使用蓝牙网状网络进行设计：节点和特征类型

毫无疑问，低功耗蓝牙 (BLE) 在物联网领域占据主导地位。智能家居、家庭医疗保健和资产跟踪等应用极大地受益于 BLE 的低功耗功能。但是，设备之间的 BLE 通信仅限于一对一或一对多。此外，由于范围有限，BLE 的部署具有挑战性，特别是在家庭等环境中，某些设备可能相对于其他设备隐藏在几堵墙后面。这些因素使得从一个位置控制整个家庭变得困难。

需要多对多通信，以便任何节点都可以从多个设备接收消息并向多个设备发送消息。例如，考虑需要使用多部手机控制的一组四个灯泡。他们还需要能够从调光器和/或占用传感器接收设置消息。这需要多对多通信。

为了使 BLE 在智能家居、智能建筑和智能城市等应用中发挥最大作用，开发人员需要多对多通信和一种机制来扩展范围，同时允许某些设备使用小电池运行。蓝牙 Mesh 解决了这些问题。

蓝牙 Mesh 正在成为首选的家庭自动化技术，因为蓝牙 Mesh 网络中的节点可以直接从手机或平板电脑访问，而无需网关。互操作性是任何智能家居部署成功的关键，因为每个智能家居都可能使用来自不同供应商的产品。已定义用例（模型）的标准消息格式可实现快速部署和与其他 BLE Mesh 产品的互操作性保证。

本系列共五篇文章，讨论了解蓝牙网状网络所需的关键概念。它将重点介绍蓝牙 Mesh 的低功耗功能、隐私和安全功能，以及如何为您的智能家居应用选择设备。本系列的第一篇文章讨论了蓝牙网状网络的关键要素。

蓝牙网状网络

蓝牙网状网络由具有多种特征类型的节点组成。图 1 提供了蓝牙网状网络的高级表示。从图中可以看出，它具有以下特征类型的节点：

• 中继节点/功能
• 低功耗节点 (LPN)/功能
• 好友节点/功能
• 代理节点/功能
• 供应商

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图 1：蓝牙 Mesh 网络（来源：Cypress）

每个节点可以支持一种或多种特征类型。例如，该网络中的 R+F 节点支持 Relay 和 Friend 功能。同理，R+P 节点支持 Relay 和 Proxy 特性。

中继功能 使节点能够通过广告载体中继消息。通常，每个墙壁供电的节点都可能包含中继功能，因为它们具有持续侦听广告数据包并将它们中继到其他节点所需的能力。正在使用的继电器功能的一个例子是智能灯泡或家庭自动化应用中的壁灯开关。另一方面，使用小电池运行的节点不太可能具有中继功能，因为它需要 Rx 持续打开并让设备侦听广告数据包。这样做会很快耗尽电池电量。

低功耗节点功能 是蓝牙Mesh最重要的特性之一。与具有 Relay 特性的节点不同，具有 Low-Power Node 特性的节点不需要持续监听通告的数据包。具有低功耗节点功能的节点大部分时间都处于设备的低功耗模式，而其朋友节点则代表其收集消息。低功耗节点以定义的时间间隔唤醒并 ping 其 Friend 节点以检查任何未决消息。与好友节点通信后，低功耗节点返回低功耗睡眠状态。对于依靠电池运行的应用程序来说，这是一项有用的功能。家庭自动化中的传感器节点、零售店中的价格标签等应用都可以从低功耗节点功能中受益。

具有好友功能的节点 将侦听在网络中中继并用于关联低功耗节点的任何消息。 Friend 节点将存储这些消息，并在 Low-Power Node 唤醒并查询 Friend 节点时将它们传递给关联的 Low-Power Node。由于好友节点需要为一个或多个低功耗节点存储消息，因此好友节点可能需要比其他节点类型更多的内存。所需的内存量取决于需要存储在朋友节点上的数据/命令量，这些数据/命令将在轮询操作期间传送到低功耗节点。

代理功能 允许设备（例如智能手机或 Wi-Fi-Bluetooth Mesh 网关）与 Mesh 网络进行通信。具有代理功能的节点是那些不直接支持蓝牙 Mesh 的设备进入 Mesh 网络的入口点。在蓝牙 Mesh 网络中，消息通过广告载体进行中继。代理功能允许节点在 GATT（通用属性）和广告承载之间中继消息。在蓝牙 Mesh 网络中，多个节点可以支持 Proxy 功能。任何支持代理功能的节点都可以通过 GATT 连接充当智能手机/PC 的接口。拥有多个代理节点是一个好主意，这样如果一个代理节点出现故障，就不会将整个网络与代理设备隔离开来。与 ZigBee 等其他 Mesh 技术相比，此功能使蓝牙 Mesh 更加稳健。

在蓝牙网状网络中，配置 是向网络添加新节点的过程。配置需要几个步骤以确保不会将意外设备配置到网络。未配置的设备将以预定间隔发送信标。一旦找到并选择了未配置的设备，配置设备将启动配置过程。在图 1 所示的示例中，智能手机和平板电脑充当网络中的配置设备。

根据蓝牙规范，并非所有节点都是强制性的。换句话说，设备可以在不支持所有节点/功能类型的情况下通过蓝牙 Mesh 认证。最常见的是，芯片供应商不支持蓝牙 SIG 认证的 Friend 和低功耗节点功能。这使得支持电池供电的蓝牙网状网络应用变得困难。

要查找蓝牙 Mesh 设备支持哪些蓝牙 Mesh 节点/功能类型，请访问蓝牙 SIG 网站并单击“查找产品”。然后输入您想了解其支持的节点/特征类型的产品。

例如，如果您想在赛普拉斯蓝牙网状网络模块 CYBT-413034-02 上查找支持的节点/功能类型，请在产品搜索中输入它，它将显示声明 ID、QDID、公司、产品、规范名称和列表产品的日期。在这种情况下，单击声明 ID，即 D040142。此页面提供设备支持的层列表。在那里，单击“查看 ICS 详细信息”。这将显示核心协议层列表以及配置文件和服务。您可以单击其中的每一个以了解支持哪些功能。如果支持 Mesh 配置文件，它将列在传统配置文件下。

现在，单击 MESH（网格配置文件）。这提供了角色和版本列表以及节点角色要求以及是否支持该功能。当我们在寻找有关 CYBT-413043-02 的详细信息时，Bluetooth SIG 网站上的以下屏幕截图显示该模块支持角色下列出的节点和供应商角色（参见图 2）。它还支持中继功能，如网络层功能下所示（参见图 3）。如上层传输层功能所示，支持 Friend 和低功耗节点功能（参见图 4）。支持代理功能，如代理功能下所示（参见图 5）。

尽管该设备支持所有这些节点特征类型，但值得注意的是，根据评论，这些节点类型中的大多数是可选的。例如，如果支持广告承载，则中继、朋友和低功耗节点功能是可选的。但是，对于高效的蓝牙 Mesh 网络，需要所有这些特征类型。

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图 2：Bluetooth SIG 网站上显示了特定产品的角色和版本。在这种情况下，产品同时支持节点和供应商角色。 （来源：赛普拉斯）

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图 3：Bluetooth SIG 网站还显示了特定产品的节点角色功能。在这种情况下，产品支持中继功能。 （来源：赛普拉斯）

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图 4：本产品支持朋友和低功耗节点功能，如上传输层功能下所示。 （来源：赛普拉斯）

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图 5：支持代理功能，如代理功能下所示。 （来源：赛普拉斯）

您还可以观看了解有关蓝牙 Mesh 的更多信息视频，了解有关蓝牙 Mesh 节点和功能类型以及如何开始使用蓝牙 Mesh 设计的更多信息。

在本系列的下一篇文章中，我们将讨论蓝牙 Mesh 网络中的通信是如何发生的，以及诸如 Mesh 模型等各种概念，这些概念使产品在每个应用领域都具有互操作性。