藍牙m(xù)esh技術(shù)介紹

　　藍牙技術(shù)是享譽全球的品牌之一，也是全世界應(yīng)用最為普遍的無線通信技術(shù)之一。從2000年到現(xiàn)在，藍牙技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)十億臺設(shè)備。就2016年而言，制造商的藍牙設(shè)備出貨量更是超過30億臺。

　　藍牙的創(chuàng)新步伐從未停止。自面世以來，藍牙就不斷歷經(jīng)嚴謹、每一次改進都系統(tǒng)嚴謹，緊跟市場需求，一直支持和鼓勵創(chuàng)新。

　　藍牙技術(shù)令人驚嘆的故事還在繼續(xù)著，藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)翻開了最新篇章，150家藍牙技術(shù)聯(lián)盟會員公司都參與了mesh的創(chuàng)建。

　　Bluetooth MESH目前采用的是基于flooding協(xié)議的MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在發(fā)布的協(xié)議版本中，有提到在未來的修訂版本中可能會加入基于路由協(xié)議的MESH網(wǎng)絡(luò)。

　　的確，flooding協(xié)議是相對比較初級的MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于在網(wǎng)絡(luò)層中的數(shù)據(jù)包都是以廣播的形式發(fā)送并且轉(zhuǎn)發(fā)，會在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量重復發(fā)送的數(shù)據(jù)包，從而對網(wǎng)絡(luò)的整體功耗有很大程度的負面影響。目前的flooding MESH協(xié)議，只適合于規(guī)模比較小的網(wǎng)絡(luò)，而且不適合于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量比較大的應(yīng)用場景。

　　在介紹網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之前，首先對BLE MESH的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做個了解

　　上圖中一共有四種連接，五種節(jié)點，下面分別做介紹：

　?。?） ADV（Not Relayed）：兩個節(jié)點之間可以互相收發(fā)廣播消息，但是由于不是中繼節(jié)點，不能中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；

　　（2） ADV（Low power）：用于low powernode與friend node之間收發(fā)數(shù)據(jù)包，如上圖中的J與P之間的連接、L與O之間的連接。在這個連接上，low power node會主動發(fā)起請求建立friendship連接，以及從friend node查詢是否有自己的數(shù)據(jù)。

　?。?） ADV Bearer：兩個節(jié)點之間可以基于adverTIsingbearer收發(fā)廣播消息，并且可以作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)；

　　（4） GATT Bearer：用于沒有ADVbearer能力的節(jié)點也能參與MESH網(wǎng)絡(luò)。比如，節(jié)點T可以通過代理協(xié)議與其它節(jié)點在GATT連接上收發(fā)代理PDU。

　　（1） Node： 網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點，沒有relay功能。

　　（2） Low power node： 低功耗節(jié)點，由于有friendnode的存在，low power node不需要一直在廣播信道發(fā)送或者監(jiān)聽數(shù)據(jù)包，可以更節(jié)省功耗。Low power node只需要定期的從它的friend node查詢是否有數(shù)據(jù)到達就可以。

　　（3） Relay node： 是網(wǎng)絡(luò)層擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的核心節(jié)點，在接收到其它節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包之后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定條件判斷是否需要轉(zhuǎn)發(fā)。

　　（4） Friend node： 作為low powernode的代理節(jié)點功能，當有l(wèi)ow power node節(jié)點的數(shù)據(jù)下達時，可以在friend node緩存，等待low power node查詢并且獲取。

　?。?） Friend feature（not used）： 在上圖中，節(jié)點N具有friendfeature，但是它沒有相應(yīng)的low power node，所以friend feature沒有使用。

　　藍牙Mesh在工業(yè)級領(lǐng)域?qū)⒄宫F(xiàn)強大的應(yīng)用潛力。藍牙SIG指出，商用大樓與工廠的自動化，將成為無線組網(wǎng)技術(shù)的重要市場。由于這些市場需要真正工業(yè)級的解決方案，而這正是藍牙Mesh技術(shù)的優(yōu)勢。

　　具體來說，藍牙Mesh具備穩(wěn)定性、擴充性和安全性特征。穩(wěn)定性方面，該技術(shù)內(nèi)建自我修復能力可避免單點故障以影響整個網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)機質(zhì)量。擴充性方面可支持成千上萬個節(jié)點，提供工業(yè)級效能。安全性方面則進一步提供了提供工業(yè)級的安全性，能防范所有已知的攻擊。

　　藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)是用于建立多對多（many：many）設(shè)備通信的低能耗藍牙（Bluetooth Low Energy，也稱為Bluetooth LE）新的網(wǎng)絡(luò)拓撲。它允許您創(chuàng)建基于多個設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可以包含數(shù)十臺，數(shù)百甚至數(shù)千臺藍牙Mesh設(shè)備，這些設(shè)備之間可以相互進行信息的傳遞，無疑這樣一種應(yīng)用形態(tài)為樓宇自動化，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，資產(chǎn)跟蹤和其他解決方案提供了理想的選擇。

　　要開發(fā)與藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品一起使用的智能手機或平板電腦應(yīng)用程序，也就是我們常說的App，您必須使用藍牙Mesh的代理（Proxy）協(xié)議，才能通過代理節(jié)點與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進行通信。關(guān)于代理協(xié)議，在藍牙Mesh規(guī)范的第6章節(jié)有非常消息的介紹。在這里，對于代理協(xié)議進行簡單的描述就是：代理協(xié)議可以在標準低功耗藍牙GAP和GATT API之上得以實現(xiàn)，應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)預先定義的GATT服務(wù)（service）和特性（CharacterisTIc），就可以與藍牙Mesh當中的代理節(jié)點進行通信，進而通過代理結(jié)點，與藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)進行互動。

　　5.0連接距離的提高與數(shù)據(jù)效率的提升，他們之間的關(guān)系不是獨立的，而是存在相互制約關(guān)系的。它并不是在傳輸速率可以提高2倍的情況下，還可以提高4倍的連接距離。再進一步講，如果希望藍牙連接距離更遠一些，就需要把傳輸速度降下來，如果希望傳輸速度快一點，那就需要把傳輸距離降下來。這種制約關(guān)系在實際的項目實施中，是可以理解的，并不是所有的應(yīng)用都需要最遠連接距離的同時也需要最高的傳輸速度，在一定功耗的前提下，平衡速度和距離之間的關(guān)系就是應(yīng)用開發(fā)中的一個必須考慮的因素也是評估技術(shù)廠商實力的一個重要考核。

　　藍牙廣播信息量怎么提高呢？在5.0之前的版本中，藍牙的廣播信道只有3個，對行業(yè)實際應(yīng)用還是存在一些弊端，但是在升級后的5.0中所有的數(shù)據(jù)通道都可以攜帶廣播信息了，其實際作用非常強大！可能很多人還不明白，這個增加有啥意義？從技術(shù)上來看，這是藍牙技術(shù)聯(lián)盟進入物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的重大舉措。因為Mesh技術(shù)最基礎(chǔ)的理論就是基于藍牙廣播信道建立起來的無連接通信，在最開始設(shè)計Mesh技術(shù)的時候，藍牙的標準還是4.0，所以便只能采用4.0之前的廣播信道來實現(xiàn)Mesh技術(shù)，現(xiàn)在藍牙技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布了官方的Smart Mesh標準，很明顯藍牙5.0這個大幅增加廣播數(shù)據(jù)的能力是為Mesh的發(fā)展奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。