蓝牙mesh技术介绍

[导读] 　　蓝牙技术是享誉全球的品牌之一，也是全世界应用最为普遍的无线通信技术之一。从2000年到现在，蓝牙技术已经广泛应用于数十亿台设备。就2016年而言，制造商的蓝牙设备出货量更是超过30亿台。

　　蓝牙技术是享誉全球的品牌之一，也是全世界应用最为普遍的无线通信技术之一。从2000年到现在，蓝牙技术已经广泛应用于数十亿台设备。就2016年而言，制造商的蓝牙设备出货量更是超过30亿台。

　　蓝牙的创新步伐从未停止。自面世以来，蓝牙就不断历经严谨、每一次改进都系统严谨，紧跟市场需求，一直支持和鼓励创新。

　　蓝牙技术令人惊叹的故事还在继续着，蓝牙mesh网络翻开了最新篇章，150家蓝牙技术联盟会员公司都参与了mesh的创建。

　　Bluetooth MESH目前采用的是基于flooding协议的MESH网络技术。在发布的协议版本中，有提到在未来的修订版本中可能会加入基于路由协议的MESH网络。

　　的确，flooding协议是相对比较初级的MESH网络技术。由于在网络层中的数据包都是以广播的形式发送并且转发，会在网络中产生大量重复发送的数据包，从而对网络的整体功耗有很大程度的负面影响。目前的flooding MESH协议，只适合于规模比较小的网络，而且不适合于网络数据量比较大的应用场景。

　　在介绍网络层协议之前，首先对BLE MESH的网络架构做个了解

　　上图中一共有四种连接，五种节点，下面分别做介绍：

　　四种连接：

　　（1） ADV（Not Relayed）：两个节点之间可以互相收发广播消息，但是由于不是中继节点，不能中继转发数据包；

　　（2） ADV（Low power）：用于low powernode与friend node之间收发数据包，如上图中的J与P之间的连接、L与O之间的连接。在这个连接上，low power node会主动发起请求建立friendship连接，以及从friend node查询是否有自己的数据。

　　（3） ADV Bearer：两个节点之间可以基于adverTIsingbearer收发广播消息，并且可以作为中继转发；

　　（4） GATT Bearer：用于没有ADVbearer能力的节点也能参与MESH网络。比如，节点T可以通过代理协议与其它节点在GATT连接上收发代理PDU。

　　五种节点：

　　（1） Node：网络边缘的节点，没有relay功能。

　　（2） Low power node：低功耗节点，由于有friendnode的存在，low power node不需要一直在广播信道发送或者监听数据包，可以更节省功耗。Low power node只需要定期的从它的friend node查询是否有数据到达就可以。

　　（3） Relay node：是网络层扩展网络覆盖范围的核心节点，在接收到其它节点发送的数据包之后，根据网络的设定条件判断是否需要转发。

　　（4） Friend node：作为low powernode的代理节点功能，当有low power node节点的数据下达时，可以在friend node缓存，等待low power node查询并且获取。

　　（5） Friend feature（not used）：在上图中，节点N具有friendfeature，但是它没有相应的low power node，所以friend feature没有使用。

　　蓝牙Mesh在工业级领域将展现强大的应用潜力。蓝牙SIG指出，商用大楼与工厂的自动化，将成为无线组网技术的重要市场。由于这些市场需要真正工业级的解决方案，而这正是蓝牙Mesh技术的优势。

　　具体来说，蓝牙Mesh具备稳定性、扩充性和安全性特征。稳定性方面，该技术内建自我修复能力可避免单点故障以影响整个网络的联机质量。扩充性方面可支持成千上万个节点，提供工业级效能。安全性方面则进一步提供了提供工业级的安全性，能防范所有已知的攻击。

　　什么是蓝牙Mesh

　　蓝牙Mesh网络是用于建立多对多（many：many）设备通信的低能耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，也称为Bluetooth LE）新的网络拓扑。它允许您创建基于多个设备的大型网络，网络可以包含数十台，数百甚至数千台蓝牙Mesh设备，这些设备之间可以相互进行信息的传递，无疑这样一种应用形态为楼宇自动化，无线传感器网络，资产跟踪和其他解决方案提供了理想的选择。

　　蓝牙Mesh网络

　　要开发与蓝牙Mesh网络产品一起使用的智能手机或平板电脑应用程序，也就是我们常说的App，您必须使用蓝牙Mesh的代理（Proxy）协议，才能通过代理节点与网状网络进行通信。关于代理协议，在蓝牙Mesh规范的第6章节有非常消息的介绍。在这里，对于代理协议进行简单的描述就是：代理协议可以在标准低功耗蓝牙GAP和GATT API之上得以实现，应用程序实现预先定义的GATT服务（service）和特性（CharacterisTIc），就可以与蓝牙Mesh当中的代理节点进行通信，进而通过代理结点，与蓝牙Mesh网络进行互动。

　　5.0连接距离的提高与数据效率的提升，他们之间的关系不是独立的，而是存在相互制约关系的。它并不是在传输速率可以提高2倍的情况下，还可以提高4倍的连接距离。再进一步讲，如果希望蓝牙连接距离更远一些，就需要把传输速度降下来，如果希望传输速度快一点，那就需要把传输距离降下来。这种制约关系在实际的项目实施中，是可以理解的，并不是所有的应用都需要最远连接距离的同时也需要最高的传输速度，在一定功耗的前提下，平衡速度和距离之间的关系就是应用开发中的一个必须考虑的因素也是评估技术厂商实力的一个重要考核。

　　蓝牙广播信息量怎么提高呢？在5.0之前的版本中，蓝牙的广播信道只有3个，对行业实际应用还是存在一些弊端，但是在升级后的5.0中所有的数据通道都可以携带广播信息了，其实际作用非常强大！可能很多人还不明白，这个增加有啥意义？从技术上来看，这是蓝牙技术联盟进入物联网（IoT）的重大举措。因为Mesh技术最基础的理论就是基于蓝牙广播信道建立起来的无连接通信，在最开始设计Mesh技术的时候，蓝牙的标准还是4.0，所以便只能采用4.0之前的广播信道来实现Mesh技术，现在蓝牙技术联盟发布了官方的Smart Mesh标准，很明显蓝牙5.0这个大幅增加广播数据的能力是为Mesh的发展奠定良好的技术基础。