井底看世界----物联网之蓝牙mesh、NB-IOT、RISC-V

皋陶

现在的物联网市场，工业、农业、智慧城市、交通、零售、实时健康管理等等领域发展的如火如荼。其中涌现了各种流行的技术，对于开发者而言，这几个技术是有一定吸引力的。如题，我想关注一下蓝牙mesh、NB-IOT、RISC-V的技术实现、现状，以及我眼中的物联网。

一、蓝牙mesh

1、技术

一个智能设备在未加入蓝牙Mesh网络之前称为Device，加入Mesh网络（Porvisioning过程）后，称为Node（节点）。

每个Node可以包含多个Element（比如智能插排，每一个插孔都是一个Element），一个Element对应一个Unicast address（16bits，32767个地址，bit15=0）；

每个Element可以包含多个Model（用来发送、接收和处理Message），每个Model对应一个Model ID（可以分SIG ModelID和Vendor Model ID），类似这个Model的地址。

其中，SIG Model ID是16bits的，SIG组织定义的专用Model ID，SIG Model ID参考例子如下图所示，而Vendor Model ID是32bits的，由16bits的Company ID和16bits的Vendor-assigned Model ID组成。

下图是Mesh网络分层结构，工程师Coding的时候，一般操作其中的Access Layer，也就是打包Access Payload。Access Payload的包结构分为两个字段：Opcode+Parameter。

每个Access Payload可以最多是32个Segment（12字节），也即最多384个字节（包含TransMIC），如果TransMIC是4字节，则有效载荷是380字节，可以有3种组合：

1字节的Opcode（For Special Message）+379字节的Parametes；

2字节的Opcode（For Standard Message）+378字节的Parameters；

3字节的Opcode（For Vendor-Specific Message）+377字节的Parameters。

当然，如果Unsegment，则Access Payload最多可以有11字节

Mesh网络是消息驱动的架构，每个Model处理一类Messages，消息分ACK和非ACK消息，比如对应上述的Generic OnOff Server的Model，需要处理以下图所示的Messages。

另外Messages可以支持Transactions（通过Transaction Identifier识别），在一个Transaction里面支持一系列Messages，比如Set，Recall和Clear等。

Transaction Identifier可以识别这个消息是个新消息还是一个重发的之前的旧消息。

Generic OnOff Set这个消息的包结构如下图所示：

一个Messages只能对应一个Model，如果需要处理两个相同的Message，则需要设置两个不同的Element和Model来处理。

如下图所示，这个智能插排设备需要同时控制两个插座的开和关，因此需要处理两个相同的Generic OnOff Set的Message，当该设备加入Mesh网络成为一个Node后，该Node需要设置两个Element，获得两个unicast address，并配置两个Generic OnOff Server的Model，分别处理Generic OnOff Set的Message（通过Unicast address区别）

作者：杰克胡
链接：https://www.jianshu.com/p/2711185528f0
來源：简书

2、现状----http://www.elecfans.com/news/700016.html

《蓝牙Mesh技术大规模落地难的真实原因，很多人不知道》

在今年CES展上，阿里人工智能实验室发布了采用蓝牙Mesh技术的智联网开放连接协议IoTConnect。

前期测试生产的一批智能灯泡让用户体验无需手动配置，设备自动发现、秒级连接，自动适配支持语音控制指令。

此举让阿里巴巴成为第一个在中国大规模商用蓝牙Mesh技术的企业。

由此可见，兼具可扩展性高、可靠性高、安全性强，以及能实现不同品牌产品间的互联互通等特点的蓝牙Mesh技术，在发布不到1年的时间内，在真正意义上开始走向落地。

值得一提的是，在2018年蓝牙亚洲大会上，蓝牙Mesh也是最热门、最受欢迎的话题之一。

在本次大会期间的媒体专访中，Nordic半导体的现场应用工程师中国区负责人艾敏华先生发表了自己对蓝牙Mesh技术的最新解读。

致力于超低功耗无线技术的研发，Nordic半导体早在2002年就设计出了第一颗2.4G芯片，其采用的2.4G私有协议最后演变为低功耗蓝牙协议；

而且，就在蓝牙技术联盟发布蓝牙Mesh标准的第二天，Nordic半导体紧跟着就推出了用于蓝牙Mesh 的软件开发套件（nRF5 SDK for Mesh），目前已通过蓝牙联盟的认证。

在简化蓝牙开发者的开发工作上，Nordic半导体做得还是可圈可点。

如何看待蓝牙Mesh技术到现在还没有大规模落地？

蓝牙Mesh将低功耗蓝牙无线连接功能扩展至消费产品、智能家居，以及工业应用中的多节点应用。

加之，蓝牙Mesh技术的优势在于具备开放、低成本、高性能等特点，并且支持市面上绝大多数的的蓝牙设备，所以开发者开发起来会更容易上手。

跟其他Mesh技术相比，蓝牙Mesh发展可谓神速，但为什么到现在蓝牙Mesh技术还没有真正大规模落地呢？

艾敏华先生解释到，首先蓝牙Mesh刚推出不久，公众接受还需要一段时间，就像低功耗蓝牙，也是经历了2年的潜伏期然后才爆发的。

其次，蓝牙Mesh毕竟是一门新的技术，当前的1.0版规格书还有很多需要完善的地方，比如基于蓝牙Mesh的固件升级（DFU）如何实现，远程配网如何实现等。

最后，目前蓝牙Mesh开发还是比较难，开发难首先体现在市场上的蓝牙Mesh协议栈功能还不完善，比如蓝牙Mesh中的低功耗节点和朋友节点绝大部分厂商都没有做好。

另外蓝牙Mesh有一个非常好的特性：通过手机完成Mesh配网和部署，但大部分厂商目前都没有推出相应的配网app及对应的库。

当蓝牙Mesh框架技术都没有准备好的情况下，让应用开发者去开发蓝牙Mesh应用无异于“无米之炊”，因此目前蓝牙Mesh还没有大规模商用案例。

为降低开发者的开发难度，加速产品上市进程，加速蓝牙Mesh行业的整体进展，Nordic半导体做了哪些工作呢？

事实上，对熟悉蓝牙技术的开发者来说，蓝牙应用开发并非难事。

不过，国内熟悉蓝牙协议栈的开发人员为数不多，对于他们而言，熟悉蓝牙SDK工具，是需要时间的，毫无疑问，这严重减缓了产品上市时间，从而让企业丧失占据市场的最佳有利时机。

为方便国内开发人员快速将蓝牙产品进行开发运用到设备终端中去，提供更好的用户体验。

艾敏华先生特别强调，Nordic半导体为蓝牙开发者提供整体解决方案，客户在产品生命周期各个环节碰到的问题Nordic都有相关解决方案，

同时Nordic提供了一个非常灵活而可靠的软件架构（该软件架构可以支持市面上绝大部分流行RTOS，比如FreeRTOS，Zephyr，AliOS-things等），

并开放SDK源代码给所有客户，大大降低客户的开发门槛，并且Nordic投入了巨大的资源来保证自己蓝牙底层稳定，可靠和互联互通，

如此一来客户开发的时候就不再需要投入精力在蓝牙底层方面，客户要做的是做好自己产品的附加值即可。

为了方便开发人员使用，Nordic半导体推出同时支持蓝牙5和蓝牙Mesh的产品nRF52832和nRF52840。

nRF52832和nRF52840提供量产级蓝牙5协议栈S132/S140，以及对应的nRF5 SDK v15.0.0，使设计人员更有信心地构建具有蓝牙5认证协议栈的产品，并且更快速地进入生产。

nRF52832和nRF52840同时提供经过蓝牙联盟认证的量产级的蓝牙Mesh软件开发套件nRF5 SDK for Mesh V2.0.1，以帮助开发人员加快蓝牙Mesh应用开发。

值得一提的是，nRF52840作为业界性能最强的BLE SoC，具有1MB Flash和256kB RAM，是蓝牙Mesh朋友节点的最好选择。

需要特别提出的是，在手机端软件方面，Nordic已发布iOS版和安卓版蓝牙Mesh配网app，相应库已放到Nordic GitHub官网上以供客户参考和下载。

艾敏华先生特别强调：Nordic半导体是业界首家同时提供iOS版和安卓版蓝牙Mesh配网app的公司。

用过Nordic蓝牙产品的开发者都知道，除了其高性能和超低功耗外，更重要的其实在于其先进的软件架构和简单易用的软件开发。

坚持自主开发蓝牙底层，Nordic半导体的蓝牙产品均可轻松实现OTA升级，让开发者的产品能满足迭代消费需求。

除此之外，对于开发者而言，开发蓝牙Mesh产品的编程风格、API，还有文档书写习惯跟以前Nordic蓝牙产品是一模一样的。

这一点，对于使用过Nordic BLE产品的开发者而言，开发Mesh产品就会更加容易上手了。

鉴于以上原因，Nordic nRF52系列支持面向可穿戴设备、游戏、VR / AR以及家庭和工业IoT应用的多种网络连接产品，势必能帮助更多开发者赢取更大的市场，可以预见的是未来将带动更多物联网场景应用落地。

这对于Nordic来说，毫无疑问是一个扩大版图的好机会。

蓝牙Mesh技术或将成为物联网市场最大的推力之一

蓝牙技术联盟于2018蓝牙亚洲大会发布的《蓝牙市场最新资讯》指出，至2022年，将有52亿蓝牙设备输出，并广泛应用于各个行业。

从蓝牙Mesh网络与蓝牙5的发展态势来看，蓝牙正在为未来数十年将于物联网中广泛应用的工业级无线互联解决方案蓄势待发。

艾敏华先生指出：蓝牙技术将成为物联网的一个基础技术，越来越多的开发者将选择蓝牙来组建自己的物联网方案，蓝牙物联网将无处不在。

究其原因，蓝牙5解决了一对一和一对多无线通信需求，而全新的蓝牙Mesh技术将适用于多对多无线通信场景，并特别提高了构建大范围网络覆盖的通信效能，蓝牙Mesh技术将更加适用于智能照明、楼宇自动化、无线传感器网络等需要让数以千计个设备在安全、可靠、稳定环境下进行传输信息的物联网解决方案。

以智能家居为例，当家庭接入的智能硬件的设备数量越来越多之后蓝牙Mesh带来的技术优势以及用户体验将更加明显，这应该阿里的天猫精灵为什么会选择蓝牙Mesh技术的一个很重要的原因。

再者，对于整个产业而言，蓝牙技术联盟成员公司超过3.3万家，蓝牙开发者基数大（100W以上开发者）。

蓝牙技术联盟拥有最大的生态资源，蓝牙技术或将成为IOT最大的推力之一。

未来是否会出现艾敏华先生口中所提到的“蓝牙物联网”呢？让我们拭目以待…

关于艾敏华先生

艾敏华（Kevin Ai）拥有10年半导体行业从业经验，现任Nordic Semiconductor现场应用工程师中国区负责人，负责Nordic产品推广，支持和服务等。一直奋战在第一线，成就客户的同时成就自己，参与的项目总数成百上千，SoC芯片累计出货量已突破2亿颗。

专注于物联网整体解决方案，帮助客户解决产品生命周期中各个环节问题。

关于Nordic半导体

Nordic是成立于1983年的挪威企业，在全球多个国家聘用了600多名员工。2017年，Nordic的营收中有大概 85% 来自亚太地区。其工程师在低功耗蓝牙技术标准的发展方面起着主导作用，这项标准现已获得世界各地所有主要科技企业采用。

Nordic拥有世界上最强大的低功耗蓝牙协议栈开发团队，该团队在公司内部对公司所有“SoftDevice”(Nordic低功耗蓝牙和ANT协议栈名称)进行设计、测试和验证。Nordic半导体专注于开发支持低功耗蓝牙、ANT+、802.15.4、2.4GHz、LTE-M和NB-IOT等超低功耗无线通信技术。

二、NB-IOT

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1606378053703379484&wfr=spider&for=pc

什么是NB-IOT

NB-IOT是这两年火热的名词，和物联网，大数据一样在IT行业被热捧。NB-IOT是窄带物联网（Narrow BandInternetof Things）的简写，为了和现在的移动网络兼容，主要基于LTE技术（ 3GPP Release 13）。现在中国的三大运营商都在加紧部署NB-IOT网络。

NB-IOT和移动通信（2/3/4/5G）的区别和特点

1、覆盖广，相比传统GSM，一个基站可以提供10倍的面积覆盖

一个NB-IOT基站可以覆盖10km的范围，小县城一个基站就可以覆盖了。同时

NB-IoT比LTE和GPRS基站提升了20dB的增益，能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方，在地下是不可能有信号打电话的，但NB-IOT仍然可以通信！

2、海量连接，200KHz的频率可以提供10万个联接

提供的连接越多，那基站就建的少，基站建的少，那就省钱！一老师同时教200个学生，另外一个老师就能带20个学生，这样在同样带1000个学生的前提下，带200个学生的老师只雇佣5个就可以，后面那样的老师就要雇佣50个。

3、低功耗，使用AA电池（5号电池）便可以工作十年，无需充电

10年不需充电！你不是在骗我吧？我的手机可是每天都要充电的！

NB-IoT引入了eDRX省电技术和PSM省电模式，进一步降低了功耗，延长了电池使用时间。在PSM模式下，终端仍旧注册在网，但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。

eDRX省电技术进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动，相对于PSM，大幅度提升了下行可达性。

什么是eDRX

DRX(Discontinuous Reception)，即不连续接收。eDRX是扩展不连续接收。

如图所示，DRX的是不连续的去接受信号，大部分时间休息。

举个例子，连续接收就是一个保安一天24小时不能离开工作岗位，眼睛要认真的瞪着门口看有没有异常发生。

不连续接收是保安一个小时只花十分钟去看门，其他时间喝茶休息。

PSM（Power Saving Mode），即省电模式。

很多物联网终端大部分时间是没有事情可以做的，抄表发一个表字就完了，干完活就可以睡大觉了。

设备进入休眠状态。

4、 移动性做了简化。不像我们手机，经常是在汽车上，高铁上，在高铁上打电话信号不好，是因为速度太快手机在不停的切换基站，就像接力比赛一样，接力棒接好了通话正常，接力棒丢了，通话断断续续甚至掉线。

总结一下，NB-IOT的省电就像一个保安工作一个小时内要休息喝茶50分钟，就这样一天才工作3小时，其他时间都在睡觉。

对于物联网终端使用NB-IOT大部分场景是静止的，如智能抄表，这样可以降低协议的复杂度，同时降低模块成本。

5、半双工模式

就是我说话的是你必须听着，绝对不能插嘴！反之亦然。

NB-IOT不足

1 部署频率是授权的，必须由运营商来部署！想自己搭建一个？在目前看来还是不行。看来想一次性投资，后面不再交钱这条路行不通。

2 模块现在成本还是高（相对于成熟的GPRS模块，wifi模块）这个应该会随着使用量的增大而慢慢降低。

扩展：
NB-IOT —5G时代三兄弟，NB-IoT到底有多少优势？

LoRa和NB-IoT哪个更加有未来和发展前景？LoRa和NB-IoT深度解析对比

三、RISC-V

什么是RISC-V，它为何能改写物联网市场秩序

RISC-V是一个开放的指令集架构，最初由美国加州大学柏克莱分校(University of California, Berkeley)的电脑科学系开发，主要基于流行的精简指令集运算(reduced instruction set computing；RISC)原则，就和ARM、MIPS以及其他常见的商用处理器架构一样。

RISC-V在2010年开始成型，现在已经成长为一个巨大的全球合作计划，横跨多所大学和工业领域。

非营利的RISC-V基金会(RISC-V Foundation)为其提供了一致性，不仅指导底层ISA规范，也扮演市场引擎的角色来推广RISC-V途径。

需要澄清的是RISC-V的指令集架构，顾名思义是一项指令集的架构规范，而不是一种具体的处理器设计。

从开放源码指令集架构开始，很多的学术和产业团队创造了多种不同的处理器设计，但本质上都采用同一种语言。

快速浏览RISC-V基金会的网站，就可以看到上面展示了大量的处理器实作，从Rocket、Orca和PULPino等完整的开放源码处理器设计，到生产商业处理器核心的公司，如SiFive、Codasip、Andes和Cortus。

这些当代处理器的实现范围十分广泛，从简单物联网处理器到运行Linux的应用处理器，都是基于一套共同的指令集，从而反映出RISC-V较封闭式商用ISA的关键优势，即差异化和选择的自由，以及可以更换处理器供应商而不至于遭受产品重新架构的痛苦。

图1：RISC-V包含最小的32位元基础指令集，以及一系列可扩展至支援64位元、128位元运算的指令集与其他扩展。

免费的所以一定存在风险？

在这一点上，谨慎的做法是考察实际情况，查看新产品设计中影响处理器选择的因素。

如同大多数的设计决策一样，它涉及很多技术和商业因素，有些是基于硬指标，有些则基于难以量化的方面。

技术指标是不言而喻的：

包括处理器是否具备足够的马力？

支持后续产品的可扩展性？

是否匹配功率封包？

是否满足所需的安全层级？

有没有友好熟悉的软体开发/除错环境？

用户能否继承之前的程式码库等等。

商用标准必须考虑成本，例如面积(包括闸数和记忆体大小)、版税和整个授权费用。

它还要考虑其他商务方面的因素，包括供应商锁定、保证与赔偿、商业报告义务、进行修改的合法权利等等。

考虑所有这些因素，大多数设计人员往往采取一种“安全”选项，通常使用一个专有的商用处理器，并且经常绑定在以前使用的系列。

然而，站在策略层面来看，很多公司对于选择限制日益增加但强大的商用处理器IP供应商感到不安。

人们渴望拥有更多的商业自由，打破封闭指令集的锁定，这不光是在授权和版权使用费方面有意义，也有利于实现差异化。

这种需求使得RISC-V扬帆起航。

RISC-V开放源码的指令集架构为芯片公司提供了现实的选择，超越普通的商业选项，避免承担过度的策略风险，就如同Linux、FreeRTOS和许多其他开放源码的即时作业系统(RTOS)在今天无可争辩的替代了商用作业系统(OS)。

特别是在那些消费物联网装置上使用的小型嵌入式处理器上，这种选择非常现实。许多知名的一级(Tier 1)公司，包括Western Digital (WD)和辉达(Nvidia)，已经公开宣布了自家公司的意图，甚至着手展开了大规模的生产。

此外，还有更多的公司正在评估RISC-V，其中一些甚至秘密地开始进行先进的设计。

例如CEVA RivieraWaves的 Wi-Fi和蓝牙IP产品设计。

在RISC-V的潜力吸引下，这些通讯技术需要一个小型处理器以执行协议堆叠，目标就在于创建一个预先整合的参考平台，让客户自由选择处理器。

由于IP的架构设计满足超低功耗的操作，即使是先进的无线网路(Wi-Fi)配置，对于处理器马力的需求也很温和。

简单来说，我们需要逻辑闸数少、能源效率高、成熟的处理器，再加上一个熟悉的商用级软体开发环境，可以产生节省芯片面积的精简程式码。

该处理器设计必须易于部署(全速执行)在FPGA和ASIC/ASSP上，而且还必须具备与我们的授权IP业务相容的法规架构。

例如，CEVA选择20K闸数的RISC-V处理器核心，能够达到2.44 Coremark/MHz这个不错的成绩，并且和硬体需求完全吻合。

根据内部的性能基准和程式码密集度测试结果显示，已经达到与同级最佳处理器相当的水准。

同样重要的是根据我们的经验显示，将一个完整的系统移植到RISC-V所需的工作量非常少。

以更复杂的Wi-Fi平台为例，用嵌入式RISC-V处理器取代商用处理器，只需花费一星期的时间，就完成了整合、模拟和创建一个新的FPGA二进位档，实现完整的RivieraWaves Wi-Fi 展示平台。

此外，已经在多个不同商用处理器上进行开发和部署多年的现有协议软体，在两周时间内就能移植到RISC-V平台了，包括移植、测试和系统级验证。

这一点也不令人意外，多亏了熟悉的GNU GCC/GDB和LLVM编译器/除错器环境。

个人之见：

上面的技术是当下物联网方面比较火热的，资本的宠儿，当然也是公司和从业开发技术人员的宠儿。

人们对于物联网设备的要求要是越来越高，端侧设备要灵敏、低功耗等，还要有端侧的计算能力，从而有能力进行场景的下的预判和决断，实现分布式端侧实时处理的能力。

物联网重点是解决端测数据采集的问题，更重要的是各种数据的融合，在各行业数据不通，壁垒难以打破，万物互联也会是举步维艰。

也许端侧----大数据—端侧智能决断是出路。

比如车联网，车辆原厂的数据包不开源或者开放给做外挂终端的企业，如何做深度的车辆的数据采集，

现在的相关企业都是做基于少量OBD数据的二次开发，做增值，做社区，做辅助驾驶、做大众娱乐、做基于端设备到自家服务器侧的数据共享等，

还没有实现理想中全车数据监控，车况、路况、智能化的自动数据交互，说的简单一些，车辆还做不到像人走在街上自动涉猎有用信息、交互数据、甚至预判周围环境、紧急状况这样的能力。

当所有的终端、数据流和节点打通时候，才是万物互联。

未来的物联网应该是打破互联网的维度的，归跟到底。井底看世界，愚以为，最终的网，是人类自己的网，无所不在的大网。。。。

本篇完，感谢关注：RISC-V单片机中文网