Labs 導(dǎo)讀

藍(lán)牙m(xù)esh技術(shù)是基于低功耗藍(lán)牙廣播報文來實現(xiàn)的，是一種基于泛洪的消息傳遞機(jī)制。

在傳統(tǒng)藍(lán)牙中，藍(lán)牙與設(shè)備之間的關(guān)系是“一對一”的，因此設(shè)備間需要先進(jìn)行“配對”，再建立一條穩(wěn)定的連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播。低功耗藍(lán)牙設(shè)備則可以和其他設(shè)備建立“1對多”拓?fù)洌ㄟ^廣播的形式，向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)則在低功耗藍(lán)牙的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步建立了設(shè)備間的“多對多”關(guān)系，通過中繼，可以將消息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的任意設(shè)備。

Part 01、 網(wǎng)絡(luò)泛洪 

藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)使用了一種“管理型網(wǎng)絡(luò)泛洪”的方式，即通過廣播進(jìn)行消息發(fā)送，讓傳輸范圍內(nèi)的所有設(shè)備都可以接收消息。網(wǎng)絡(luò)中的支持中繼功能的設(shè)備就可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其相關(guān)聯(lián)的所有設(shè)備，最終消息擴(kuò)散到整個網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)泛洪的優(yōu)勢在于不需要特定的設(shè)備專門扮演集中式路由器的角色。集中式路由器一旦發(fā)生故障，就會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)無法運行，從而影響網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。網(wǎng)絡(luò)泛洪的方式也意味著，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)南⒉粫刂粭l特定路徑進(jìn)行傳輸，而是可以通過多重路徑到達(dá)目的地。

因為使用了泛洪技術(shù)，中繼會轉(zhuǎn)發(fā)從其他設(shè)備接收的消息。如果對此不加以限制，當(dāng)網(wǎng)路中存在環(huán)路的時候，可能會造成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，對網(wǎng)絡(luò)造成災(zāi)難性的影響。藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)采取了一系列的措施，其中有兩個主要的方法，信息緩存隊列和TTL字段。

Part 02、  信息緩存隊列 

每個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)層，都包含一個信息緩存隊列，用于保存最近接收的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。如果某個剛收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包已經(jīng)在消息緩存隊列里面，說明節(jié)點已經(jīng)通過其他路徑收到過該消息，就可以直接丟棄該數(shù)據(jù)包。如果該數(shù)據(jù)包不在緩存隊列里，就可以進(jìn)行下一步的消息處理。

消息緩存隊列并不一定要求保存完整的消息數(shù)據(jù)包，只需要能識別消息即可。比如保存消息的唯一消息id。信息緩存隊列是有長度限制的隊列，如果隊列已滿，則需要按照最早到達(dá)丟棄的原則，將最老的消息丟棄，保存最新的消息。

Part 03、  TTL字段 

TTL是Time To Live的縮寫，TTL的作用是限制IP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中存在的時間。在藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)中，TTL實際上是數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中可以轉(zhuǎn)發(fā)的最大跳數(shù)。TTL字段由數(shù)據(jù)的發(fā)送者設(shè)置，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的底層傳輸層收到網(wǎng)絡(luò)層上報的信息時，把這個TTL的值減1，然后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去。若信息的TTL 小于1，則該信息會直接被丟棄。

Part 04、  廣播數(shù)據(jù)格式 

藍(lán)牙m(xù)esh廣播實際上是以低功耗藍(lán)牙廣播為基礎(chǔ)的，所有的數(shù)據(jù)包格式也是基于低功耗藍(lán)牙廣播的數(shù)據(jù)包格式，通過AD Type字段與其他廣播進(jìn)行區(qū)分。可以理解成一種特殊的BLE廣播包。藍(lán)牙廣播包中的有效數(shù)據(jù)由若干個AD Structure單元組成。每個AD Structure由Length，AD Type，AD Data三個部分組成。

Mesh profile消息涉及的AD Type有三種，見下表：

其中Mesh Beacon用于對藍(lán)牙m(xù)esh節(jié)點或未配網(wǎng)節(jié)點進(jìn)行周期性的廣播，比如未配網(wǎng)的設(shè)備通過周期性發(fā)送廣播信息，讓自己可以被配網(wǎng)器（Provisioner）發(fā)現(xiàn)，從而加入藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)。

Mesh Message用于在正常的藍(lán)牙m(xù)esh節(jié)點之間傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。

PB-ADV 一般作用于設(shè)備配網(wǎng)期間，主要用于傳輸通用配網(wǎng)PDU。

Part 05、 小結(jié) 

藍(lán)牙通過藍(lán)牙m(xù)esh這項新的協(xié)議規(guī)格正式進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域，藍(lán)牙m(xù)esh技術(shù)是一種基于泛洪的信息傳遞機(jī)制，以保證目標(biāo)節(jié)點只要在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)就能收到消息。但是這種機(jī)制也帶來了一定的弊端，就是網(wǎng)絡(luò)中信息的泛濫。藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)采用了信息緩存隊列和TTL字段這兩種方案來避免信息被無限制地轉(zhuǎn)發(fā)下去。