BLE、Mesh以及蓝牙Mesh

BLE是Bluetooth Low Energy（低功耗蓝牙）的缩写，Mesh是一种无线多跳网状拓扑网络，蓝牙Mesh是一个基于广播的网络协议，采用蓝牙低功耗广播的方式进行信息发送和接收。由于它使用了蓝牙规范的低能量部分，并与该协议共享最低层，所以也有人称之为BLE Mesh。

蓝牙Mesh信息包含在蓝牙低能量广播包的有效负载中，所以其物理层表示与现有的低功耗蓝牙设备兼容。相较于传统蓝牙的星形组网，蓝牙Mesh低功耗、低响应延迟的特点，使其成为 IoT（物联网）中的重要组成部分。

蓝牙Mesh与低功耗蓝牙之间的关系

蓝牙Mesh的运行原理

在蓝牙Mesh中，网络中的每一个设备都发送和接收来自无线电范围内所有设备的所有消息。在网状网络中没有连接的概念。网络中的任何设备都可以从其他设备中传输消息，这使得一个网络设备可以通过让一个或多个其他设备将消息传递到目的地，从而将消息发送到无线电范围之外的设备上，这一特性还允许设备在任何时候移动和退出网络。

这种广播模式也称为网络泛洪，采用网络泛洪的方式，通过可控的泛洪消息传递，不需要创建和管理复杂的路由表、路由发现表等，节省了维护网络运行的存储器空间的开销。同时，网络泛洪消息传播的本质是多路径（Multi path）的，确保了信息可以通过多条路径传递到目的节点，因此网络中任何一个单点的故障也不会对网络传输造成致命性的影响，这使得网络可靠度极高。

蓝牙Mesh典型拓扑图

Ø 上图显示了三个中继节点：Q、R、 S

Ø 支持Friend feature的三个节点：N、O、P

Ø 两个Friend节点：O、P（节点N没有任何friendships关系）

Ø 有五个Low Power nodes：I、J、K、L和M。节点I、J和K的friend是P；L和M的friend是O

Ø 节点T仅使用GATT bearer连接到Mesh网络；因此，S必须将所有消息转发给T，并且转发T的所有消息

例如，如果要将消息要从节点T发送到节点L：

①　节点T将使用GATT bearer将消息发送到节点S

②　节点S将使用advertising bearer重新传输此消息(节点H、R、N、O在节点S的射频范围内；所以他们会收到此消息)

③　节点O作为节点L的friend 存储该消息(如果此消息是分段消息，节点O将在lower transport layer代替节点L响应一个acknowledgment )

④　节点L将poll 节点O ，检查节点O是否有为其存储的新的消息 ，以便节点O将节点T最初发送的消息转发给节点L

蓝牙Mesh Profile规范的分层架构

蓝牙Mesh的一些特性

为兼容不支持接收网格数据包的传统蓝牙低功耗设备，蓝牙Mesh定义了一个单独的协议，用于通过蓝牙低功耗的GATT协议来实现隧道网消息。为此，Mesh配置文件规范定义了一个GATT的持有者和相应的GATT代理协议。该协议允许传统的蓝牙低功耗设备通过建立一个GATT连接到一个具有代理特性的网格设备来参与MESH。遗留设备被分配一个地址和必要的密钥，成为网络的正式成员。该设备通过常规的配置过程或通过一些带外的机制接收安全凭据。

此外，为了支持基于广播的通信，设备必须连续不断地将无线电保持在收听模式中，这比典型的低功耗蓝牙低功耗设备的功耗要高得多。为了使低功耗设备能够参与到MESH网络中，蓝牙Mesh包含了一个低功耗的友好功能，它允许低功耗设备与常规的Mesh设备建立一种关系，然后定期将消息缓存和转发给低功耗设备。这样就可以节省低功率设备使用率，让它不必再继续听传入的消息。

低功耗蓝牙

蓝牙Mesh在智慧家庭中的应用

在蓝牙Mesh网络中有一类节点是专门为低功耗节点服务的，其具有Friend特性，也可以称为Friend节点。Friend节点与低功耗节点可以建立Friendship关系。建立此种关系之后，Friend节点可以暂存发往低功耗节点的信息，待低功耗节点退出休眠模式之后，再从Friend节点取回相关信息。在实际应用中，Friend节点可以是灯泡、机顶盒、路由器，这些设备都是通过市电供电的，对于功耗不是很敏感；低功耗节点可以是由电池供电的设备，如传感器等，而这些正是智慧家庭不可或缺的组成部分。

蓝牙Mesh组网灯控方案

在现阶段的智慧家庭中，蓝牙Mesh多应用于灯光系统，可以实现极为强大的灯控功能。在上图灯控组网方案中，将蓝牙模块（SKB369）嵌入进LED灯的控制电路中，使用者通过手机蓝牙连接蓝牙Mesh网络中任何一个LED灯里面的蓝牙模块，就可以控制Mesh网络中的任意一个LED灯或一组LED灯。这套蓝牙Mesh灯控方案能建立无线蓝牙设备之间的多对多（N:N）的关系。