網狀網路(Mesh)終於正式獲得藍牙(Bleutoth)支援,成為經互通性測試的全球標準,讓藍牙支持者能夠將目標瞄準於以往一直無法突破的機器對機器(M2M)、工業物聯網(IIoT)等新市場。

藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)行銷副總裁Ken Kolderup表示,新的標準將使其成員公司能夠「圍繞著諸如商業建築物自動化等新興市場發展並提振業務」。Kolderup解釋,藍牙Mesh是商業建築物和工廠自動化的「工業級」網狀網路技術。它充份發揮了其他網狀技術無法達到的「可靠性、安全性以及可擴展能力」。

20170907_Bluetooth_NT31P1 圖1:藍牙Mesh有助於擴展工業物聯網領域 (來源:Bluetooth SIG)

IHS Markit連網與IoT首席分析師Lee Ratliff認為,SIG宣佈藍牙支援Mesh的決定「從長遠來看是非常重要的」。Ratliff指出,雖然「藍牙Mesh可能還需要一段時間才能找到自己的發展之路,但從藍牙的新標準中已能清楚地看到諸多優勢,特別是在許多最具吸引力的市場,如照明、自動化、安全性、資產追蹤以及定位等方面。」

「藍牙至今一直是點對點的連接技術,它需要行動裝置以及人們加以擴展。」Ratliff解釋說:「Mesh則使藍牙能處理各種有關分散式智慧系統的IoT應用,而無論是否需要人員的介入。」最終,其結果是使藍牙具有「因應大部份IoT市場的必要能力。」

「給我們Mesh!」

芯科科技(Silicon Labs)物聯網產品資深副總裁兼總經理Daniel Cooley可說是網狀技術的強力支持者。Silicon Labs已經從發展ZigBee和Thread等其他網狀網路技術中累積多年經驗了,深深瞭解為什麼消費者和工業市場都需要網狀技術。

Cooley說:「隨著人們對於網路的期望越來越高,他們期待網路能夠處理數百(或數千)個IP位址,從而在整個房子和建築物上提供Wi-Fi等級的訊號性能。人們無法再忍受微弱的Wi-Fi訊號了,如果能以更少的天線擺脫束縛會更好。」

Cooley表示,藍牙5帶來了更高的資料速率和更長的範圍,但藍牙Mesh「進一步擴展範圍、打造更大規模的網路,同時也減少了網路所需的天線數量。」因此,過去五年來,藍牙SIG的許多成員都在要求:「請給我們Mesh!」

藍牙Mesh、ZigBee、Z-Wave和Thread比較

Ratliff認為,藍牙Mesh不可避免地「將會明顯侵蝕到ZigBee、Z-Wave和Thread原有的領域——其差異化的優勢一直就在於網狀能力。」

他指出,「這些傳統的網狀協議都缺少在行動裝置(以及其他主要平台,如數位語音助理)中的原生位置,因此,藍牙還可以充份利用在行動生態系統的影響力,這對於任何於消費應用(如智慧家庭)而言都相當重要。」

那麼,ZigBee、Z-Wave和Thread接下來如何求生存?

Ratliff建議,「其他技術必須更專注於其強項和差異化」。例如,ZigBee在照明、智慧電錶和商業應用方面表現強勁。Thread則是建立在網路級經IETF標準認證802.15.4 PHY/MAC基礎上的全IP協議。Z-Wave在智慧家庭自動化和安全性方面佔據強勢地位,並廣受專業安裝人員和服務供應商的採用。

Zigbee聯盟(Zigbee Alliance)技術副總裁Victor Berrios指出,業界確實一直在期待藍牙Mesh的來臨。但在他看來,這一場戰爭還沒有結束。

他觀察到,藍牙Mesh「只是捲進了一場原本就在進展中的戰事,靠的是它現有技術與功能的品牌資產。」然而,Berrios提醒道:「物聯網的世界正迅速地向前邁進,它相當仰賴目前經認證的既有網狀網路與應用層支援,並正擴展其互通性至更高層。」

他指出,我們今天所處的環境「經常要求多種選擇(單一來源提供多種技術選擇,即單一晶片支援多種無線電),並期待互通性」,例如Dotdot等計劃。他們的設計旨在「提供一個強大的通用應用層,以支援Thread、Wi-Fi等不同網路上的數百種裝置類型,從而實現物聯網的承諾。」

路由網狀協議 vs. 可控制泛流式架構

傳統的網狀網路協議和藍牙Mesh之間存在架構差異。Ratliff解釋說,相較於藍牙Mesh採用「可控制的泛流式」(managed flood)架構,所有的傳統協議使用的都是預先規劃路徑(routed)的網狀網路架構。

「藍牙Mesh是一種泛流式網狀架構,它十分簡單,而且僅需要很少的網路管理開銷。但在某些情況下並不像路由網狀架構那麼有效率。」他接著說:「而且,由於通常所有的節點都必須重覆每個封包,以保持其喚醒狀態,因此在功耗方面較不利。」

當然,藍牙的「可控制泛流式」架構希望透過讓低功耗節點保持「休眠」,只在收集佇列訊息與回應時才喚醒,以提高功率效能。Ratliff指出,「藍牙架構是否能像ZigBee/Thread/Z-Wave所使用的一樣好,還有待時間的證明。」

「而且,藍牙Mesh並不像Thread一樣是全IP的。許多人認為整個物聯網應該從端對端都使用IP。如果這一點變得來越重要,藍牙就可能因此而輸給Thread。」

Silicon Labs當然不會僅支持一種網狀技術。Cooley表示:「不同的終端應用將選擇不同的網狀技術。」但他認為藍牙Mesh的優勢在於其互通性。「這是我們第一次看到機器對機器之間的真正互通性。」他解釋說,因為藍牙Mesh涵蓋了完整的堆疊,包括網路層和應用配置。

20170907_Bluetooth_NT31P2 圖2:藍牙Mesh架構 (來源:Bluetooth SIG)

例如,藍牙SIG定義了用於燈泡和通用開/關模式的藍牙Mesh應用配置,從而為其互通性增加了不同的嚴密程度。相形之下,競爭的網狀網路技術定義的是網路層,而非應用層,讓開發人員突破參考設計限制並開發自己的應用。

照明平台

隨著藍牙Mesh的推出,整個藍牙社群似乎由於「藍牙Mesh應用於建築物照明的美好前景」而備受鼓舞。

但為什麼對於燈泡感到振奮呢?首先,我們都知道,最受歡迎的Apple HomeKit採用的是Philips Hue燈泡,它透過ZigBee連接照明系統。

Kolderup解釋說:「我們目前正將照明視為一個平台。」一旦商業建築開始用LED燈替代小型螢光燈(CFL)以符合規定,Kolderup說:「他們可以使用藍牙Mesh經由無線連接這些新安裝的燈。」突然之間,網狀網路可以涵蓋整個建築物,因為每隔幾公尺就安裝了一盞燈。簡而言之,他說,照明在「熱氣、冷氣和安全等其他建築物自動化應用之上,建立了一個重要的據點,並成為一個重要平台。」

Kolderup補充說,通常安裝在天花板上的照明系統,佔據了可實現「尋找路線」和「資產追蹤」等其他藍牙應用的策略位置。」

20170907_Bluetooth_NT31P3 圖3:藍牙Mesh網路可用於資產追蹤 (來源:Bluetooth SIG)

事實上,James Brehm & Associates的IoT策略負責人Mike Krell指出,「對於藍牙長期成功但不一定需要網狀技術的關鍵領域就是信標(Beacon)。但是,網狀技術能與Beacon結合的事實,為藍牙在特定的廣告與定位應用方面,帶來了更勝於其他技術的真正優勢。」

IHS分析師Ratliff也認為照明「非常具有吸引力」,原因有很多。首先,這是一個普遍的市場,橫跨所有地區的消費、商業和工業應用。其次,它本身就是一個很大的市場。第三,照明節點較密集,而非分散。Ratliff解釋說,對於一個可靠、強大的網狀網路來說,這些都是十分關鍵的特徵。此外,燈具通常高掛在上,因而具有清晰的視線,可以看到房間/建築物的所有部份,覆蓋範圍和接收面更廣。

最重要的是,Ratliff說:「誰能在照明上勝出,就能擁有有巨大的優勢,因為網狀網路的建立一直是以照明系統為基礎,而且還可被其他無法自行夠快達到相同密集/分散式網路的應用(自動化、安全與資產追蹤等)重覆利用,以確保有效通訊。」

Ratliff預測,「藍牙擁有更好的機會,能夠更快搶進ZigBee原已佔有一席之地的商用照明。畢竟,沒有哪一種技術能永遠鎖定一個市場。」

至於高通的CSRmesh?

高通(Qualcomm)旗下的CSR很早就開始針對藍牙Mesh展開行動。該公司雖然領先推出其專有的CSRmesh,但高通也是藍牙SIG的成員,因而致力於推動藍牙Mesh。

在藍牙SIG正式公佈藍牙Mesh之前,高通並不願發表是否從CSRmesh轉型至藍牙Mesh計劃的任何評論。不過,業界分析師猜測這其實只是時間早晚的問題。

Krell說:「根據我的理解,這是韌體升級到現有藍牙無線技術的問題,預計高通很快地就會加以支援。」

Ratliff說:「我不知道高通的轉型計劃。但由於這只是一個軟體差異的問題,同時支援二者應該也沒什麼問題。有些客戶可能更喜歡CSRmesh,有些OEM則會選擇專有的網狀協議,用於開發自家生態系統專用產品。」

藍牙Mesh生態系統

大約有150家公司都參與了藍牙Mesh的開發工作;其中,包括ARM、Cypress、愛立信(Ericsson)和Silicon Labs等幾家公司也參加了藍牙SIG的藍牙Mesh發佈,表達對於新標準的支持。

20170907_Bluetooth_NT31P4 (來源:Bluetooth SIG)

Ratliff指出:「預計所有主要的藍牙晶片供應商都將支援藍牙Mesh,包括單模藍牙晶片的一線和二線供應商:Nordic、德州儀器(TI)、戴樂格(Dialog)、高通、Cypress、意法(ST)、Silicon Labs、恩智浦(NXP)與微芯科技(Microchip)。所有主要的雙模(BR/EDR + BLE)晶片製造商也將支援藍牙Mesh,但可能不會立刻行動——時間點將由行動作業系統(OS)決定。」他並補充說,「所有的硬體都回到能執行Mesh的4.0版,讓擁有現行BLE晶片的任何公司都能支援僅使用軟體堆疊建置的Mesh。

至於Silicon Labs提供的藍牙Mesh呢?Ratliff雖然不確定其堆疊是否較競爭產品更具有技術優勢或功能,但他強調,Silicon Labs本身「具有原生的優勢」,因為該公司在ZigBee和Thread的發展上發揮了重要作用,而且比任何人更瞭解網狀網路技術。他們在多協議晶片方面握有巨大的能力,我認為這將變得越來越重要。

此外,他強調:「Silicon Labs已經與在ZigBee佔主導地位的照明供應商建立了合作關係。他們還擁有非常廣泛的IoT技術組合——不僅僅是BLE/ZigBee/Thread,還包括處理器、感測器、模組與軟體等。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Mesh to Thrust Bluetooth in Industrial IoT,by Junko Yoshida)