蓝牙mesh

2017年7月份，蓝牙宣布蓝牙Mesh标准。区别与传统印象中蓝牙通过连接、配对这种一对一的通讯方式，蓝牙Mesh是一种多对多的网状网络通讯机制，本文谈下个人理解。

首先是PHY层，蓝牙Mesh是对低功耗蓝牙的扩展，底层仍然采用自适应跳频技术，使用BLE的广播信道进行Mesh信息的发送和接收，使用GATT信道执行代理协议，将GATT数据转换为广播信道Mesh消息，用于和Mesh节点和手机的通讯中。 

接下来谈一下蓝牙Mesh的节点，Mesh中的每个节点都具有收发Mesh消息的功能，同时支持四种可选的附加功能，每个节点可以支持其中一种或多种，四种功能分别为：

1.代理功能（Proxy）：可启用蓝牙网状网络和GATT设备之间的讯息代理功能，例如将手机的消息转换为mesh网络的消息。

2.中继功能（Relay）：可中继消息，扩展蓝牙网状网络的范围和规模，属于选项功能。

3.朋友功能（Friend）：可以为低功耗功能的节点执行消息缓存的附加功能。

4.低功耗功能（LowPower）：休眠和轮询朋友节点的讯息，轮询间隔时间可从毫秒到4天。

其中有一个比较特殊的节点，可以选择不使用以上任何功能，叫做边缘节点（Edge）。

读者可能会有疑问，这个是蓝牙抄袭了Zigbee吗？其实完全不是，蓝牙Mesh与zigbee不同，它不用路由协议，而是使用网络泛洪管理技术，简单说就是一个节点发出的数据，将会被所有支持中继的节点进行转发，但不会被无限转发，已经转发该数据的节点将不再进行转发，同时，蓝牙Mesh有一些特殊机制，比如数据包生存周期（Time To Live）管理，也是有效的防止了数据的无限转发。

Mesh网络最直接展示是网络拓扑图，接下来看一下蓝牙Mesh的拓扑：

图1：蓝牙Messh网络拓扑

其中，代理节点（Proxy）支持GATT，可与手机、平板或PC进行交互，并可以执行代理协议（Proxy Protocol），将GATT数据包转为Mesh消息到Mesh网络的其他节点。

中继节点收到消息后会转发消息，以使数据包覆盖到更多节点。朋友节点为低功耗节点缓存数据，待低功耗节点睡眠唤醒后获取数据。

蓝牙Mesh在消息类型上面也和其他网状网类似，主要包含：

单播：对单一点。

组播：对一组节点。

广播：对所有节点。

蓝牙Mesh在信息行为上有一些互联网的影子：

发布（Publish）：发送消息即为发布。

订阅（subscribing）：节点可经配置选择发送信息到指定位址进行处理。

蓝牙Mesh在安全性上面也是做了比较多的工作：

1、蓝牙网状网络使用多层及安全措施。

2、网络，应用和设备管理各有各的安全层级的功能。

3、供应规定：设备须使用P-256曲线的EllipticCurveDiffieHellman。

4、认证：所有信息都通过128位的AES-CCM认证。网络和应用层皆使用独立的密钥和MIC。

5、隐私：所有信息都加密，除了前8位之外的所有PDU都进行混淆加密。

6、针对所有已知的安全威胁问题提供蓝牙网状网络安全保护措施。

现在相信你已经对蓝牙有一些了解，作为新的技术，目前提供方案的厂家还不是很多，其中包括Silicon Labs的EFR32BG、EFR32MG系列SoC，目前已发布低功耗蓝牙Mesh 方案，包括开发工具Simplicity Studio、Bluetooth Mesh SDK Ver 1.1.0.0、Android移动端应用。