試想一下，在寒冷的冬天當你驅車到達公司樓下時，安全系統能夠為你放行，并自動分配停車位；當你走進辦公室，LED射燈和臺燈已經開啟，并且完全符合你喜歡的亮度水平，而且辦公室的溫度也符合你的個人偏好；當你走近電腦時，它已經自動登錄，一天的工作順利開始。樓宇會根據你的需求作出回應、同時考慮到你的偏好，可見系統的利用相當有效。那么，如何使得這一設想成為現實？

 

答案是利用藍牙mesh網絡。有了藍牙mesh，用戶可以從mesh照明系統開始添加占位傳感器、環境傳感器、無線溫控系統和基于mesh的停車場管理系統。藍牙mesh網絡能夠更簡單、以更低的成本來進行樓宇服務的控制、與其進行無線交互、并實現自動化的操作。

 

關于藍牙mesh

你一定想知道：智能樓宇系統如何通過藍牙mesh進行組網？我們需要先了解一下什么是藍牙mesh？

藍牙mesh是2017年推出的一個新的標準， 多對多的多跳拓撲結構。不需要新的藍牙硬件，以洪水/波紋 (flooding/ripple) 方式進行廣播和中繼，主要用于傳輸信號而不是大型數據， 大大擴展了傳輸范圍。

 

藍牙mesh的7個要素：

 

²  設備和節點：當用戶想跟蹤一個設備，可以將其設為節點；

²  元素：一些節點具有多個組成部分，每個都能獨立進行控制，這些部分被稱為“元素”；

²  訂閱和發布：使用這一機制，用戶就可以在整個網絡當中任意添加或者刪除設備，而不需要對網絡當中的每一個設備進行程序更新；

 

²  可控性的廣播機制：通過滿足一系列的條件來使得這個廣播信息在網絡中以節能、可控的方式進行數據的傳遞；

²  低功耗：在藍牙Mesh網絡中還有一類節點是專門為低功耗節點服務的，其具有Friend特性，也可以稱為Friend節點。Friend節點與低功耗節點可以建立Friendship關系；

²  代理：藍牙mesh使用了廣播機制，但是出于某種考慮，不是所有廣播數據包都開放給開發者，開發者無法進行修改，因此手機接入mesh網絡時需要使用代理機制；

²  多級安全性：藍牙mesh網絡使用了非對稱加密和對稱加密兩種機制，還使用了帶外驗證的方法，目的就是保證今后的應用能夠為用戶提供一個具有高安全性的方案。

 

 

藍牙mesh架構

 

如上圖2所示，mesh消息需要基礎的通信系統來進行傳輸和接收。承載層定義了網絡PDU如何由給定的通信系統進行處理，這時定義了兩個承載層，即廣播承載層和GATT承載層。網絡層定義各種消息地址類型，以及允許承載層傳送傳輸層PDU的mesh消息格式。底層傳輸層從上層傳輸層接收PDU，并將其發送到對等設備的底層傳輸層。上層傳輸層負責對傳入和傳出接入層的應用數據進行加密、解密和認證。訪問層負責定義應用如何利用上層傳輸層，包括:定義應用數據的格式，定義并控制在上層傳輸層執行的加密和解密過程。在將數據上傳到堆棧之前，對來自上層傳輸層的數據進行驗證，判斷其是否適用于該網絡和應用。 基礎模型層負責mesh網絡的配置和管理相關模型的實施。模型層涉及模型的實施，因此涉及一個或多個模型規格中定義的行為、消息、狀態、狀態綁定等的實現。

 

在安全方面，藍牙mesh采用了一種安全性架構，包括：在配置期間進行身份驗證；多層保護，在網絡層和應用層均實施了加密和認證；重放保護，包括IV 索引（32 位）、序列號（24 位）、IV 索引更新過程；密鑰刷新，設立節點黑名單，這能夠解決部署大型無線設備網絡的公司所面臨的安全性問題。

 

Zephyr* OS 支持藍牙mesh

智能樓宇包含數量龐大的組網設備，它們并非都是功能單一的元素，其中功能復雜的物聯網設備需要搭載合適的操作系統，才能為用戶提供優異的性能。Zephyr作為一款專門為資源受限設備推出的物聯網操作系統，其具有開源性、模塊化、可配置的優點，自推出以來受到越來越多開發者的關注，并逐步被各種物聯網設備所采用。為了滿足物聯網的碎片化需求，Zephyr操作系統盡可能支持多種架構，目前包括ARM、x86、ARC、NIOS-II、RISC-V、Xtensa六種架構。

 

那么，這些搭載Zephyr操作系統的物聯網設備能否被添加到藍牙mesh網絡中呢？答案是肯定的。Zephyr 操作系統從1.9 版本開始支持藍牙mesh，實現了所有強制特性，并針對其它多種實施方案進行了測試，現已移植到 MyNewt，并且已將多個重要的修復程序移植回 Zephyr 中，可使用許多流行的開發板進行支持 Zephyr 的演示。

 

在資源占用方面，Zephyr操作系統占用的 RAM 極小（包含網格的整個操作系統）只有約 12kB，甚至適用于受限最嚴格的 16k 開發板，比如 BBC micro:bit，可見非常適合資源受限的物聯網設備進行安裝。

 

Linux* 支持藍牙mesh

除了Zephyr操作系統，Linux操作系統也開始支持藍牙mesh。其在BlueZ 5.47 中發布了 meshctl 工具，包括GATT 客戶端和PB-GATT 配備設備。在用戶空間 (BlueZ) 和內核中持續運行，在內核中管理廣播和掃描，通過管理 API 擴展來實現控制，用戶空間中的其他所有資源幾乎都已網格化。

 

未來，網格供應商 HCI 擴展將得到 Linux 和 Zephyr 支持，同時增加更多針對 Zephyr 好友支持的特性，提供更多標準模型，使用各種開發板進行更多演示。

 

關于Zephyr 

 

Zephyr 項目是一款小型且可擴展的操作系統，尤其適用于資源受限的硬件系統，可支持多種架構；該系統高度開源，對于開發人員社區完全開放，開發人員可根據需要對該系統進行二次開發，以支持***硬件、工具和設備驅動程序；該系統高度模塊化平臺，可輕松集成任何架構的第三方庫和嵌入式設備。