使用蓝牙网状网络进行设计：设备要求

Bluetooth Mesh 提供的所有强大功能使其成为安全的低功耗网络，同时还提供出色的互操作性。

话虽如此，这些功能也让蓝牙 Mesh 的实现变得有点复杂。如果让系统设计师来处理所有这些复杂性，那么推出一款产品将需要数百人年的努力。除此之外，物联网应用非常广泛。这意味着每个应用程序需要一组略有不同的外围设备和 CPU 处理能力。例如，如果您正在设计智能家居产品，有些是电池供电的，有些是墙上供电的，有些是模拟密集型的，有些则需要强大的处理能力和大量数字外围设备。

固件开发通常是任何系统开发项目的投资。即使系统不同，如果使用的硅系列保持不变，一些固件工作也可以跨设计重复使用。因此，在尽职调查后为您的个产品选择一个设备/平台非常重要，这样您就可以限度地重用 IP 并利用现有固件。在本文中，我们将讨论在为您的下一个蓝牙网状网络应用选择设备时必须考虑的一些要点。

在高层次上，任何蓝牙网状网络应用程序的开发和部署都需要三个关键部分。这些作品是：

• 硬件
• 软件/固件
• 移动应用

硬件

在为您的蓝牙网状网络产品选择平台时，步也是重要的一步是调查设备功能。选择设备时考虑长远很重要。让我们举个例子来理解为什么。图 1 显示了一个智能家居系统的示例。

图 1：使用蓝牙网状网络的智能家居系统示例。（：赛普拉斯）

正如您在这里看到的，这个网络中有各种设备，包括灯泡、风扇、恒温器和百叶窗控制器。实际的智能家居可能会使用更多种类的蓝牙 Mesh 产品，例如开关、调光器、占用传感器、洒水器控制器等。如果您正在设计智能家居产品，您可能需要设计适合所有这些应用的产品。因此，即使您正在开发智能开关应用程序，对其他产品的范围也很重要。

这些应用中的每一个都有不同的设计要求。其他领域也是如此，例如楼宇自动化。理想情况下，您的设计可以基于满足大多数应用程序要求的平台。此外，您应该能够根据应用程序升级或降级选项，而无需完全重新设计固件。

让我们看看在为您的蓝牙网状网络应用程序开发选择设备之前应该考虑的一些芯片特性/规格。

发射功率和接收灵敏度——任何无线设备的重要规格之一是其发射功率和接收灵敏度。传输功率和接收灵敏度定义了设备的链路预算以及设备与网络中其他节点通信的距离。尽管蓝牙 Mesh 旨在扩展网络范围，但传输功率和接收灵敏度限制了网络中各个节点之间的距离。

正如我们之前提到的，并非每个产品都是相同的，并且要求因应用程序而异。具有更高的发射功率也会消耗更多的电流。您可能需要限制电池供电应用的传输功率，以降低功耗并延长电池寿命。温度和湿度传感器、智能开关等应用通常由电池供电。在这些情况下使用较低的发射功率可能是有利的。另一方面，墙上供电的应用程序可以支持更高的传输功率以扩展网络范围。因此，对于墙上供电的应用，选择能够支持高达 10 dBm 传输功率的设备非常重要。

支持 Mesh 的设备应该能够为电池供电的应用程序支持较低的传输功率，并为墙上供电的应用程序支持较高的传输功率。选择一个设备系列是个好主意，它可以在相似的占地面积和相似的资源中提供不同的发射功率选项。这允许您仅更改 BOM 而无需对布局进行任何更改，从而简化新产品的设计并加快上市时间。

使用集成功率放大器 (IPA) 通常支持更高的发射功率。然而，IPA 需要额外付费。为降低 BOM 成本，开发人员可以为电池供电应用切换到具有较低传输功率的低成本设备（如果有这样的选项）。例如，为了满足这一要求，赛普拉斯提供了支持高达 +4 dBm 发射功率的CYW20819和另一个支持高达 10 dBm 发射功率的器件CYW20820 ，采用具有相同功能集的引脚兼容封装。

功耗——必须对每种应用的功耗进行仔细的调查，无论是墙上供电还是电池供电。为了使产品环保，监管机构一直在施加压力，要求即使使用壁式供电设备也要降低功耗。如果您的产品不符合规定的功耗要求，您可能无法销售该产品。

在查看设备的功耗时，必须检查各种因素。首先是发射和接收期间的无线电功耗。大多数蓝牙网状网络节点持续扫描数据包。因此，这些设备几乎 100% 的时间都处于接收模式，这使得接收器功耗成为在为 Mesh 应用选择设备时要考虑的重要参数之一。

考虑到充当中继的 Mesh 设备必须转发接收到的消息，传输功耗是另一个重要规范。必须在设备支持的传输功率下检查传输功耗。与在较高发射功率下使用时相比，某些设备在较低发射功率下往往表现更好。

供应商在其设备中支持不同的低功耗模式。了解您的应用需要什么非常重要，这样您就可以根据设备可能处于活动模式和其他低功耗模式的时间准确估算平均功耗。

处理能力——选择具有良好处理能力的设备通常是个好主意。LED 灯泡等一些应用可能需要根据用户请求快速处理和修改 LED 状态（开/关或颜色）。由于设备在其低功耗模式下消耗的功率，因此使用更快的 CPU 可以快速完成任务。因此，设备可以进入休眠更长时间，从而降低平均总功耗。

内存– 闪存和 RAM 大小要求因所选应用而异。找到一个提供灵活内存占用的产品系列非常重要。Mesh 实现应该允许应用程序代码在具有不同内存占用的设备之间移植，而无需任何额外的努力。这使您可以为需要较少内存的应用程序选择成本较低的设备。此外，一些设备有 ROM 来存储蓝牙堆栈和外围驱动程序。这释放了 Flash 供应用程序使用。这意味着具有内部 ROM 和闪存的设备通常更适合蓝牙 Mesh 产品。

外设——正如我们之前提到的，不同的应用可能需要不同的外设。例如，智能灯泡可能需要三个或四个脉宽调制器 (PWM) 用于 RGB/RGBW LED 控制，一个模数转换器 (ADC) 使用热敏电阻测量温度，以及一个 I2C 接口用作被动红外 (PIR) 传感器控制器接口。另一方面，恒温器需要一个 ADC 和一个电源管理模块来支持低功耗模式。在为您的产品选择平台时，它有助于列出所有应用程序的潜在外围设备需求，并确定适合它们的设备。

扩展温度和工业温度支持——鉴于 LED 和 AC-DC 子系统的高功率耗散，某些应用（例如照明）需要支持扩展温度（高达 +105° C）。因此，选择一个能够提供工业级和扩展温度级产品的器件系列非常重要。

软件

软件是一个非常重要的部分，必须进行调查。对于软件，我们不仅指 IDE 和工具链，还指底层软件开发工具包 (SDK)。IDE 必须易于使用，例如常用的基于 Eclipse 的 IDE。

SDK 需要特别注意。Bluetooth Mesh 有多种模型和节点类型。特定模型和节点类型的使用取决于应用程序。对于符合蓝牙 Mesh 资格的产品，底层模型和节点类型也必须符合资格。一些供应商并未对所有蓝牙 Mesh 型号和节点类型进行。如果应用程序需要一个不合格的模型，则开发人员有责任完成整个资格过程。这需要开发人员彻底了解蓝牙 Mesh 规范，并在资格过程中投入额外的金钱和时间。Mesh 芯片供应商有责任抽象出这种复杂性并提供完全符合蓝牙 Mesh 标准的解决方案。因此，在为您的蓝牙网状网络应用程序选择设备之前，

确定支持所有网格模型和节点类型的设备后，找出可用的参考代码示例。代码示例使用您以前从未使用过的新技术启动开发。

移动应用

物联网的理念是连接事物，以便用户可以轻松访问它们。几乎所有物联网应用程序都需要移动应用程序，基于蓝牙网状网络的物联网应用程序也是如此。无论是灯泡控制还是从天气监测站读取温度，用户都希望使用手机访问和控制设备。为此，芯片供应商必须为其蓝牙 Mesh 产品提供 iOS 和 Android 移动应用程序。

理想情况下，为这些应用程序提供源代码，以便您可以进行自定义以适应您的品牌和产品特定的修改。如果芯片供应商不提供这些应用程序，您将需要从头开始开发这些应用程序。每个应用程序的应用程序开发成本可能超过 20 万美元，这还不包括对产品上市时间的影响。