一文快速掌握藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)

為了幫助工程師打造基于藍(lán)牙無線技術(shù)的創(chuàng)新IoT產(chǎn)品，Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）已搶先行業(yè)推出完整的藍(lán)牙5和藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh）軟硬件解決方案。由于藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)全新標(biāo)準(zhǔn)，因此我們希望通過本篇轉(zhuǎn)載自Bluetooth SIG博客的“Bluetooth Mesh Networking FAQ”文章，幫助行業(yè)人士快速掌握藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)。

一般市場(chǎng)問題

Q. 什么是Bluetooth? mesh?

A. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)多對(duì)多（m：m）設(shè)備通信，并針對(duì)創(chuàng)建大型設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化。它非常適合建筑自動(dòng)化，傳感器網(wǎng)絡(luò)，資產(chǎn)跟蹤和其他需要數(shù)十臺(tái)，數(shù)百臺(tái)或數(shù)千臺(tái)設(shè)備相互通信的IoT解決方案。

Q. 我在什么地方可以使用Bluetoothmesh?

A. 我們預(yù)計(jì)Bluetooth Mesh可以在廣泛的市場(chǎng)上使用。我們正在建筑自動(dòng)化市場(chǎng)看到它很活躍，特別是商業(yè)照明解決方案以及多個(gè)市場(chǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案。它非常適合需要數(shù)十臺(tái)，數(shù)百臺(tái)或數(shù)千臺(tái)設(shè)備相互通信的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

Q. 哪些藍(lán)牙版本支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)？可以使用現(xiàn)有產(chǎn)品升級(jí)藍(lán)牙技術(shù)的嗎？

A. 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)采用藍(lán)牙低功耗（LE），與核心規(guī)格版本4.0及更高版本兼容。只有設(shè)計(jì)可升級(jí)的產(chǎn)品才能在現(xiàn)場(chǎng)得到增強(qiáng)，以支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。可升級(jí)性由幾個(gè)因素決定，如藍(lán)牙芯片中可用的內(nèi)存量。

Q. 為什么要選擇藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)而不是其他低功耗無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案？

A. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)為開發(fā)人員帶來了許多關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，包括：

1.工業(yè)級(jí)解決方案：商業(yè)建筑和工廠自動(dòng)化是低功率網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的主要新市場(chǎng)機(jī)遇。這些市場(chǎng)需要真正的工業(yè)級(jí)解決方案，并具有Bluetooth Mesh提供的嚴(yán)格的可靠性，可擴(kuò)展性和安全性預(yù)期。

2.經(jīng)過驗(yàn)證的全球互操作性：當(dāng)存在真正的多廠商互操作性時(shí)，市場(chǎng)才能蓬勃發(fā)展，消費(fèi)者才能放心將您的產(chǎn)品與其他供應(yīng)商的產(chǎn)品配合使用。藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)了這幾點(diǎn)：

·全棧實(shí)現(xiàn)

·以互操作性為中心的規(guī)范方法

·經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)的互操作性工具和流程

3.成熟的，值得信賴的技術(shù)：選擇無線連接技術(shù)時(shí)，您的決策標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)超出基本速度和需求，包括了解技術(shù)提供的附加價(jià)值和可用的生態(tài)系統(tǒng)支持。藍(lán)牙是一個(gè)值得信賴的品牌，全球認(rèn)可度達(dá)到90％以上。

使用藍(lán)牙技術(shù)，您可以為您的產(chǎn)品帶來顯著的增值功能，例如信標(biāo)支持本地化信息和資產(chǎn)跟蹤和尋找服務(wù)。藍(lán)牙已經(jīng)培育了一個(gè)成熟的生態(tài)系統(tǒng)，以確保您能夠以正確的成本找到最佳的技術(shù)，同時(shí)獲得將產(chǎn)品推向市場(chǎng)所需的開發(fā)和測(cè)試工具和服務(wù)。

Q. 什么時(shí)候藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可用于商業(yè)產(chǎn)品？

A. 今年可以看到有藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的商業(yè)產(chǎn)品。

Q. 我需要怎么做以構(gòu)建藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品？

A. 要建立藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，您需要兼容的硬件和軟件。藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)需要支持GAP Broadcaster和Observer roles的底層藍(lán)牙LE 4.x或5.0堆棧，以廣播和掃描數(shù)據(jù)包。

要在藍(lán)牙LE上使用藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，建議您使用藍(lán)牙模塊提供商的SDK，其中包括具有相應(yīng)API的藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

Q. 需要做哪些以構(gòu)建藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)手機(jī)應(yīng)用程序？

A. 要開發(fā)適用于藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的智能手機(jī)或平板電腦應(yīng)用程序，如果您的移動(dòng)操作系統(tǒng)提供合適的API，使應(yīng)用程序能夠滿足Mesh Profile規(guī)范中定義的藍(lán)牙LE廣告包的相關(guān)要求，則應(yīng)使用advertising bearer方式。在所有情況下，advertising bearer是首選bearer。在無法使用advertising bearer的地方，您可以使用Bluetooth Mesh代理協(xié)議來啟用通過proxy node與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的通信。proxy protocol可以在標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙低功耗GAP和GATT API之上實(shí)現(xiàn)。

Q. 傳感器解決方案是否將從藍(lán)牙廣播轉(zhuǎn)移到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)？

A. 是的，我們期望許多傳感器解決方案采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。其范圍，數(shù)據(jù)容量和安全功能優(yōu)于廣播，非常適合傳感器網(wǎng)絡(luò)。

Q. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是否具有更高的功耗？

A. 不，傳感器和類似的電池供電設(shè)備在藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上作為低功耗節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。他們只需要每四天醒來至少一次，或者當(dāng)他們有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如溫度讀數(shù)。這允許非常低的功耗。

Q. 我可以使用藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)將音樂發(fā)送到家中的所有揚(yáng)聲器嗎？

A. 不，無線音頻產(chǎn)品（如揚(yáng)聲器）使用藍(lán)牙基本速率/增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率（BR / EDR），其設(shè)計(jì)用于連續(xù)無線連接并針對(duì)音頻流進(jìn)行優(yōu)化。藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)使用藍(lán)牙LE，其設(shè)計(jì)用于短突發(fā)無線連接，是多對(duì)多設(shè)備消息傳遞的理想選擇。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)規(guī)范僅適用于藍(lán)牙LE，不支持音頻流。

Q. Mesh是否影響附近運(yùn)行的其他藍(lán)牙無線設(shè)備，如聽音樂？

A. 不，您可以繼續(xù)聽音樂，同步您的活動(dòng)跟蹤器，并在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中或附近查看智能手表上的通知。

Q. 是否有其他藍(lán)牙低能耗網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇捎茫?/span>

是的，可用于藍(lán)牙LE的其他網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒ǎ?/span>

• 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)：用于創(chuàng)建一對(duì)一（1：1）設(shè)備通信，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇，非常適合連接的設(shè)備產(chǎn)品，如健身跟蹤器和健康監(jiān)視器，以及

• 廣播：用于建立一對(duì)多（1：m）設(shè)備通信，優(yōu)化本地化信息共享，是信標(biāo)解決方案的理想選擇，例如提供興趣點(diǎn)（PoI）信息和項(xiàng)目和方式的信標(biāo)解決方案，尋找服務(wù)。

信息中繼問題

Q 為什么藍(lán)牙選擇flood-based消息中繼方式？

A. 對(duì)信令中繼的managed flood方式最能滿足實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠和可擴(kuò)展的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的要求。

使用managed flood messaging，不需要?jiǎng)?chuàng)建和管理復(fù)雜的路由表。即使在路由解決方案中，可以自動(dòng)生成表，因此可能會(huì)發(fā)生重大的網(wǎng)絡(luò)中斷。

Managed flood messaging本質(zhì)上是多路徑，確保信息到達(dá)目的地。它也是固有的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，允許所有節(jié)點(diǎn)直接相互通信。沒有中心集線器或路由節(jié)點(diǎn)，沒有單點(diǎn)故障。

在大多數(shù)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中，大量百分比的消息流量是多播的，例如建筑物中控制數(shù)十或數(shù)百個(gè)燈光的單個(gè)燈開關(guān)。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的managed floodmessaging傳遞方式，結(jié)合其發(fā)布/訂閱群組消息傳遞模式，為具有高性能的大型網(wǎng)絡(luò)提供極高效的消息傳遞。

Q. 所有flood-based的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是否功率低？

A. 不，在一個(gè)簡(jiǎn)單的flood-based網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，可以這樣做，但是藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)了只有主供電節(jié)點(diǎn)用作消息中繼的managed flood方式。低功耗節(jié)點(diǎn)，如電池供電的傳感器，不對(duì)信息中繼負(fù)責(zé)。在藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，具有紐扣電池的低功率節(jié)點(diǎn)可以運(yùn)行多年。

Q. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)如何處理多播消息？

Bluetooth Mesh使用發(fā)布/訂閱組消息傳遞方式處理多播通信。

將一半的地址空間分配給組地址，并且可以將消息發(fā)送到組地址?？梢詫⒚總€(gè)節(jié)點(diǎn)配置為訂閱一組組地址，并將消息發(fā)布到一組組地址。

例如，燈光開關(guān)可以向“走廊組”發(fā)布“打開”信息，沿著走廊的所有燈將被訂閱相同的“走廊組”地址。但燈也可能被訂購到其他群體，如“地下組”，“全燈組”和“緊急出口路線”組。

Bluetooth Mesh也支持虛擬地址，通過允許128位UUID充當(dāng)目標(biāo)地址來擴(kuò)展組地址。 Label UUID的散列用于減少檢查UUID的開銷。每個(gè)哈希值代表數(shù)百萬個(gè)不同的標(biāo)簽UUID，增加了潛在的虛擬地址的數(shù)量。

配置問題

Q. 什么是配置？

A. 配置是將設(shè)備添加到指定的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的過程。它將設(shè)備轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，并包括安全密鑰分發(fā)以及為要添加的設(shè)備創(chuàng)建唯一的ID。

Q. 我可以備份我的配置數(shù)據(jù)并恢復(fù)嗎？

A. 是的，您可以備份配置數(shù)據(jù)。這在規(guī)范中沒有定義，所以你可以使用任何你喜歡的備份機(jī)制。

一般架構(gòu)問題

Q. 什么是節(jié)點(diǎn)？

節(jié)點(diǎn)是藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的配置設(shè)備。

Q. 我可以在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中擁有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)？

A. 雖然該規(guī)范允許配置多達(dá)32,000個(gè)節(jié)點(diǎn)，但我們不希望在現(xiàn)實(shí)世界中快速實(shí)現(xiàn)這些數(shù)字。然而，我們已經(jīng)看到超過1000個(gè)節(jié)點(diǎn)的代表性網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)今市場(chǎng)上的其他低功耗網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

Q. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)需要不同類型的節(jié)點(diǎn)嗎？

不，藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的特殊性是，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都是分散的，可以直接相互通信。

沒有集中式集線器或路由節(jié)點(diǎn)，因此沒有單點(diǎn)故障。然而，為了適應(yīng)低功率節(jié)點(diǎn)，如電池供電的傳感器，只有一些節(jié)點(diǎn)執(zhí)行消息中繼功能。

一些節(jié)點(diǎn)承擔(dān)附加功能以支持低功耗節(jié)點(diǎn)的消息傳遞。這允許低功耗節(jié)點(diǎn)保持網(wǎng)絡(luò)的一部分，但它一次可以睡幾個(gè)小時(shí)或幾天，直到需要報(bào)告一些信息。因此，使用紐扣電池的低功率節(jié)點(diǎn)可以運(yùn)行多年。

Q. 什么是模型和屬性？

A. 藍(lán)牙為開發(fā)人員采用了簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的方法來描述藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且可以與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互。這種方法是基于一組稱為模型的構(gòu)建塊。模型由一系列具有定義的功能和行為的功能組成。有四類模型，包括泛型，傳感器，時(shí)序和照明。通用模型是基本構(gòu)建塊，并定義了設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)功能，例如具有簡(jiǎn)單的開/關(guān)狀態(tài)的能力。您可以組合通用模型或使用屬性來增強(qiáng)它們。屬性為模型提供了額外的值。

安全問題

Q. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的安全性如何處理？

藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是一種真正的工業(yè)級(jí)解決方案，包括其安全方法。

• 使用經(jīng)過驗(yàn)證的安全算法對(duì)添加到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行配置。這使用256位橢圓曲線和帶外認(rèn)證來安全地添加設(shè)備。

• 所有通信都需要使用128位密鑰的AES-CCM進(jìn)行保護(hù)。所有網(wǎng)格消息都被加密和認(rèn)證。

• 加密和認(rèn)證應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層兩層。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都可以幫助中繼網(wǎng)絡(luò)層的消息，而無需讀取其內(nèi)容。這些內(nèi)容使用單獨(dú)的應(yīng)用程序密鑰進(jìn)行保護(hù)，提供真正的端到端安全性。

• 每條消息至少具有64位身份驗(yàn)證，但對(duì)于最長(zhǎng)的消息，最多可以擁有多達(dá)1088位的身份驗(yàn)證。

• 模型在規(guī)范中組織，以對(duì)具有不同安全憑證的不同用戶進(jìn)行交易。這樣可以讓維護(hù)人員完全控制網(wǎng)絡(luò)配置，同時(shí)允許員工進(jìn)行互動(dòng)。

• 通過在發(fā)送的每個(gè)消息上強(qiáng)制新的序列號(hào)來防止重播攻擊。

• 設(shè)備可以通過使用定義的密鑰更新過程在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中列入黑名單。在配置期間，每個(gè)設(shè)備計(jì)算唯一的設(shè)備密鑰，只有配置者知道并可以更新。

• 消息通過模糊每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包和刷新隱私來保護(hù)標(biāo)識(shí)。這意味著即使您在走動(dòng)時(shí)攜帶網(wǎng)狀設(shè)備，嗅探網(wǎng)格數(shù)據(jù)包的人也無法跟蹤您。

Q. 什么樣的安全攻擊是藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)來防止的？

• 通過使用128位密鑰和每個(gè)數(shù)據(jù)包上至少64位的身份驗(yàn)證來防止強(qiáng)力攻擊。

• 通過使用發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包的新序列號(hào)并檢查每個(gè)收到的數(shù)據(jù)包來防止重播攻擊。

• 在使用帶外認(rèn)證的配置期間，使用ECDH加密技術(shù)可防止中間人攻擊。

• 使用密鑰刷新過程阻止垃圾郵件攻擊，允許所有剩余設(shè)備中的密鑰和將已刪除/損壞的設(shè)備列入黑名單。有人拆卸一個(gè)被丟棄的設(shè)備，它不能顯示任何安全信息。

• 通過使不安全位置的設(shè)備與物理上安全的位置具有單獨(dú)的密鑰來防止物理上不安全的設(shè)備攻擊。這可以防止有人攻擊門鈴并發(fā)送消息來解鎖門。

• 通過使客人和訪問者使用一組單獨(dú)的鍵臨時(shí)訪問網(wǎng)絡(luò)，并限制訪問網(wǎng)絡(luò)，從而防止訪問者攻擊。這些客人鑰匙的使用壽命有限。

Q. 使用藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)時(shí)，是否會(huì)失去隱私？

A. 不，每個(gè)網(wǎng)格數(shù)據(jù)包被模糊化以保護(hù)用戶的身份。偵聽網(wǎng)狀分組的攻擊者無法確定哪個(gè)設(shè)備發(fā)送該消息，因?yàn)闆]有標(biāo)識(shí)值，例如源或目的地址。每次中繼一個(gè)消息時(shí)，這個(gè)混淆信息被改變，消除了跟蹤消息流的能力。

Q. 如果我的鄰居也有藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)會(huì)怎么樣？

A. 每個(gè)網(wǎng)格分組包括一個(gè)小的標(biāo)識(shí)符，用于確定網(wǎng)格分組所屬的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不能解密或認(rèn)證來自另一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格分組，并且它不會(huì)中繼這些消息。每個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)完全隔離。

可靠性問題

Q. 我如何知道我的藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)是否停止工作？

A. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)發(fā)出heartbeat消息。此外，還有一個(gè)強(qiáng)制性的Health模型，允許設(shè)備發(fā)送故障信息。例如，如果設(shè)備過熱，則會(huì)發(fā)送“過熱故障”消息。

Q. 如果節(jié)點(diǎn)斷開，流量是否受影響？

A. 否，中繼停止工作的消息的節(jié)點(diǎn)不會(huì)停止網(wǎng)絡(luò)。 Flood消息中繼創(chuàng)建一個(gè)固有的自愈網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橄⑼瑫r(shí)通過多條路由發(fā)送。

其他問題

Q. 規(guī)格何時(shí)可用？

A. 藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)規(guī)范以及使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)支持來限定藍(lán)牙產(chǎn)品所需的工具現(xiàn)已提供，可訪問此鏈接獲?。?/span>https://www.bluetooth.com/specifications/mesh-specifications

Q. Bluetooth Mesh網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的資質(zhì)認(rèn)證過程是否與其他藍(lán)牙規(guī)范有所不同？

A. 不，過程是一樣的。Core Specification Addendum 6 (CSA 6)引入了新的藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)術(shù)語，但產(chǎn)品類型類別和允許組合（在Bluetooth Core Specification第0卷中定義）不變，成員仍然負(fù)責(zé)滿足資格認(rèn)證計(jì)劃的資格要求參考文件（PRD）。要了解有關(guān)為Bluetooth Mesh或任何其他藍(lán)牙規(guī)范限定新的或修改的產(chǎn)品的更多信息，請(qǐng)查看藍(lán)牙Qualification Process。

Q. 今天可以使用藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)開始符合產(chǎn)品嗎？

A. 是的，如果您準(zhǔn)備好符合Bluetooth Mesh的新產(chǎn)品或修改后的產(chǎn)品，請(qǐng)點(diǎn)擊：

https://www.bluetooth.com/develop-with-bluetooth/qualification-listing/qualify-your-product

Q. 我可以通過Bluetooth Mesh低功耗功能來限定我現(xiàn)有的藍(lán)牙產(chǎn)品嗎？

A. 否，現(xiàn)有產(chǎn)品無法支持Bluetooth Mesh。然而，這些產(chǎn)品可能已經(jīng)具有被添加到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上的固有能力。

Q. 我應(yīng)該知道有藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的任何品牌改變嗎？

A. 不，所有合格的藍(lán)牙產(chǎn)品繼續(xù)使用藍(lán)牙組合標(biāo)記和/或圖形標(biāo)記。點(diǎn)擊下載藍(lán)牙品牌指南和注冊(cè)商標(biāo)文件：https://www.bluetooth.com/develop-with-bluetooth/marketing-branding/brand-guide-logos