Bluetooth Mesh

Bluetooth Mesh ist eine Betriebsart, die mehrere Bluetooth-Geräte zu einem vermaschten Funknetzwerk zusammenschließt, in dem alle Knoten untereinander kommunizieren können. Gerade dann, wenn sie sich nicht direkt zueinander in Funk-Reichweite befinden. Dazu reicht es, wenn sich ein Relay Node in der Nähe befindet und die Datenpakete weiterreicht.

Bluetooth Mesh ergänzt Bluetooth Low Energy, bei dem es darum geht, kurze Datenpakete möglichst energiesparend zu übertragen.
Als reine Software-Lösung lässt sich die Mesh-Betriebsart bei allen BLE-Geräten verwenden, die mindestens Bluetooth Version 4.0 unterstützen. Für die Mesh-Funktionen müssen nur ausreichend Speicher und Rechenleistung zur Verfügung stehen.
Beim klassischen Bluetooth (bis Version 3.0) spielt die Mesh-Funktion keine Rolle.

Mit Bluetooth Mesh etabliert sich Bluetooth im Bereich der Gebäudeautomation, Heimautomatisierung und dem Internet der Dinge als Konkurrenz zu ZigBee und Z-Wave. Hier punktet Bluetooth mit herstellerübergreifender Interoperabilität. Bei Z-Wave ist genau das ein Problem. Hier besteht zwischen den Produkten verschiedener Hersteller nicht zwangsläufig eine Zusammenarbeit. ZigBee und Z-Wave haben zusätzlich das Problem, dass die Kommunikation mit den Geräten über ein Gateway erfolgen muss und nicht direkt mit einem Smartphone erfolgen kann. Bei Bluetooth-Geräten ist das kein Problem, weil Smartphones in der Regel Bluetooth unterstützen.

Reichweite und Ausfallsicherheit

Wenn Sensoren oder Aktoren per Bluetooth mit dem Internet der Dinge verbunden werden sollen, dann besteht das Problem, dass diese Geräte unter Umständen in einem Bereich betrieben werden, wo keine Basisstation existiert. Durch ein Mesh Network kann man die Reichweite des Bluetooth-Netzwerks erhöhen und redundante Übertragungswege etablieren.

Bei einem vermaschten Netz unterhalten möglichst viele Knoten ein loses Netzwerk, über dass alle Knoten untereinander eine Verbindung aufbauen können. Bluetooth hat hierbei die Möglichkeit, vorhandene Bluetooth-Geräte in das Mesh Network einzubinden, in dem sich Relay Nodes darum kümmern, Datenpakete weiterzuleiten.

Bluetooth Mesh bietet die Möglichkeit bis zu 32.000 Knoten anzusprechen. Das sind weit mehr als Konkurrenzsysteme beherrschen.

Managed Flooding Network

Das Prinzip hinter Bluetooth Mesh wird als Flooding bezeichnet. Im Gegensatz zu Routing ist es einfach zu implementieren und damit eine schnellere Verbreitung möglich.

Flooding bedeutet, dass bevorzugt netzstrombetriebene Relay-Knoten, jede eintreffende Nachricht weiterleiten. Damit bereits gesendete Pakete nicht erneut gesendet werden, müssen die Relay-Knoten über einen Cache verfügen, in dem sie alle kürzlich empfangenen Pakete sammeln und bei erneutem Empfang gegebenenfalls verwerfen können.

Um über ihre Existenz zu berichten, senden die Knoten regelmäßig einen "Herzschlag". Damit teilen sie anderen Knoten im Mesh mit, dass sie aktiv sind und diese ermitteln können, wie viele Hops (Sprünge) sie entfernt sind. Sender von Nachrichten müssen über eine "Time To Live" (TTL) mitteilen, über wie viele Hops eine Nachricht im Netzwerk verbreitet werden darf.

Mesh-Funktion: Friendship

Mit Hilfe eines Friend-Knotens kann sich ein Low-Power-Knoten eintreffende Nachrichten zwischenspeichern lassen, die er sich erst auf Anforderung übertragen lässt. Hat der Low-Power-Knoten alle Daten empfangen und verarbeitet, legt er sich wieder schlafen.

Mesh-Funktion: Proxy

Desweiteren existieren sogenannte "Proxy-Knoten" mit denen Low-Power-Geräte ohne Mesh-Funktion trotzdem mit dem Netzwerk verbunden werden können. Das wird vor allem für die Inbetriebnahme (Commissioning) über ein Smartphone oder Tablet genutzt.

Anwendungen

Damit eine Funktechnik in der Gebäudeautomation, in der industriellen Fertigung und bei der Nachverfolgung von Gütern zum Einsatz kommen kann, muss sie gewisse Industrieanforderungen erfüllen. Und zwar hinsichtlich der Sicherheit, der Robustheit und der Skalierbarkeit der Datenübertragung.
Mit Bluetooth Mesh erfüllt Bluetooth Low Energy (BLE) diese Anforderungen, was bis dahin Z-Wave und ZigBee vorbehalten war.

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