利用現(xiàn)代開發(fā)工具應(yīng)對(duì)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

作者：安森美半導(dǎo)體物聯(lián)網(wǎng)營(yíng)銷和戰(zhàn)略總監(jiān)Pavan Mulabagal

物聯(lián)網(wǎng)的快速擴(kuò)展催生了對(duì)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的需求，其中數(shù)十臺(tái)甚至數(shù)百臺(tái)設(shè)備都可以成為同一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)的一部分，從而可以安全快速地共享可操作數(shù)據(jù)。智能設(shè)備中常用的許多本地和個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都支持網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)描述了集群中設(shè)備之間的連接方式，以創(chuàng)建能夠到達(dá)網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)設(shè)備的路徑。在某些協(xié)議中，調(diào)試期間并未設(shè)置預(yù)定義的路由路徑，而是每個(gè)設(shè)備發(fā)送其狀態(tài)信息，然后由協(xié)議決定恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)路由方式。

至關(guān)重要的是，這意味著兩個(gè)設(shè)備之間的連接不是固定的；它們可能會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化。因此添加或刪除設(shè)備不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障；剩余節(jié)點(diǎn)仍可以形成另一條路徑。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一個(gè)關(guān)鍵特性是能夠識(shí)別新節(jié)點(diǎn)。

由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中形成的連接可隨時(shí)創(chuàng)建和移除，所以這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也稱為自組網(wǎng)。其中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可作為路徑點(diǎn)和端點(diǎn)；可傳播網(wǎng)絡(luò)流量，接收正在共享的信息，并針對(duì)該信息采取行動(dòng)。因此，網(wǎng)絡(luò)通常由最終用戶就地創(chuàng)建，只需將設(shè)備引入無線區(qū)域即可。

這給開發(fā)人員帶來了挑戰(zhàn)，他們必須在不清楚設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中如何運(yùn)行的情況下設(shè)計(jì)設(shè)備，比如與該設(shè)備一起運(yùn)行的其他設(shè)備的數(shù)量，或該設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的定位方式。幸運(yùn)的是，支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的無線協(xié)議了解這些挑戰(zhàn)并且能夠提供支持。最近，支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的無線協(xié)議清單中又增加了一項(xiàng)藍(lán)牙低功耗技術(shù)。

面向藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)套件

是否采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)取決于網(wǎng)絡(luò)中包含的設(shè)備類型、網(wǎng)絡(luò)大小和所需的彈性。根據(jù)實(shí)際用例和目標(biāo)垂直細(xì)分市場(chǎng)（工業(yè)、醫(yī)療、建筑等），物聯(lián)網(wǎng)中將會(huì)使用各種傳感器和驅(qū)動(dòng)器。所以，在選擇網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)開發(fā)和評(píng)估環(huán)境時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)擁有豐富多樣的傳感器類型的環(huán)境。

雖然底層協(xié)議為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)提供了框架，但開發(fā)人員需要添加應(yīng)用程序。為此，必須確保開發(fā)環(huán)境的硬件能夠與簡(jiǎn)單易用且全面的軟件開發(fā)套件或SDK緊密集成。這樣開發(fā)環(huán)境就不會(huì)成為另一個(gè)需要克服的設(shè)計(jì)障礙，而是成為整個(gè)流程的一部分，并縮短設(shè)計(jì)周期。

開發(fā)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案時(shí)，如果能夠根據(jù)需要盡可能包含更多的節(jié)點(diǎn)將會(huì)有所幫助，這樣就可以確保實(shí)現(xiàn)正確操作，并測(cè)試各種功能（包括轉(zhuǎn)發(fā)消息）以及模擬網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性。在評(píng)估潛在開發(fā)套件時(shí)，工程師應(yīng)評(píng)估套件擴(kuò)展環(huán)境的能力以及附加的測(cè)試節(jié)點(diǎn)。這樣設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不僅可以模擬大型網(wǎng)絡(luò)，還能夠測(cè)試底層技術(shù)處理大型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能力。

另一個(gè)需要考慮的重要方面就是網(wǎng)絡(luò)部署后的實(shí)際配置。選擇藍(lán)牙技術(shù)作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是它幾乎是一種通用技術(shù)。如今，幾乎所有的智能手機(jī)和平板電腦都支持藍(lán)牙低功耗連接。支持藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備能夠運(yùn)行第三方應(yīng)用程序，因此配置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)變得更加簡(jiǎn)單。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的綜合方法

安森美半導(dǎo)體的RSL10 Mesh平臺(tái)就是一個(gè)能夠提供所有這些功能的開發(fā)環(huán)境。它采用RSL10系統(tǒng)級(jí)封裝 (RSL10 SIP) ，這是業(yè)界功耗較低的藍(lán)牙技術(shù)解決方案，集成了無線電SoC、天線和實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙 5認(rèn)證無線電所需的所有無源組件。

這個(gè)功能強(qiáng)大但體積小巧的低功耗設(shè)備構(gòu)成了RSL10 Mesh平臺(tái)的基礎(chǔ)（圖1）。利用隨附的認(rèn)證網(wǎng)棧，開發(fā)人員就可以使用藍(lán)牙低功耗技術(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范中定義的各種強(qiáng)制功能和可選功能。

圖1：安森美半導(dǎo)體的RSL10 Mesh平臺(tái)

如圖1所示，開發(fā)套件將RSL10 SIP與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中一些常見類型的傳感器和驅(qū)動(dòng)器相集成。主板與Strata Developer Studio?平臺(tái)兼容，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)完整方案至關(guān)重要。圖 2為RSL10 Mesh平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)框圖。

圖2：RSL10 Mesh平臺(tái)藍(lán)牙網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)框圖

Strata Developer Studio是安森美半導(dǎo)體基于云的開發(fā)平臺(tái)。通過該平臺(tái)可即時(shí)輕松訪問開發(fā)套件的所有相關(guān)設(shè)計(jì)資料，從而為項(xiàng)目的評(píng)估和開發(fā)階段提供支持。只需將支持的電路板插入運(yùn)行該軟件的電腦中，Strata Developer Studio就能立即識(shí)別該電路板，然后通過訪問安森美半導(dǎo)體云資源獲取所有設(shè)計(jì)支持。這樣，工程師就可以隨時(shí)獲取所有最新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（圖 3）。

圖3：通過Strata Developer Studio可即時(shí)獲取最新的設(shè)計(jì)資料

利用Strata Developer Studio，還有一些其他功能也讓工程師受益，例如：其他開發(fā)套件無法提供的交互式模擬環(huán)境。通過藍(lán)牙低功耗連接至Strata Gateway的所有RSL10 Mesh節(jié)點(diǎn)都將實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。因此，工程師可以像在已部署的應(yīng)用程序中那樣與這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互。這個(gè)“開箱即用”的功能可加快評(píng)估和開發(fā)流程。圖4顯示了通過Strata Developer Studio設(shè)計(jì)的模擬網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可提高設(shè)計(jì)效率。

圖4：通過Strata設(shè)計(jì)模擬網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

此外，面向智能移動(dòng)設(shè)備的RSL10 Mesh應(yīng)用程序也可用于Android?和iOS®。這樣就可以基于RSL10 SIP輕松發(fā)現(xiàn)和配置藍(lán)牙網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)。利用應(yīng)用程序，可使用開、關(guān)等命令控制節(jié)點(diǎn)，也可以設(shè)置LED節(jié)點(diǎn)的色調(diào)、飽和度和亮度。

總 結(jié)

盡管現(xiàn)代無線協(xié)議（如藍(lán)牙）具有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，但開發(fā)作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的設(shè)備時(shí)仍存在其特有的挑戰(zhàn)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)支持一種形成和移除連接的特殊方法，這與其他形式的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型不同。藍(lán)牙技術(shù)的獨(dú)特之處在于它支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還保留其傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接功能，這也是藍(lán)牙優(yōu)于其他技術(shù)的原因所在。因此，藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)的所有領(lǐng)域都越來越受歡迎。

現(xiàn)代開發(fā)工具可顯著降低基于藍(lán)牙低功耗技術(shù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)難度。RSL10 Mesh平臺(tái)就是一個(gè)范例，說明如何將所有元素集成到一個(gè)環(huán)境中可以提高工程團(tuán)隊(duì)的生產(chǎn)力，并縮短制造商的上市時(shí)間。