BLE 5.x 技术详解

BLE 5.0 长距离模式

BLE 5.0 引入编码 PHY，通过降低速率换取更长覆盖距离：

PHY 类型：
  1M PHY：1Mbps，标准模式（BLE 4.x 兼容）
  2M PHY：2Mbps，高速模式（BLE 5.0 新增）
  Coded PHY S=2：500kbps，覆盖增强 +6dB
  Coded PHY S=8：125kbps，覆盖增强 +20dB（最远）

覆盖距离对比（室外视线内）：
  1M PHY：约 100m
  Coded PHY S=8：约 400m（理论可达 1km+）

应用场景：
  工厂大型仓库（无需密集部署 AP）
  农业大棚（覆盖范围大）
  建筑工地（临时部署）

BLE 5.1 方向查找（AoA/AoD）

BLE 5.1 引入到达角（AoA）和出发角（AoD）技术，实现厘米级室内定位：

AoA（Angle of Arrival）：
  发射端：单天线发送 CTE（恒定音调扩展）信号
  接收端：天线阵列，通过相位差计算信号到达角
  精度：< 1m（典型），< 0.1m（高精度部署）
  
AoD（Angle of Departure）：
  发射端：天线阵列，发送已知方向的信号
  接收端：单天线，计算信号出发角
  
应用场景：
  室内导航（医院、商场）
  资产追踪（医疗设备、工具）
  人员定位（工厂安全管理）

BLE Mesh 组网

BLE Mesh（Bluetooth Mesh）允许 BLE 设备构建多跳网状网络：

Mesh 网络角色：
  Node（节点）：网络中的设备
  Relay（中继）：转发消息，扩展覆盖
  Proxy（代理）：连接手机等 GATT 设备
  Friend（朋友）：为低功耗节点缓存消息
  Low Power Node（低功耗节点）：依赖 Friend 节点

消息传播：
  发布/订阅模型
  消息通过 Relay 节点多跳传播
  TTL（Time to Live）控制跳数

典型应用：
  智能照明（一键控制整栋楼的灯）
  工业传感器网络
  楼宇自动化

BLE Mesh 开发示例

# 使用 PyBluez 实现简单的 BLE Mesh 节点
# 注意：完整 Mesh 实现需要专用库（如 nRF Mesh SDK）

import bluetooth
import struct
import time

class BLEMeshNode:
    """简化的 BLE Mesh 节点"""
    
    def __init__(self, node_id, group_address=0xC000):
        self.node_id = node_id
        self.group_address = group_address
        self.message_cache = set()  # 防止消息循环
    
    def publish(self, opcode, data):
        """发布消息到组地址"""
        # 构建 Mesh 消息
        msg = struct.pack('>HH', self.group_address, opcode) + data
        
        # 通过 BLE 广播发送
        self._advertise(msg)
    
    def _advertise(self, data):
        """通过 BLE 广播发送数据"""
        # 实际实现需要使用 BLE 广播 API
        print(f"Node {self.node_id} broadcasting: {data.hex()}")
    
    def on_message(self, src_addr, opcode, data):
        """处理接收到的消息"""
        msg_id = (src_addr, opcode, data)
        
        if msg_id in self.message_cache:
            return  # 已处理过，忽略
        
        self.message_cache.add(msg_id)
        
        # 处理消息
        if opcode == 0x8202:  # Generic OnOff Set
            state = data[0]
            print(f"Node {self.node_id}: OnOff = {state}")
            self.set_light(state)
        
        # 中继转发（如果是 Relay 节点）
        if self.is_relay:
            self._advertise(struct.pack('>HH', src_addr, opcode) + data)
    
    def set_light(self, state):
        """控制灯光"""
        print(f"Light {'ON' if state else 'OFF'}")