Allgemeine Marktfragen

Was ist Bluetooth®Mesh Networking?

Bluetooth® Mesh Networking ermöglicht die Kommunikation zwischen vielen Geräten (m:m) und ist für den Aufbau groß angelegter Gerätenetzwerke optimiert. Es ist ideal für Steuerungs-, Überwachungs- und Automatisierungslösungen geeignet, bei denen Dutzende, Hunderte oder Tausende von Geräten miteinander kommunizieren müssen.

Wo kann ich Bluetooth® Mesh Networking verwenden?

Bluetooth® Mesh Networking wird in einer Vielzahl von Märkten eingesetzt. Wir beobachten eine erhebliche Aktivität auf dem Markt für Gebäudeautomatisierung, insbesondere bei kommerziellen Beleuchtungslösungen, und bei Sensornetzwerklösungen in verschiedenen Märkten. Es ist ideal für IoT-Lösungen geeignet, bei denen Dutzende, Hunderte oder Tausende von Geräten miteinander kommunizieren müssen.

Welche Versionen der Bluetooth-Kernspezifikation unterstützen Mesh-Netzwerke? Kann ich vorhandene Produkte, die Bluetooth®-Technologie verwenden, aufrüsten?

Mesh-Netzwerke arbeiten mit Bluetooth® LE und sind mit der Kernspezifikation Version 4.0 und höher kompatibel. Die Bluetooth-Spezifikationen ermöglichen eine Aufrüstbarkeit. Nur Produkte, die für eine Aufrüstbarkeit ausgelegt sind, können vor Ort so verbessert werden, dass sie Mesh-Netzwerke unterstützen. Die Aufrüstbarkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. von der Größe des im Bluetooth-Chip verfügbaren Speichers. Sie sollten sich jedoch bei Ihrem Geräte- und/oder Produkthersteller erkundigen, um diese Entscheidung zu treffen.

Warum sollte ich mich für Bluetooth® Mesh Networking entscheiden?  

Bluetooth® Mesh Networking ist ideal für Steuerungs-, Überwachungs- und Automatisierungssysteme geeignet, bei denen Hunderte oder Tausende von Geräten miteinander kommunizieren müssen. Bluetooth Mesh Networking wurde entwickelt, um die strengen Anforderungen kommerzieller und industrieller Umgebungen zu erfüllen, in denen eine einfache Bereitstellung, Leistung und Sicherheit von größter Bedeutung sind. Die vernetzte Beleuchtungssteuerung ist ein Anwendungsfall, bei dem sich die Bluetooth Mesh-Technologie schnell durchgesetzt hat.

• Einfacher Einsatz
  • Dank der Bluetooth®-Technologie, die in 100 Prozent aller Smartphones und Tablets enthalten ist, können Installateure Inbetriebnahme-Apps verwenden, die direkt mit den Knoten in einem Bluetooth®-Mesh-Netzwerk kommunizieren, sodass kein spezielles technisches Fachwissen oder Internet- und Cloud-Plattformen zur Unterstützung der Installation und des Betriebs des Systems erforderlich sind. Darüber hinaus macht eine Fernbereitstellungsfunktion das Hinzufügen neuer Geräte oder das Ändern vorhandener Geräte noch einfacher.
• Zuverlässige & skalierbare Leistung
  • Bluetooth® Mesh Networking wurde speziell für den Einsatz in großen drahtlosen Netzwerken entwickelt. Drei Hauptmerkmale unterscheiden Bluetooth® Mesh Networking von anderen drahtlosen Netzwerktechnologien und bieten die Ausfallsicherheit, die Installateure, Gebäudemanager und Endbenutzer in kommerziellen und industriellen Installationen benötigen.
    • Steuersysteme, die auf Bluetooth® Mesh Networking basieren, benötigen keine zentralen Steuerungen, da die Intelligenz auf alle Endgeräte verteilt ist. Eine dezentrale Steuerungsarchitektur ermöglicht es Systemen, eine deutlich höhere Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Leistung bei geringeren Kosten zu erreichen.
    • Ein einzigartiger Ansatz zur Adressierung von Publish/Subscribe-Nachrichten senkt den Messaging-Verkehr im Netzwerk erheblich, was zu einer besseren Skalierbarkeit und Leistung des Netzwerks führt.
    • Bluetooth® Mesh Networking bietet mehrere Optionen für die Nachrichtenübertragung. Managed Flood bietet zuverlässiges Messaging über mehrere Wege (Hops). Directed Forwarding erhöht die Skalierbarkeit und kann die Messaging-Effizienz in den komplexesten, groß angelegten Mesh-Netzwerken verbessern.
  • Obligatorische mehrstufige Sicherheit
    • Bei der Entwicklung von Bluetooth® Mesh Networking steht die Sicherheit an erster Stelle und bietet Schutz vor allen bekannten Angriffen in Industriequalität.
      • Umfassende Sicherheit, die das gesamte Netz von Geräten und verschiedenen Gerätegruppen abdeckt, ist obligatorisch
      • Zusätzliche Funktionen sind verfügbar, um die Sicherheit und den Datenschutz von Netzwerkgeräten weiter zu verbessern
      • Die Sicherheitsarchitektur von Bluetooth® Mesh Networking ist offen und kann öffentlich geprüft werden.

Was benötige ich, um ein Bluetooth® Mesh product zu entwickeln?

Um Bluetooth® Mesh Networking-Produkte zu entwickeln, benötigen Sie kompatible Hardware und Software. Bluetooth® Mesh Networking erfordert einen zugrundeliegenden Bluetooth LE 4.x- oder 5.0-Stack, der die GAP-Broadcaster- und -Beobachterrollen unterstützt, um sowohl Werbung zu machen als auch nach Werbepaketen zu suchen.

Um Bluetooth Mesh Networking über Bluetooth LE zu nutzen, wird empfohlen, ein qualifiziertes SDK eines Anbieters von Bluetooth Mesh Networking-Lösungen zu verwenden, das das Bluetooth Mesh Networking-Protokoll und Modelle mit entsprechenden APIs enthält.

Was benötige ich, um eine Bluetooth® Mesh Networking Smartphone-Anwendung zu erstellen?

Wenn Ihr mobiles Betriebssystem geeignete APIs bereitstellt, die es einer Anwendung ermöglichen, die in der Mesh-Profil-Spezifikation definierten Anforderungen an Bluetooth LE zu erfüllen, sollten Sie zur Entwicklung von Smartphone- oder Tablet-Anwendungen für die Verwendung mit Bluetooth Mesh Networking-Produkten den Advertising Bearer verwenden. Der Advertising Bearer ist in jedem Fall der bevorzugte Bearer. Wenn der Werbeträger nicht verwendet werden kann, können Sie das Bluetooth Mesh Proxy-Protokoll verwenden, um die Kommunikation mit dem Mesh-Netzwerk über einen Proxy-Knoten zu ermöglichen. Das Proxy-Protokoll kann zusätzlich zu den standardmäßigen Bluetooth Low Energy GAP- und GATT-APIs implementiert werden.

Kann ich Bluetooth® Mesh Networking verwenden, um Musik an alle Lautsprecher in meinem Haus zu übertragen?

Nein, Bluetooth Mesh Networking ist für den Austausch kleiner Nachrichten zwischen vielen Bluetooth-Geräten und nicht für das Streaming von Medien optimiert.

Beeinträchtigt mesh andere drahtlose Geräte, die in der Nähe betrieben werden, wie z. B. das Hören von Musik? Bluetooth

Nein, Sie können weiterhin Musik hören, Ihren Activity Tracker synchronisieren und Benachrichtigungen auf Ihrer Smartwatch sehen, während Sie sich in einem Mesh-Netzwerk oder in dessen Nähe befinden.

Was passiert mit Bluetooth® Mesh Networking jetzt, da Bluetooth® NLC verfügbar ist?

Bluetooth® Mesh Networking ist nach wie vor die am besten geeignete Mesh Networking-Technologie für Steuerungs-, Überwachungs- und Automatisierungssysteme, bei denen Hunderte oder Tausende von Geräten miteinander kommunizieren müssen. Bluetooth® Mesh Networking erfüllt die strengen Anforderungen kommerzieller und industrieller Umgebungen, in denen Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit von äußerster Wichtigkeit sind. Bluetooth® NLC baut einfach auf Bluetooth® Mesh Networking auf und bietet einen umfassenden Standard für die drahtlose Beleuchtungssteuerung.

Fragen zur Nachrichtenübermittlung

Warum verwendet Bluetooth® Mesh Networking einen Flood-basierten Ansatz zur Nachrichtenweitergabe?

Ein "Managed Flood"-Konzept für die Nachrichtenübermittlung erfüllt am besten die Anforderungen für einfache, zuverlässige und skalierbare mesh Netze.

Mit Managed Flood Messaging ist keine komplexe Erstellung und Verwaltung von Routing-Tabellen erforderlich. Selbst bei gerouteten Lösungen, bei denen eine Tabelle automatisch generiert werden kann, können erhebliche Netzunterbrechungen auftreten.

Managed Flood Messaging ist von Natur aus mehrwegfähig und stellt sicher, dass die Nachrichten ihr Ziel erreichen. Außerdem ist es von Natur aus ein Peer-to-Peer-System, bei dem alle Knoten direkt miteinander kommunizieren können. Da es keinen zentralen Hub oder Routing-Knoten gibt, gibt es auch keine einzelnen Fehlerpunkte.

In den meisten Mesh-Netzwerk-Implementierungen ist ein erheblicher Prozentsatz des Messaging-Verkehrs Multicast, z. B. ein einzelner Lichtschalter in einem Gebäude, der Dutzende oder Hunderte von Lampen steuert. Der verwaltete Flood-Messaging-Ansatz von Bluetooth Mesh Networking unterstützt in Kombination mit dem Publish/Subscribe-Gruppen-Messaging-Modell ein extrem effizientes Messaging für große Netzwerke mit hoher Leistung.

Sind alle auf Flut basierenden mesh Netzwerke energieineffizient?

Nein, in einem einfachen, auf Flut basierenden Mesh-Netzwerk kann das der Fall sein, aber die Bluetooth®-Technologie implementiert einen verwalteten Flut-Ansatz, bei dem nur Knoten mit hohem Stromverbrauch als Nachrichtenrelais dienen. Knoten mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. batteriebetriebene Sensoren, sind nicht für die Weiterleitung von Nachrichten zuständig. In einem Bluetooth®-Mesh-Netz können stromsparende Knoten mit einer Knopfzellenbatterie viele Jahre lang betrieben werden.

Wie funktioniert das Bluetooth® Mesh Networking mit Multicast-Nachrichten?

Bluetooth® Mesh Networking wickelt die Multicast-Kommunikation über einen Publish/Subscribe-Group-Messaging-Ansatz ab.

Die Hälfte des Adressraums wird Gruppenadressen zugewiesen, und eine Nachricht kann an eine Gruppenadresse gesendet werden. Jeder Knoten kann so konfiguriert werden, dass er einen Satz von Gruppenadressen abonniert und Nachrichten an einen Satz von Gruppenadressen veröffentlicht.

So kann beispielsweise ein Lichtschalter die Nachricht "Einschalten" an die "Flurgruppe" weiterleiten, und alle Leuchten entlang des Flurs werden an dieselbe Adresse der "Flurgruppe" weitergeleitet. Die Leuchten können aber auch von anderen Gruppen abonniert werden, z. B. von der "Erdgeschossgruppe", der "Gruppe "Alle Leuchten" und der Gruppe "Notausgangsweg".

Bluetooth® Mesh Networking unterstützt auch virtuelle Adressen, die Gruppenadressen erweitern, indem eine 128-Bit-UUID als Zieladresse fungieren kann. Ein Hash der Label-UUID wird verwendet, um den Overhead bei der Überprüfung von UUIDs zu reduzieren. Jeder Hash-Wert repräsentiert Millionen von verschiedenen Label-UUIDs, wodurch sich die Anzahl der potenziellen virtuellen Adressen erhöht.

Fragen zur Provisionierung

Was bedeutet Rückstellung?

Die Bereitstellung ist der Prozess des Hinzufügens eines Geräts zu einem bestimmten mesh Netzwerk. Es macht ein Gerät zu einem Knoten im Netz und umfasst die Verteilung von Sicherheitsschlüsseln und die Erstellung einer eindeutigen ID für das hinzuzufügende Gerät.

Was ist Remote Provisioning?

Remote Provisioning erleichtert die Bereitstellung neuer Geräte über Bluetooth® Mesh-Netzwerke und spart Installateuren wertvolle Zeit und Geld. Mit der neuen Funktion Remote Provisioning kann die Bereitstellung über das Mesh-Netzwerk erfolgen, wobei die Bereitstellungsnachrichten einen oder mehrere Sprünge benötigen, um das entfernte, nicht bereitgestellte Gerät zu erreichen.

Die Funktion Remote Provisioning bietet außerdem Verfahren zur Automatisierung der Handhabung wichtiger Ereignisse im Lebenszyklus eines Bluetooth® Mesh-Netzwerks, wie z. B. die sichere Übertragung der Eigentumsrechte nach der ersten Einrichtung des Netzwerks, indem die Geräteschlüssel aller Geräte neu generiert werden können.

Kann ich eine Sicherungskopie meiner Bereitstellungsdaten erstellen und diese wiederherstellen?

Ja, Sie können Ihre Provisionierungsdaten sichern. Dies ist nicht in der Spezifikation festgelegt, Sie können also jeden beliebigen Sicherungsmechanismus verwenden.

Allgemeine architektonische Fragen

Was ist ein Knoten?

Ein Knoten ist ein bereitgestelltes Gerät in einem Bluetooth® Mesh-Netzwerk.

Wie viele Knoten kann ich in einem einzigen Netz haben?

Obwohl die Spezifikation die Bereitstellung von bis zu 32.000 Knoten vorsieht, erwarten wir nicht, dass diese Zahlen in der Praxis schnell erreicht werden. Wir sehen jedoch bereits repräsentative Netzwerke mit mehr als 1.000 Knoten, was viel mehr ist als andere Technologien mit geringer Leistung, die heute auf dem Markt sind mesh .

Benötige ich verschiedene Arten von Knoten für ein Bluetooth® Mesh-Netzwerk?

Nein, nur bei Bluetooth® Mesh Networking sind alle Knoten in einem Netzwerk dezentralisiert und können direkt miteinander kommunizieren.

Es gibt keine zentralen Knotenpunkte oder Routing-Knoten, so dass es keinen einzigen Ausfallpunkt gibt. Um jedoch Knoten mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. batteriebetriebene Sensoren, zu berücksichtigen, übernehmen nur einige Knoten die Funktion der Nachrichtenweitergabe.

Einige Knoten übernehmen zusätzliche Funktionen, um die Nachrichtenübermittlung an Knoten mit geringem Stromverbrauch zu unterstützen. Auf diese Weise kann ein Knoten mit geringem Stromverbrauch Teil eines Netzes bleiben, aber er kann stunden- oder tagelang schlafen, bis er eine bestimmte Information melden muss. Auf diese Weise können Knoten mit niedrigem Stromverbrauch und Knopfzellenbatterie viele Jahre lang betrieben werden.

Was sind Modelle und Eigenschaften?

Bluetooth hat einen einfachen, aber leistungsfähigen Ansatz für Entwickler entwickelt, um zu beschreiben, was ein Knoten in einem Bluetooth Mesh Netzwerk ist und tut, damit er mit anderen Knoten interagieren kann. Dieser Ansatz basiert auf einer Reihe von Bausteinen, die Modelle genannt werden. Modelle bestehen aus einer Sammlung von Merkmalen mit definierten Funktionen und Verhaltensweisen. Es gibt vier Klassen von Modellen, darunter generische Modelle, Sensoren, Zeitsteuerung und Beleuchtung. Generische Modelle sind die Grundbausteine und definieren die Standardfunktionalität eines Geräts, wie z. B. die Fähigkeit, einen einfachen Ein/Aus-Zustand zu haben. Sie können generische Modelle kombinieren oder sie mit Eigenschaften erweitern. Eigenschaften geben einem Modell zusätzlichen Kontext und Wert.

Fragen zur Sicherheit

Wie wird die Sicherheit in einem Bluetooth® Mesh-Netzwerk gehandhabt?

Bluetooth® Mesh Networking ist eine echte kommerzielle Lösung, auch im Hinblick auf die Sicherheit.

• Geräte, die zu einem Netzwerk hinzugefügt werden, werden mit bewährten Sicherheitsalgorithmen bereitgestellt. Dabei werden elliptische 256-Bit-Kurven und Out-of-Band-Authentifizierung verwendet, um Geräte sicher hinzuzufügen.
• Die gesamte Kommunikation muss mit AES-CCM und 128-Bit-Schlüsseln gesichert werden. Alle mesh Nachrichten sind verschlüsselt und authentifiziert.
• Verschlüsselung und Authentifizierung werden auf zwei Ebenen angewandt, der Netzschicht und der Anwendungsschicht. Alle Knoten im Netz tragen zur Weiterleitung von Nachrichten auf der Netzebene bei, ohne deren Inhalt lesen zu können. Diese Inhalte werden mit einem separaten Anwendungsschlüssel gesichert, was eine echte Ende-zu-Ende-Sicherheit gewährleistet.
• Jede Nachricht hat ein Minimum von 64 Bits zur Authentifizierung, aber es ist möglich, bis zu 1088 Bits zur Authentifizierung für die längsten Nachrichten zu haben.
• Die Modelle sind in der Spezifikation so organisiert, dass verschiedene Benutzer mit unterschiedlichen Sicherheitsberechtigungen berücksichtigt werden. Dies gibt dem Wartungspersonal die volle Kontrolle über die Netzwerkkonfiguration und ermöglicht den Mitarbeitern gleichzeitig die Interaktion.
• Replay-Angriffe werden verhindert, indem für jede gesendete Nachricht eine neue Sequenznummer verlangt wird.
• Geräte können im Netz mesh auf eine schwarze Liste gesetzt werden, indem definierte Schlüsselaktualisierungsverfahren verwendet werden. Während der Bereitstellung berechnet jedes Gerät einen eindeutigen Geräteschlüssel, den nur der Bereitsteller kennt und aktualisieren kann.
• Nachrichten schützen die Identität, indem sie jedes gesendete Paket verschleiern und die Privatsphäre auffrischen. Das bedeutet, dass selbst wenn Sie mesh Geräte bei sich tragen, können Personen, die mesh Pakete abhören, Sie nicht aufspüren.
• Die zertifikatsbasierte Bereitstellung von Bluetooth® Mesh Networking erhöht die Sicherheit und ermöglicht die Masseneinbindung von Geräten, indem Zertifikate zum Prozess der Gerätebereitstellung hinzugefügt werden.

Welche Arten von Sicherheitsangriffen soll das Bluetooth® Mesh Networking verhindern?

• Brute-Force-Angriffe werden durch die Verwendung von 128-Bit-Schlüsseln und einer mindestens 64-Bit-Authentifizierung bei jedem einzelnen Paket verhindert.
• Replay-Angriffe werden durch die Verwendung neuer Sequenznummern für jedes gesendete Paket und die Überprüfung dieser Nummern bei jedem empfangenen Paket verhindert.
• Man-in-the-Middle-Angriffe werden durch ECDH-Kryptographie während der Bereitstellung mit Out-of-Band-Authentifizierung verhindert.
• Mülleimerangriffe werden durch ein Schlüsselauffrischungsverfahren verhindert, das Schlüssel in allen verbleibenden Geräten zulässt und die entfernten/kaputten Geräte auf eine schwarze Liste setzt. Sollte jemand ein weggeworfenes Gerät zerlegen, kann es keine Sicherheitsinformationen preisgeben.
• Angriffe auf physisch unsichere Geräte werden dadurch verhindert, dass Geräte an einem unsicheren Ort einen anderen Schlüssel haben als Geräte an einem physisch sicheren Ort. Dadurch wird verhindert, dass jemand eine Türklingel angreift und eine Nachricht sendet, um die Tür zu entriegeln.
• Angriffe von Besuchern werden verhindert, indem Gästen und Besuchern ein zeitlich begrenzter und eingeschränkter Zugang zum Netz mit einem separaten Schlüsselsatz gewährt wird. Diese Gastschlüssel haben eine begrenzte Lebensdauer.

Verliere ich meine Privatsphäre, wenn ich ein Bluetooth® Mesh-Netzwerk verwende?

Nein, jedes mesh -Paket wird verschleiert, um die Identität des Benutzers zu schützen. Ein Angreifer, der die Pakete von mesh abhört, kann nicht feststellen, welches Gerät die Nachricht gesendet hat, da es keine identifizierenden Werte wie die Quell- oder Zieladresse gibt. Jedes Mal, wenn eine Nachricht weitergeleitet wird, werden diese verschleierten Informationen geändert, so dass der Nachrichtenfluss nicht mehr verfolgt werden kann.

Was passiert, wenn meine Nachbarn ebenfalls ein Bluetooth® Mesh-Netzwerk haben?

Jedes mesh -Paket enthält eine kleine Kennung, die bestimmt, zu welchem Netz das mesh -Paket gehört. Ein Gerät in einem mesh Netzwerk kann mesh Pakete aus einem anderen mesh Netzwerk nicht entschlüsseln oder authentifizieren und wird diese Nachrichten niemals weiterleiten. Jedes mesh Netzwerk ist vollständig isoliert.

Fragen zur Verlässlichkeit

Wie erkenne ich, wenn Knoten in meinem Bluetooth® Mesh-Netzwerk nicht mehr funktionieren?

Knoten in einem Bluetooth® Mesh-Netz senden eine Heartbeat-Nachricht aus. Darüber hinaus gibt es ein obligatorisches Gesundheitsmodell, das es den Geräten ermöglicht, Fehlerinformationen zu senden. Wenn ein Gerät beispielsweise überhitzt, sendet es eine Nachricht "Überhitzungsfehler".

Wird der Verkehr beeinträchtigt, wenn Knoten ausfallen?

Nein, Knoten, die Nachrichten weiterleiten und nicht mehr funktionieren, halten das Netz nicht auf. Flood Message Relay schafft ein inhärent selbstheilendes Netzwerk, da Nachrichten über mehrere Routen gleichzeitig gesendet werden.