义的事件，其主要面向互联设备市场，重点包括4倍的传输距离、2倍的传输速度、以及8倍的广播数据传输量的增长。此外，通过在蓝牙5中加入新的跳频算法(slot availability mask, SAM)，使得蓝牙技术可以事先侦测到其他无线通信技术在2.4GHz频带的使用状况，更加有效进行避让以降低通信时的干扰，这也是蓝牙5核心规格版本目前在三大主要更新之外的另一大重要特性，即更好的共存性。

蓝牙Beacon的出现首次实现了"一对多"的连接能力，通过一个产品终端与多个产品实现连接，消费者可根据所在的位置，如商场、餐厅、车站、机场等获得相关优惠信息、车量到站、航班情况等信息服务。

最后，我们可以一起看看最新推出的蓝牙mesh功能。这是可用于低功耗蓝牙的第三种网络拓扑选择，能够进行对"多对多"的设备传输，可实现数以万计的设备之间进行传输，并且具有可扩展性。楼宇自动化、无线传感器网络和资产追踪是当前最有可能采用该技术的应用场景。

为工业级应用而生的蓝牙mesh

孔德容说，蓝牙mesh是从一开始就被设计为真正用于工业级的mesh网络解决方案，其规范完全满足商业建筑和工厂自动化等市场严格的可靠性、可扩展性和安全性要求。例如，蓝牙mesh具备与生俱来的多路径自我修复能力，可避免因单点故障影响整个网络。虽然大多数mesh解决方案不能扩展到几百个节点之外，但蓝牙mesh可以扩展到超过1,000个节点，并且已经有超过1,000个节点的部署案例代表。

蓝牙mesh的安全级别可达到政府级安全: 添加至网络的设备可预置256位椭圆曲线和带外(Out-of-Band)认证。所有mesh通信均由具有128位密钥的AES-CCM提供保护，以确保所有mesh信息都得以加密和认证；第二，由多层保护: 在网络层和应用层均实施了加密和认证。网络中的所有节点都无需读取消息内容，就能对其进行中继转发。内容由独立的应用密钥提供保护，可实现真正的端到端安全性；第三，针对隐私保护，每个mesh封包都会进行模糊化处理，抹去消息中的任何识别信息。这能够防止他人追踪mesh设备，尤其是当那些设备处于其他网络覆盖范围之内时。因此，目前所有已知攻击的手段，从标准的中间人(man-in-the-middle)攻击到新型攻击(包括"垃圾桶攻击")，都可以得到防范。

要突出的另一个特性是互操作性。蓝牙标准成功的一个主要原因是它致力于确保全球多厂商的互操作性。在蓝牙mesh技术推向市场之前，蓝牙mesh工作组的150多个会员企业进行了15场互联互通(IOP)测试并测试包含了1400多个测试样式，目的是把各个厂商的mesh实现方案进行互联互通，来保证mesh在发布之后能够满足市场的需求。目前，蓝牙技术联盟会员公司现有的蓝牙mesh产品，无论是协议栈、SDK，或者是相关的产品，从mesh发布以后，都可以正式进入产品认证流程。

除了点对点的传输之外，蓝牙mesh还采用可管理的网络泛洪(Managed flooding)，这种方式好处在于任何一个单点设备的故障不会导致网络中其他节点通信受影响。因为所有的信息都是经过广播的，任意一个节点收到了一个之前没有经过广播的信息时，当它满足条件就可以被广播出去，直到到达目的地。此外，mesh网络也没有基于一个中央hub的概念，网络当中的每一个节点都可以任