藍牙Mesh組網(wǎng)的原理、優(yōu)勢與應用場(chǎng)景

藍?Mesh?絡(luò )使?，依賴(lài)于低功耗藍?(BLE)。低功耗藍?技術(shù)是藍?Mesh使用的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議棧，藍牙BR/EDR能夠與實(shí)現一臺設備到另一臺設備的連接和通信，建立“一對一”的關(guān)系，大多數人所熟悉的“配對”一詞就是這個(gè)意思。

藍牙Mesh能夠讓我們建立無(wú)線(xiàn)設備之間的“多對多”（m：m）關(guān)系。此外，設備能夠將數據中繼到不在初始設備直接無(wú)線(xiàn)電覆蓋范圍內的設備，這樣，Mesh網(wǎng)絡(luò )就能夠跨越非常大的物理區域，并包含大量設備。

藍牙Mesh原理

消息發(fā)布和傳遞：使用 Wi-Fi 的網(wǎng)絡(luò )圍繞一個(gè)稱(chēng)為路由器的中心網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)為基礎，所有網(wǎng)絡(luò )流量都通過(guò)該節點(diǎn)。如果路由器不可用，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò )將不可用。相比之下，藍牙 Mesh 網(wǎng)絡(luò )使用一種稱(chēng)為管理泛洪的技術(shù)來(lái)傳遞消息。由節點(diǎn)發(fā)布的消息將被廣播，而不是直接路由到一個(gè)或多個(gè)特定節點(diǎn)。所有節點(diǎn)都接收來(lái)自自身無(wú)線(xiàn)電范圍內的節點(diǎn)的所有消息，如果配置為這樣做，則將中繼接收到的消息。中繼涉及再次廣播接收到的消息，以便距離原始節點(diǎn)較遠的其他節點(diǎn)能接收到廣播的消息。

多路徑交付：藍牙技術(shù)使用管理泛洪的一個(gè)重要后果是，消息會(huì )通過(guò)網(wǎng)絡(luò )中的多條路徑到達目的地。這形成了高度可靠的網(wǎng)絡(luò )，這是在藍牙 Mesh 網(wǎng)絡(luò )設計中選擇使用泛洪方法而非路由的主要原因。

泛洪方法：藍牙 Mesh 網(wǎng)絡(luò )利用了泛洪方法的優(yōu)勢，并優(yōu)化了其操作，使其既可靠又高效。在藍牙 Mesh 網(wǎng)絡(luò )中優(yōu)化泛洪工作方式的措施是使用術(shù)語(yǔ)“管理泛洪”的背后。這些措施如下：

1、Heartbeats

心跳消息由節點(diǎn)定期發(fā)送。心跳消息向網(wǎng)絡(luò )中的其他節點(diǎn)指示發(fā)送心跳的節點(diǎn)仍處于活動(dòng)狀態(tài)。此外，心跳消息還包含數據，這些數據使接收節點(diǎn)可以根據到達發(fā)送方所需的跳數確定發(fā)送方的距離?？梢酝ㄟ^(guò) TTL 字段利用此數據。

2、TTL

TTL（生存時(shí)間）是所有藍牙 Mesh PDU 都包含的字段。它控制中繼的最大跳數。設置 TTL 可以確保節點(diǎn)不會(huì )中繼太多，從而使節點(diǎn)可以控制中繼并節省能量。
心跳消息使節點(diǎn)可以確定每個(gè)發(fā)布的消息的最佳 TTL 值。

3、 Message Cache

消息緩存必須由所有節點(diǎn)實(shí)現。消息緩存包含所有最近收到的消息，如果發(fā)現一條消息存在于消息緩存中，表明該節點(diǎn)之前已經(jīng)收到和處理過(guò)該消息，則立即將其丟棄。

4、 Friendship

藍牙 Mesh 網(wǎng)絡(luò )中最重要的優(yōu)化機制可能是 Friend 節點(diǎn)和 Low Power 節點(diǎn)的組合。如所述，Friend 節點(diǎn)提供消息存儲并將服務(wù)轉發(fā)到關(guān)聯(lián)的 Low Power 節點(diǎn)。這允許低功耗節點(diǎn)以高效節能的方式運行。

遍歷堆棧

接收到消息的節點(diǎn)將其從底層低功耗藍牙協(xié)議棧通過(guò)承載層傳遞到 Mesh 協(xié)議棧，到達網(wǎng)絡(luò )層。
網(wǎng)絡(luò )層應用各種檢查來(lái)決定是否將消息傳遞到更高的協(xié)議棧?；驅⑵鋪G棄。
此外，PDU 具有網(wǎng)絡(luò ) ID 字段，該字段提供了一種快速的方法來(lái)確定使用哪個(gè) NetKey 對消息加密。如果接收節點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò )層無(wú)法識別 NetKey，則表明它不具有相應的 NetKey，不是該子網(wǎng)的成員，因此 PDU 被丟棄。還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò )消息完整性檢查（MIC）字段。如果 MIC 檢查失敗，則使用與 PDU 網(wǎng)絡(luò ) ID 對應的 NetKey，則將消息丟棄。
消息被發(fā)送消息的節點(diǎn)范圍內的所有節點(diǎn)接收，但是當這些節點(diǎn)所屬的網(wǎng)絡(luò )或子網(wǎng)而明顯與它們無(wú)關(guān)時(shí)，許多消息將被迅速丟棄。
在上層傳輸層中，沿協(xié)議棧向上應用相同的原理。但是，此處的檢查是針對與消息關(guān)聯(lián)的 AppKey，并由 PDU 中的應用程序標識符（AID）字段標識。如果此節點(diǎn)無(wú)法識別 AID，則 PDU 被上層傳輸層丟棄。如果傳輸消息完整性檢查（TransMIC）失敗，則該消息將被丟棄。

組網(wǎng)優(yōu)勢

手機直連：大量的消費電子產(chǎn)品尤其是手機中集成了藍牙的功能，如耳機、音箱、手環(huán)、智能手表、藍牙血糖儀、藍牙燈泡等都具備藍牙功能，因此藍牙能夠提供多品牌更廣泛的互通性。這是藍牙獨特的地方所在，是ZigBee等所望塵莫及的優(yōu)勢。在配網(wǎng)的過(guò)程中，手機作為管理者的角色，授權設備即可連入Mesh網(wǎng)絡(luò )，非常簡(jiǎn)便靈活，同時(shí)又確保了藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò )的安全性，并且用手機app對各種設備的控制更加的靈活、直接，大大滿(mǎn)足了用戶(hù)體驗感，而ZigBee必須要連上網(wǎng)關(guān)或類(lèi)似于網(wǎng)關(guān)的設備才能接入手機。

低功耗：在藍牙Mesh當中有兩種設備的特性：一個(gè)是Friend，一個(gè)是Low power node?？梢员ＷC節點(diǎn)的低功耗性能。比ZigBee等協(xié)議的功耗都要低。

廣播技術(shù)用于定位和導航：藍牙廣播技術(shù)在Mesh中也進(jìn)行了應用，基于低功耗藍牙廣播技術(shù)的資產(chǎn)定位，運動(dòng)軌跡描述和導航等，都是ZigBee所不具備的特點(diǎn)。從實(shí)際應用場(chǎng)景來(lái)看，定位和導航服務(wù)在物聯(lián)網(wǎng)的應用中迅猛發(fā)展，必然能催生更廣泛的應用。

應用場(chǎng)景

資產(chǎn)追蹤：低功耗藍牙的廣告模式已成為主動(dòng)RFID資產(chǎn)跟蹤的一種有吸引力的替代方法。藍牙網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )的出現增加了以前低功耗藍牙廣播范圍的局限性，并為建立藍牙網(wǎng)格資產(chǎn)跟蹤解決方案的應用提供了可能性。

樓宇自動(dòng)化：新的控制和自動(dòng)化系統，無(wú)論它們涉及照明，加熱/冷卻還是安全保護等相關(guān)系統，未來(lái)的發(fā)展趨勢將更加智能。在智能建筑物中部署BluetoothMesh網(wǎng)絡(luò )后，建筑物中的數十，數百或數千個(gè)無(wú)線(xiàn)設備可以可靠，安全地相互通信并傳輸信息。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WirelessSensorNetwork，WSN)市場(chǎng)正在迅速增長(cháng)，特別是在工業(yè)領(lǐng)域。藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò )旨在滿(mǎn)足工業(yè)領(lǐng)域的嚴格可靠性，可擴展性和安全性要求。

智能家居：藍牙控制在智能家居系統中擁有得天獨厚的優(yōu)勢。而其低功耗、傳輸快、距離遠等特點(diǎn)更為藍牙技術(shù)在智能家居上的應用增分加彩。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)藍牙技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)品規模的不斷擴大、技術(shù)的日益成熟和價(jià)格的下降，藍牙技術(shù)逐漸應用到工業(yè)領(lǐng)域和家庭中。