【技术】蓝牙5与蓝牙MESH，增加蓝牙传输距离并将蓝牙设备进行组网通讯
蓝牙是一种常用的无线通讯设备，比如蓝牙耳机、蓝牙音箱。随着物联网的发展，为了满足物联网使用需求，增加蓝牙传输距离并将蓝牙设备进行组网通讯，蓝牙技术联盟推出了蓝牙5.0标准和蓝牙Mesh技术。
蓝牙5.0标准由蓝牙技术联盟2016年6月16日发布的最新一代蓝牙标准。与蓝牙4.2相比，蓝牙5.0有以下几点优势：
1、更快的传输速度、更远的传输距离
蓝牙4.2标准最大突发速率为1Mb/s，而蓝牙5.0标准将速率提高到2Mb/s。可以让蓝牙设备响应更快、性能更高。通过降低带宽，保持原来的功率要求的情况下，可以使传输距离提高至原来的4倍，有效传输距离可达300米。
2、增加导航功能
蓝牙5.0标准添加了导航功能，结合wifi可以实现精度小于1米的室内定位，有利于实现室内导航功能。
3、增加广播容量
蓝牙5.0标准将广播数据从传统的三个广播信道扩展到全部数据信道。广播信道增加，提高了广播传输容量，可以把更多的信息传送到其他兼容设备，而不会形成实际连接，从而加快互动速度。
4、更低功耗
蓝牙5.0标准针对物联网进行了很多底层优化，力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。
5、提高传输准确性
蓝牙5.0标准增加了低功耗编码物理层。低功耗编码物理层标准有两种编码方式：S=8和S=2，其中S是每个位的符码数。除循环冗余校验(CRC)以外，还有卷积编码及映像，提高了冗余度，减少了出错的机会。在远距离通讯时，可以进行检测和校正，确保数据的正确性。
蓝牙Mesh技术是一种组网方式。要了解蓝牙Mesh，首先要了解Mesh网络结构。Mesh网络也称为"多跳网络"，或者“网状网络”。Mesh网络的每一个节点都可以作为AP和路由器，通讯时，当某个节点损坏或者堵塞时，可以自动绕过该节点，重新选择路径达到目的地，可以让网络更高效可靠。
图1：网络类型
2017年7月19日,蓝牙技术联盟正式宣布蓝牙技术开始全面支持Mesh网络。至此，蓝牙拥有了进军智能家居、智慧城市、楼宇自动化等物联网的资本。和zigbee实现Mesh网络的方式不同，zigbee采用路由技术，而蓝牙采用管理型网络泛洪方式，也就是广播方式。大家听到广播方式，第一感觉就是网络会非常的繁忙、效率低下、耗电，但是蓝牙Mesh采用的广播方式是可控的，设备对于信息的转发需要满足多种限定条件，提高传输效率。
蓝牙Mesh网络的优点：
1、 蓝牙Mesh网络可以节省存储器空间。
采用广播方式，不需要创建和管理复杂的路由表、路由发现表等，节省了维护网络运行的存储器空间的开销。同时又能实现Mesh网络功能，网络中任何一个节点的故障也不会对网络传输造成致命性的影响，使得网络高度可靠。
2、 蓝牙Mesh网络对实现低功耗有较大优势。
在蓝牙Mesh网络中引入了Friendship机制。在蓝牙Mesh网络中设置Friend节点，专门为低功耗节点服务。Friend节点与低功耗节点可以建立Friendship关系。建立此种关系之后，Friend节点可以暂存发往低功耗节点的信息，待低功耗节点退出休眠模式之后，再从Friend节点取回相关信息。在实际应用中，Friend节点可以是灯泡、机顶盒、路由器等通过市电供电的设备，对于功耗不是很敏感；低功耗节点可以是由电池供电的设备，如传感器、门锁等。
3、 蓝牙Mesh网络有可靠的安全性。
蓝牙Mesh网络是一种真正的工业级解决方案。安全机制包括：
A. 使用经过验证的安全算法对添加到网络的设备进行配置。
B.所有通信信息都需要使用128-bit AES-CCM进行加密和认证。
C.加密和认证应用于网络层和应用层两层，分别有两组密钥，网络层密钥和应用层密钥。采用两组密钥可以让转发节点并不清楚转发信息，达到信息保密目的。比如家中的灯泡和门锁处于同一个网络，采用相同的网络层密钥，但是他们的应用层密钥互为不同。如果一条信息的目的节点是门锁，家中的各个灯泡可以转发这条信息至门锁。但是灯泡是无法解析这条信息的应用层内容，无法判断是开锁还是闭锁的动作。这样设计的好处是将网络层加密与应用层加密隔离，加解密互为操作，互不干扰，互不耦合。
D.通过在发送的每个消息上加入不同序列号来防止重放攻击
E.通过既定的密钥更新程序将Mesh网络中不授信的设备列入黑名单
F.通过扰码的方式对每条信息进行模糊处理。即使您在走动的同时携带蓝牙Mesh设备， “骇客”通过数据包嗅探器也无法跟踪到您的行踪。
图2：蓝牙Mesh网络应用
4、蓝牙Mesh网络可以同手机蓝牙连接。
使用蓝牙Mesh的代理（Proxy）协议开发手机APP，通过代理节点可以与蓝牙Mesh网络进行通讯。
蓝牙5.0标准，提高了广播容量，结合蓝牙Mesh网络，让蓝牙组网变得更容易。
SILICON LABS公司作为世界顶级的物联网芯片、软件、解决方案供应商，推出支持蓝牙5.0的SOC芯片EFR32BG系列和通过认证、集成天线、远距离传输、小封装的蓝牙模块BGM系列。Silicon Labs公公司针对蓝牙产品，提供整套完善的开发工具，蓝牙Mesh网络开发包，例程和手机APP代码。运用Silicon Labs公司提供的丰富资源，可以提高设计产品的稳定性，加快上市时间。
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Silicon labs 蓝牙SOC选型表
Cortex-M4/M33内核,支持蓝牙5,待机功耗1.2μA;实测网络节点100+,工作温度高达125℃,提供芯片和模块。其最新的1.4μA超低功耗蓝牙SoC EFR32BG22具有主频高达76.8MHz Cortex-M33内核,16位ADC,支持蓝牙5.2与AoX定位和蓝牙Mesh协议。
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产品型号
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品类
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MCU Core
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Core Frequency (MHz)
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Flash
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RAM
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Secure Vault
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Bluetooth
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Bluetooth 5
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Bluetooth Mesh
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Cryptography
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Output Power Range (dBm)
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GPIO
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I²C
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SPI
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I²S
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Receive Sensitivity
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ADC
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Comparators
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Temperature Range (ºC)
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Package Type
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Package Size(mm)
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EFR32BG24B110F1536IM48-B
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Bluetooth®Wireless SoC
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ARM Cortex-M33
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78
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1536
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256
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High
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5.3
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Bluetooth 5
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Bluetooth Mesh
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AES-128;AES-256;ECC;SHA-1;SHA-2
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-20 to 10
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28
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2
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3
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1
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-97.6DBM(1Mbit/s GFSK)
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12-bit,SAR,1Msps
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2
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-40 to 125
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QFN48
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6x6
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电子商城
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥8.1764
现货： 101,879
品牌：SILICON LABS
品类：Mighty Gecko Multi-Protocol Wireless SoC
价格：￥27.0929
现货： 90,767
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥10.4994
现货： 50,699
现货市场
品牌：SILICON LABS
品类：Switch Hall Effect Magnetic Position Sensor
价格：￥2.2924
现货：126,000
服务
提供语音芯片、MP3芯片、录音芯片、音频蓝牙芯片等IC定制，语音时长：40秒~3小时（外挂flash），可以外挂TF卡或U盘扩容。
最小起订量： 1pcs 提交需求>
Ignion可支持多协议、宽频段的物联网天线方案设计，协议：Wi-Fi、Bluetooth、UWB、Lora、Zigbee、2G、3G、4G、5G、CBRS、GNSS、GSM、LTE-M、NB-IoT等，频段范围：400MHz~10600MHz。
最小起订量： 2500 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
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