O que é Bluetooth Mesh?

Bluetooth mesh é uma tecnologia Bluetooth de propriedade do Bluetooth Special Interest Group (SIG). Foi lançado em julho 2017. Geralmente, pode ser definido como uma rede de computadores que permite a comunicação entre dispositivos de comunicação muitos-para-muitos.

É perfeitamente projetado para permitir uma ampla rede entre dispositivos. De acordo com Bluetooth SIG, A malha Bluetooth foi criada para construir automação de maneira adequada e oferecer vários tipos de Internet das Coisas (IoT) soluções, onde milhares de dispositivos podem se comunicar de forma eficaz e segura.

Também permite que milhares de nós se comuniquem de forma eficiente sem qualquer conexão, mas dentro da mesma rede. É um método confiável de compartilhamento de informações em grandes redes.

Como funciona o Bluetooth Mesh?

A malha Bluetooth opera sob um princípio; uma rede Flood. É aqui que os nós retransmitem mensagens de uma certa maneira, seja em inundações não controladas ou inundações controladas.

Em inundações descontroladas, cada nó compartilha a mesma mensagem com todos os seus vizinhos incondicionalmente. Em inundação controlada, cada nó desempenha ambas as funções de transmissão ou recebimento da mensagem.

O Bluetooth Mesh tem um cache de mensagens que impede a transmissão de mensagens semelhantes ou retransmitidas recentemente. A figura acima mostra como uma rede mesh Bluetooth opera.

Características das mensagens retransmitidas na malha Bluetooth

1. Todas as mensagens retransmitidas devem começar com um opcode conforme mostrado abaixo;

2. Todas as mensagens têm os endereços do remetente e do destinatário.
3. Todos eles têm números de sequência que são essenciais, pois defendem a rede contra todos os ataques.
4. Todos eles têm tempo para viver (TTL).
5. Eles são todos criptografados e autenticados usando as seguintes chaves;

• • Chaves de rede
  • Chaves de aplicativo

6. Cada mensagem enviada não deve exceder 384 bytes. Contudo, a maioria das mensagens retransmitidas são 11 bytes de comprimento.

O Bluetooth Mesh funciona perfeitamente em uma rede de vários dispositivos compatíveis, como;

• Laptops
• Smartphone
• Televisores
• Desktops
• caixas de som
• Fones de ouvido
• Outros dispositivos de baixa potência

Protocolos de comunicação de malha BLE

A malha Bluetooth usa uma variedade de pilhas de protocolo durante a comunicação. As pilhas principais são divididas em duas;

• Pilha de host, que lida com dados de alto nível e atua como um segmento do sistema operacional.
• Pilha de controlador

Contudo, o componente mais importante do protocolo de comunicação Bluetooth é o Perfil de Acesso Genérico (GAP = VÃO). Este elemento da tecnologia de malha Bluetooth gerencia os processos de varredura e transmissão de todos os dispositivos Bluetooth.

O GAP também desempenha um papel importante no controle de como os dispositivos se conectam a outros dispositivos próximos. Bluetooth 4.1 e 5.0 permitir que todos os dispositivos se conectem e transmitam dados diretamente para outros dispositivos.

Vantagens do Bluetooth Mesh

Embora muitas soluções tenham sido oferecidas usando diferentes tecnologias sem fio, o melhor é a tecnologia Bluetooth Mesh. Tem várias vantagens sobre outras redes sem fio. Leia.

1. É mais confiável, pois fornece interoperabilidade com o fornecedor. Por exemplo, Tecnologias Nordic Bluetooth Mesh, especialmente nRF52 Series Soc e nRF Bluetooth Mesh, são confiáveis, pois eles têm vários caminhos do remetente ao destinatário, que operam sem falhas. A pilha de malha de Bluetooth neste nRF ajuda na implementação de especificações de perfil de malha de Bluetooth.
2. Estende o alcance, ao contrário de outras tecnologias sem fio como WI-FI.
3. Usa baixa energia, especialmente malha de baixa energia Bluetooth.
4. Ele pode operar de forma eficiente em outro hardware Bluetooth existente, especialmente bluetooth 4.0.
5. É mais seguro do que outras redes sem fio. Por exemplo, todas as mensagens nesta tecnologia são criptografadas e autenticadas.
6. É rápido e fácil de instalar.

Aplicativo da Rede Bluetooth Mesh

A rede mesh Bluetooth é amplamente usada globalmente. É usado em setores de educação, centros de saúde, cidades, e muitos outros lugares, onde outras redes sem fio se tornam não confiáveis.

1. Mesh Bluetooth nas escolas

Estudantes universitários e universitários e funcionários usam amplamente o Bluetooth Mesh. Essa tecnologia também está sendo adotada em escolas de ensino médio.

É conveniente em centros de educação, pois pode ajudar alunos e professores a baixar grandes arquivos de aprendizagem, especialmente quando WI-FI se torna não confiável. Além disso, devido à ampla cobertura de conexão à Internet por Bluetooth mesh, a segurança do aluno e da equipe é garantida, pois eles podem obter informações facilmente em caso de emergência.

2. Mesh Bluetooth nas cidades

Com malha Bluetooth, agora é fácil para as cidades conectar os cidadãos com essa conexão. Os passageiros podem facilmente verificar seus e-mails e outras redes sociais onde quer que estejam na cidade. A tecnologia também aumentou a segurança nas cidades, pois a comunicação pela internet é fácil e rápida em casos de emergência.

3. Bluetooth Mesh no Centro de Saúdeés

Muitos hospitais preferem redes de malha Bluetooth em vez das tradicionais, pois são convenientes e fáceis de instalar. A conectividade com a Internet neste setor é vital, pois os arquivos dos pacientes precisam ser atualizados todos os dias para sua conveniência. Além disso, os médicos podem rastrear pacientes e outros colegas de seus laptops ou tablets nas instalações facilmente.

4. Mesh Bluetooth no setor de hospitalidade

A tecnologia de malha Bluetooth se tornou a regra na maioria dos restaurantes e hotéis ao redor do mundo. É fácil e rápido de instalar em ambientes externos e internos. É mais eficaz do que uma rede com fio, especialmente durante concertos ao ar livre nestes resorts. Também é mais barato em comparação com WI-FI.

5. Mesh Bluetooth em armazéns

A maioria dos armazéns modernos depende desta tecnologia para manter o controle de toda a logística do armazém.

Segurança na rede Bluetooth Mesh

Uma questão importante que precisa ser tratada em relação à Internet das Coisas é a segurança. É uma preocupação recorrente que pode interferir nos benefícios da Internet das Coisas, como conveniência e flexibilidade. Deve ser a prioridade número um, especialmente em redes mesh Bluetooth.

A principal razão pela qual a segurança de malha Bluetooth deve ser obrigatória é que muitos dispositivos estão envolvidos. Geralmente, é construído em milhares de dispositivos de malha Bluetooth que se comunicam entre si. Contudo, na rede Bluetooth de baixa energia, a segurança é opcional, pois apenas um único dispositivo está envolvido.

Fundamentos da segurança de malha Bluetooth

Estas declarações de segurança devem ser aplicadas a todos os dispositivos de rede em malha Bluetooth.

1.Criptografia e autenticação

Todas as mensagens compartilhadas entre os dispositivos de rede em malha Bluetooth devem ser criptografadas e autenticadas para aumentar a segurança.

2.Separação de preocupações

Três tipos de chaves de segurança são usados ​​na segurança de rede mesh Bluetooth. Eles incluem;

• Chaves de aplicativo, que tratam das questões de segurança do aplicativo.
• Chaves de rede (Netkey), que resolvem problemas de segurança de rede.
• Chave do dispositivo (Devkey), que aborda problemas de segurança do dispositivo.

Todos eles são usados ​​para resolver diferentes problemas de segurança na rede mesh Bluetooth. Em outras palavras, todos os problemas de segurança são tratados de forma independente.

3.Isolamento de área

Em malha Bluetooth, a rede às vezes é dividida em diferentes sub-redes. Nesse caso, cada sub-rede recebe sua própria chave e só pode se comunicar com sub-redes com a mesma chave.

4.Atualização de chave

Como visto acima, a maioria dos nós de malha Bluetooth tem chaves de segurança especiais. Mas essas chaves podem precisar de substituição no caso de um nó apresentar defeito. Nesse caso, um procedimento de atualização de chave é feito, e todos os outros nós são emitidos com novas chaves de segurança.

5.Ofuscação de mensagem

A ofuscação impede que as mensagens enviadas dentro da rede sejam rastreadas. Ele também garante que os nós estão seguros.

6.Replay a proteção de ataque

Um ataque de repetição ocorre quando um intruso captura uma mensagem sendo transmitida e a retransmite mais tarde para fazer o destinatário fazer algo que o invasor não tem permissão para fazer. A segurança de malha Bluetooth ajuda na prevenção de tais episódios.

7.Proteção contra ataque de lata de lixo

Quando os nós defeituosos são removidos da rede, eles não podem mais usar suas chaves de rede, pois os nós restantes são emitidos com novas chaves. Isso ajuda a prevenir ataques de lixeira.

8.Provisionamento seguro de dispositivos

O processo de adicionar mais nós e dispositivos à rede mesh Bluetooth é seguro e protegido.

Kit de desenvolvimento de software Bluetooth Mesh

Para aproveitar ao máximo os recursos de malha do Bluetooth, você precisa de um software de malha Bluetooth. Alguns dos recursos que o kit de desenvolvimento de malha Bluetooth ajuda a melhorar são;

• Ângulo de chegada (AoA)
• Ângulo de partida (AoD)
• 2PHYs de longo alcance M e LE
• Conjuntos de anúncios
• Extensões de comprimento de dados LE
• Topologia Dupla LE
• Verificar relatórios de eventos LE Conexões seguras

São produtos que adotam a tecnologia Bluetooth Mesh?

Vários produtos no mercado estão usando essa tecnologia Bluetooth. Para um produto ter potencial de rede mesh Bluetooth, deve passar por um processo de qualificação de malha Bluetooth. Isso garante que ele tenha todos os requisitos de Bluetooth.

Continue lendo para saber o processo de qualificação do Bluetooth que todos os produtos devem passar para se qualificar como Beacons Bluetooth.

Processo de qualificação de Bluetooth

Este processo permite que as empresas que desejam que seus produtos sejam habilitados com recursos Bluetooth para cumprir;

• Patente Bluetooth e contrato de licença de direitos autorais.
• Contrato de licença de marca comercial Bluetooth.
• Especificações de Bluetooth.

Para se qualificar para este processo, seus produtos devem ter todos os designs Bluetooth. Isso significa que eles devem ter o hardware e software necessários para as especificações de malha do Bluetooth, conforme explicado no perfil de malha do Bluetooth.

Para qualificar seus produtos, você precisa ter em mente várias coisas;

1.Para que sua criação seja considerada um produto Bluetooth, o processo de qualificação é a chave.

Mesmo que o produto do seu fornecedor tenha passado por um processo de qualificação, seus produtos também devem passar pelo processo. Resumidamente, você não pode herdar os direitos de qualificação de seu fornecedor.

Além disso, o produto pode completar o processo de qualificação com sucesso se estiver sob a conta da Empresa Membro e não sob a conta do fornecedor.

2.Verifique a qualificação dos produtos se estiver revendendo.

É sempre aconselhável verificar se os produtos que você está revendendo de outra empresa concluíram o processo de qualificação. Isso é importante, especialmente se você estiver revendendo-o como um produto de malha Bluetooth.

3.Não comercialize seus produtos se não tiver concluído o processo de qualificação.

É ilegal vender sua mercadoria como produtos aprimorados por Bluetooth quando ainda não estiver qualificado. Você só pode distribuí-los depois que o processo de qualificação for bem-sucedido. Além disso, durante o processo, certifique-se de fornecer os detalhes corretos que correspondem exatamente aos seus produtos.

Versões mais recentes do Bluetooth Mesh

A tecnologia de comunicação sem fio da Internet das coisas está enfrentando muitos problemas. A solução para esses problemas é a introdução das versões mais recentes do Bluetooth mesh. Uma dessas versões que são amplamente utilizadas em todo o mundo é Bluetooth 5.0 malha de rede.

Visão geral do Bluetooth 5.0 malha

Esta especificação Bluetooth foi revelada em 2016. Foi principalmente uma melhoria do Bluetooth 4. Algumas dessas melhorias que tornam as duas versões diferentes, conforme mostrado na ilustração abaixo;

Da tabela acima, é evidente que o Bluetooth 5.0 mesh tem mais recursos aprimorados que podem ajudar a resolver alguns dos problemas da internet das coisas. Esses recursos incluem;

• Velocidade aprimorada
• Aumento do comprimento da mensagem
• Maior capacidade de envio de mensagens
• Maior taxa de transferência de dados
• Potência de saída aumentada
• Alcance aumentado

Todos os recursos acima tornam o Bluetooth 5 mesh mais vantajoso do que outras versões como Bluetooth 4.0. Todos os dispositivos inteligentes mais recentes agora oferecem suporte a esta versão da tecnologia Bluetooth.

Outro Bluetooth 5.0 Recursos de malha

Outras coisas que esta última versão do Bluetooth traz para a mesa incluem o seguinte;

1.Bluetooth de baixa energia para fones de ouvido

O Bluetooth de baixa energia consome menos energia à medida que os dispositivos se comunicam entre si. O recurso é essencial para dispositivos como telefones e fones de ouvido, pois dependem de baterias para energia.

Embora o Bluetooth de baixa energia tenha sido introduzido e habilitado no Bluetooth 4.0 malha, não era tão útil quanto no Bluetooth 5. Era aplicável apenas a pequenos dispositivos de internet das coisas, vestível, e balizas. Portanto, fones de ouvido e outros aparelhos grandes continuariam usando conexões Bluetooth de alta potência.

Todos os dispositivos agora podem se comunicar por Bluetooth de baixa energia com a introdução do Bluetooth 5 malha. Isso aumenta a vida útil da bateria desses dispositivos de comunicação.

2.Áudio duplo Bluetooth

Isso significa simplesmente conectar mais de um dispositivo de áudio a uma fonte. Por exemplo, você pode conectar dois fones de ouvido ou dois alto-falantes ao seu laptop. Isso é possível com Bluetooth 5.0 malha.

Outros modelos de malha Bluetooth certificados

A malha ESP32 Bluetooth é outro modelo dessa tecnologia Bluetooth certificado pela Bluetooth SIG. Seus recursos incluem;

1. Possui Chips Bluetooth e WI-FI

ESP32 tem interfaces SPI e SDIO que permitem fornecer funcionalidades Bluetooth e WI-FI. Ele também pode funcionar como um sistema autônomo e pode ser usado para vários aplicativos.

2. Tem um design robusto

O ESP32 tem um desempenho eficaz em ambientes industriais na faixa de temperatura de –40 ° C a + 125 ° C.

3. Possui consumo de energia ultrabaixo

ESP32 é efetivamente usado em aplicativos de internet das coisas e dispositivos móveis, pois consome pouca energia. Possui modos de energia dinâmicos e recursos de escalonamento de energia.

4. É Altamente Integrado

ESP32 é embutido com vários recursos que fazem seus aplicativos funcionarem corretamente. Eles incluem;

• Filtros
• Amplificadores de potência
• Interruptores de antena
• Módulos de gerenciamento de energia
• Amplificadores de baixo ruído

Futuro dos modelos Bluetooth

Há um grande desenvolvimento na tecnologia Bluetooth, pois ela está abrindo novas e grandes oportunidades para os inovadores experimentarem e mostrarem sua criatividade. O grupo Bluetooth Special Interest anunciou recentemente o desenvolvimento do Bluetooth 5.1 malha.

Embora possa demorar algum tempo para o Bluetooth 5.1 para ser funcional na maioria dos dispositivos de malha Bluetooth, logo encontrará seu caminho. Esta tecnologia terá vários novos recursos, como discutido abaixo.

1. Precisão aprimorada

A tecnologia Bluetooth atual, especialmente bluetooth 5.0, pode dizer a que distância um dispositivo está detectando a intensidade do sinal. Mas ele não consegue adivinhar a direção desse dispositivo, ou seja,, de onde o dispositivo está indo ou vindo.

Interessantemente, o novo bluetooth 5.1 a tecnologia terá esse recurso de localização. Esta tecnologia terá a capacidade de avaliar a localização exata do dispositivo, a direção de onde está vindo, e a distância.

Portanto, esta tecnologia Bluetooth será vital no futuro para facilitar o rastreamento de dispositivos de rede. Por exemplo, se você perder seu smartphone ou laptop, o recurso de direção tornará o processo de pesquisa mais rápido e fácil.

2. Velocidade de conexão aprimorada

Bluetooth 5.1 estará se conectando a outros dispositivos mais rápido do que o Bluetooth 5.0 pois terá melhor cache. A tecnologia também economizará o tempo que os clientes gastam na descoberta do serviço ao se conectar ao Bluetooth. Isso tornará a conexão mais rápida.

3. Menor consumo de energia

Como bluetooth 5.0, esta nova tecnologia Bluetooth será de baixo consumo de energia. Isso significa que mesmo que execute todas as suas funções de forma agressiva, a taxa de consumo de energia é baixa.

4. Avanços em Publicidade

Bluetooth 5.1 terá mais desenvolvimentos em anúncios de conexão. Isso significa que terá várias conexões para anunciar sua presença a todos os dispositivos Bluetooth próximos. A tecnologia também ajudará a reduzir as chances de interferência quando vários dispositivos Bluetooth estiverem na mesma área.

O que uma rede mesh sem fio faz?

Uma rede mesh sem fio é um dispositivo de rede formado por vários rádios sem fio com software que os ajuda a trabalhar harmoniosamente sem coordenação. Esta tecnologia é diferente das redes tradicionais, pois não tem coordenação central ou computador para lidar com todo o tráfego da rede. Em vez de, os dispositivos comunicam-se uns com os outros de forma fácil e eficiente.

A rede mesh sem fio possui roteadores conectados sem fio, que atuam como pontos de acesso sem fio para seus clientes, como smartphones e laptops.

Esses roteadores são conectados por meio de um backbone que se assemelha a uma estrutura semelhante a uma malha. Para que os clientes enviem ou recebam informações, esta rede de backbone em forma de malha é usada. Os roteadores também ajudam esses clientes a acessar a rede.

Para se conectar à internet, uma rede externa, você deve conectar alguns roteadores a uma rede com fio. Esses roteadores ajudam a atuar como gateways.

Tipos de rede de malha sem fio

Esta tecnologia é dividida em duas topologias;

• Rede mesh parcialmente conectada
• Rede mesh totalmente conectada

Totalmente conectado é aquele que cria um padrão semelhante a uma malha de conexões de rede. Nesta tecnologia, todos os nós estão conectados uns aos outros e se comunicam harmoniosamente. Além disso, os nós devem cooperar enquanto distribuem informações.

Em tecnologia parcialmente conectada, alguns nós serão interconectados, e eles se comunicam por meio de hubs e switches.

A figura abaixo mostra como uma rede mesh sem fio funciona no processo de compartilhamento da internet.

Como você pode ver na figura acima, apenas um nó é necessário para ser conectado à Internet em uma rede mesh sem fio. Em seguida, ele compartilha uma conexão de internet com todos os nós próximos sem fio. Então, todos esses nós requerem uma fonte de alimentação como painéis solares ou baterias, mas não fios para funcionar ao ar livre.

Redes Mesh realmente funcionam?

sim. As redes mesh funcionam perfeitamente conectando toda a cidade a uma rede. Ele faz isso por meio do wireless, de confiança, e tecnologia existente.

Ao contrário das redes tradicionais, que contam com tecnologia com fio para conectar usuários, redes de malha sem fio contam com vários nós de malha sem fio para conectar usuários em uma cidade inteira a uma rede.

Vantagens da rede Mesh

1.É Escalonável

Cada nó na rede mesh atua como um roteador. Seu, Portanto, não é necessário para roteadores adicionais. Então, você pode aumentar convenientemente o tamanho da sua rede, dependendo de suas necessidades.

Por exemplo, se você deseja adicionar alguns desktops e smartphones a uma sala de reuniões, você pode fazer isso facilmente. A melhor parte é que os gadgets adicionados se conectarão à rede automaticamente.

Você também pode adicionar fontes de luz à sua sala de conferências ou outros escritórios adicionais rapidamente enquanto controla todo o sistema de rede sem exigir gerenciamento extra.

2.Pode facilmente resistir a problemas

Outra vantagem de uma rede em malha é sua capacidade de autocorreção. Se um nó parar de funcionar ou perder o sinal, não afeta todo o processo de rede. Outros nós podem facilmente completar a malha à medida que o nó com falha se recupera.

A razão por trás dessa cura é a capacidade de cada nó de enviar, receber, e traduzir informações. A redundância criada no processo ajuda a manter os nós em execução mesmo se um deles falhar.

3.É acessível

Geralmente, redes mesh usam alguns fios. Isso significa que o custo de instalação é baixo. Então, mesmo se você quiser configurar uma rede que pode cobrir uma grande área, você pode facilmente pagar.

4.É fácil adicionar um intervalo

Você pode adicionar facilmente um intervalo que deseja que sua rede mesh cubra. Você simplesmente faz isso adicionando mais nós ou conectando alguns de seus nós a gateways.

5.É conveniente

As redes mesh são adequadas onde não há conexões Ethernet de parede. Por exemplo, se você tem um show em um local ao ar livre, esta rede é mais apropriada. Também é conveniente em quase todas as configurações de transporte.

6.É Auto Configurável

Como disse antes, você pode aumentar o número de nós de uma rede mesh se quiser aumentar o alcance que ela cobre. Nesse caso, os nós adicionados não exigem que nenhum administrador de rede ajuste a rede para que funcionem.

A rede os incorpora automaticamente, pois são autoconfiguráveis.

7.É fácil de instalar

Normalmente, os nós em redes mesh são fáceis de instalar e desinstalar. Isso torna mais fácil mudar a área de cobertura, dependendo de seus requisitos.

Desvantagens de uma rede Mesh

1.Configuração de rede inicial complicada

Configurar uma rede mesh do zero pode ser muito complicado e tedioso. Estabelecer o lugar perfeito para configurar cada nó também é complexo e demorado, pois você precisa instalá-los onde não haverá problemas de latência. Mas assim que você terminar com a configuração inicial, é fácil e rápido adicionar mais nós.

2.Consome mais energia

Cada nó em uma rede mesh atua como transmissor e receptor. Por esta razão, os nós se tensionam enquanto tentam desempenhar os dois papéis. Então, para que eles operem de forma eficaz, mais poder é necessário.

Isso pode ser um pequeno problema para nós grandes, pois eles são conectados ao sistema elétrico diretamente, ao contrário dos pequenos movidos a bateria.

3.Problemas de latência

Latência é o tempo que uma mensagem consome para passar de cada nó para o gateway. Este tempo pode afetar toda a configuração da rede mesh. Você pode melhorar facilmente o problema de latência usando uma rede mesh com memória adicional, potência, e largura de banda.

Contudo, para baixo consumo de energia, redes de longa distância, latência se torna um grande problema para redes mesh.

4.Carga de trabalho complicada

As redes mesh são altamente escaláveis ​​e requerem a adição de mais nós dependendo das necessidades. As complicações surgem quando você tem problemas de latência, e você é obrigado a adicionar mais nós para ajudar a resolver o problema. Todo o planejamento da rede se torna mais difícil, pois você tem que implantar vários tipos de equipamentos para que a rede funcione corretamente.

O que torna a malha Bluetooth diferente

A malha Bluetooth torna a automação residencial melhor do que outras redes sem fio, especialmente WI-FI. Mesmo que você possa ligar a energia de sua casa com seu smartphone ou laptop com WI-FI, A malha Bluetooth oferece uma experiência melhor.

Você pode ligar o seu sistema de entretenimento, ar condicionado, ou sistema de alarme apenas abrindo a porta da frente. Isso é habilitado pela tecnologia Bluetooth mesh.

Além disso, A malha Bluetooth é menos cara e mais eficiente do que outra tecnologia sem fio como WI-FI. Por exemplo, a tecnologia tornou o rastreamento de dispositivos mais simples e também aprimorou a segurança sem fio.

Outras redes sem fio tradicionais não são convenientes quando a comunicação é entre muitas pessoas. WI-FI torna o problema pior, pois é necessária alta potência para fazer um sinal WI-FI cobrir uma ampla área. Em tais casos, A tecnologia de malha Bluetooth é eficaz porque os dispositivos se conectam uns aos outros e passam informações de um dispositivo para outro, formando uma rede de comunicação.

Conclusão

A malha SIG Bluetooth é uma rede de computadores que permite a comunicação entre dispositivos de comunicação muitos-para-muitos. Também permite que milhares de nós se comuniquem de forma eficiente sem qualquer conexão, mas dentro da mesma rede. É um método confiável de compartilhamento de informações em grandes redes em comparação com outras redes sem fio.