作者/Pär Håkansson Nordic Semiconductor产品营销司理
尽管低功耗蓝牙(Bluetooth® Low Energy / Bluetooth LE)技能作为物联网(IoT)的根底技能现已获得重大进展，但它依然存在一个缺陷：因为它首要用于支撑电池供电的外设与智能手机等中心设备的通讯，该技能无法支撑mesh网络。现在，蓝牙mesh 1.0标准消除了这个缺陷。
Mesh网络答应网络中的设备(节点)彼此通讯而无需中心纽带设备，假如需求，能够经由其它节点中继来传达数据包。这样的体系完成了更大的通讯规模、灵活性和冗余，而且是一切典型IoT无线技能的先决条件。蓝牙mesh网络的首要运用包含企业照明设备、用于保管信标的后端办理，以及工业监控。
一些企业，特别是Silvair，以为这项需求是不可或缺的，并开发了依据低功耗蓝牙技能的专有mesh处理方案来添补这项空白。这家公司的工程师在起草正式的蓝牙mesh标准方面发挥了重要的效果。蓝牙mesh标准现已在7月正式发布。
1 并不只是适用于蓝牙5
因为开发人员了解蓝牙技能的开展道路，或许假定蓝牙mesh是蓝牙5的一个新特性，可是状况并非如此。实际上，通过软件更新任何兼容蓝牙4.0或更高版别的低功耗蓝牙芯片都能够支撑蓝牙mesh。这答应正在运用专有mesh联网的低功耗蓝牙设备通过空中晋级完成兼容标准蓝牙mesh网络。
这并不意味着设备无需更新运用程序固件。蓝牙mesh是一个具有七层(包含承载、网络、基层和上层运送、拜访、根底形式以及形式层)的全新架构，建立于标准低功耗蓝牙物理层(射频)之上(如图1)。一个节点在接纳信息时，将信息从基层的低功耗蓝牙物理层向上层传达，经由承载层至网络层。网络层运用多个查看办法来决定将信息传递到协议栈上层或丢掉[1]。
蓝牙mesh标准详细描述了四种节点：中继节点、低功耗节点、朋友节点和署理节点。
中继节点能够从头发送所接纳到的数据包，而且通过这个机制，使数据包能够在整个网络上快速传达。中继机制的缺陷是耗电量添加，这是因为它依赖于坚持“醒着的”节点。尽管在mesh网络装备中低功耗蓝牙的功耗远低于其他竞赛技能，但这样的运作形式单单依托电池供电是无法耐久的。关于智能照明等运用来说，这并不是缺陷，因为灯具通过接入骨干供电体系为LED供电，但这关于参加网络中的其它非骨干体系供电设备，比方设备开关，则或许不适用。
为了处理这个问题，蓝牙网络引进了低功耗节点(LPN)，能够运用电池或动力收集来供电。LPN与朋友节点协同作业，朋友节点通常是由骨干体系供电，因而能够永久坚持唤醒状况;这些设备会缓存发往LPN的信息。LPN依据预先设定的进程表切换至接纳形式，接纳缓存的信息，依据指令进行操作，然后快速度回来省电的睡觉状况。
署理节点答应支撑低功耗蓝牙，但不支撑蓝牙mesh的设备(例如现在的智能手机)衔接至蓝牙mesh网络。通过节点和署理设备的通用特点装备文件(GATT) 接口完成交互(如图2)。
蓝牙mesh学习了蓝牙技能的GATT装备文件的概念，答应不同的状况下运用相同的信息结构。可是因为mesh的分布式特性，两种技能的装备文件的规划是不同的。为了避免GATT装备文件被误以为是mesh网络装备文件，因而mesh装备文件称作形式。
蓝牙mesh1.0包含装备、心跳和健康根底形式，mesh形式是根底形式的扩大，比方通用、照明、传感器和场景等。与GATT装备文件相似，用户还能够创立定制的根底和mesh形式[1]。
2 照明驱动
智能照明是无线IoT 技能的前驱运用，许多前期的蓝牙网络标准便是专为这个运用定制的。蓝牙技能联盟(SIG)在博客中这样提到：蓝牙mesh将在商业照明运用中发生巨大的深刻影响。
也便是说，集成用于智能照明的机制能够方便地支撑其它的要害运用，比方信标、安全网络，以及加热、通风和空调(HVAC)网络。这些机制中的要害是通过泛洪(flooding)进行通讯，把每个数据包向网络中的其他节点播送，直至抵达方针节点。
三种类型寻址可合作泛洪：单播(在初始节点设置期间运用)、 群组和虚拟(首要由设备制造商用来符号产品)。其间，群组寻址最适用于日常操作。群组地址是代表着网络中一个或多个元素的组播地址。SIG界说了四个固定群组地址，即全署理、全朋友、全中继和全节点，别离对应上面界说的节点类型。
除了这些群组地址，设备商很或许在装备期间分配动态群组地址，以反映实际的mesh布局。例如，动态群组地址能够分配至修建中每个房间的灯具。
泛洪mesh和群组寻址关于首要的智能家居运用，例如照明，是有意义的。泛洪mesh答应开关向智能照明群组发送“ON”指令，通过网络进行快速传达，每个节点接纳指令而且相应地履行指令。方针群组的灯将敏捷点亮。比较需求中枢来向每个衔接的灯具传送独自指令的网络，例如星形网络，泛洪mesh的推迟可下降许多。
泛洪架构还带来了其它的优势，但也包含一些缺陷。一个首要的附加优势是简化，特别是把通讯约束在低功耗蓝牙技能的三个播送和扫描信道上 (请记住这项技能具有一共40个频率信道)。可是这样的缺陷是带宽减小了，原因是需求办理通讯，以避免数据包超出这些信道。
这项标准包含了多个机制，以缓减播送和扫描信道的拥堵。首先是界说一个特定的数据包，这是一个核算中继传输次数数目的TTL(Time-To-Live)计数器，在满意界说的进程数目之后，将不会继续进行中继传输。
例如，设置TTL计数器为3，答应一个数据包从来历开端最多传递三次，然后不再从头传达。
图 1 蓝牙mesh协议栈坐落低功耗蓝牙的物理层上面
来历：蓝牙技能联盟(SIG)
第二个避免拥堵的机制是数据包的音讯缓存。数据包在整个mesh传输后，终究只会构成缓存——缓存能够安全地以为该数据包不用在当时节点进行传达。可选中继功用也能够约束mesh拥堵。通过封闭中继，节点能够接纳数据包而不传送。因为规划人员必需折衷权衡mesh灵活性和带宽耗费，可选中继添加了复杂性，这样能够提高整体mesh的功能。
图2 署理节点(“P”)答应不支撑蓝牙mesh的低功耗蓝牙设备(例如智能手机)衔接至蓝牙mesh网络
来历：蓝牙技能联盟(SIG)
3 安全榜首
蓝牙mesh将蓝牙技能更深化地引进到IoT中，使安全变得至关重要。因而，蓝牙mesh的规划人员有必要确保网络、各项运用，以及设备全部是安全的，而且无法被不合法封闭或约束。关于蓝牙mesh，安全特性不是可选的，而是强制的。
这个强制性办法是从装备开端的，装备是使外部设备变成mesh网络节点的进程，能够由智能手机或平板电脑上的app来完成。这个进程有五个进程：播送(指示能够参加mesh)、约请(来自供应设备)、公匙交流、认证以及会话密匙交流(确保数据进行装备的安全)。
装备进程完成了高度的安全性，随后数据包通过AES-128进行端至端加密，而且在每个中继之间进行附加的AES-128加密，然后增强了隐私。此外，还会定时改写加密密匙，以检测和对立重放进犯。
参考文献：
[1]蓝牙Mesh网络/面向开发者的介绍[S].蓝牙技能联盟(SIG),2017,8.
