从本质上来讲，蓝牙Mesh技术并非无线通信技术，而是一种网络(组网)的技术，用于构建“多对多通信连接”的网络。
纵观蓝牙技术的发展旅程，SIG不断地追求着无线连接的性能：传输速率(EDR-Enhanced Data Rate、AMP)、低功耗(Sniff Subrating、BLE)、网络接入(6LoWPAN、Mesh)和安全配对(SSP)，以满足各种应用对近距离通信的需求。
原本，SIG主要是聚焦于“以人为中心的边缘网络”进行技术创新,而如今，蓝牙适用的范围已经逐渐拓展到所有物联网边缘场景：“蓝牙增强速率技术(BR / EDR)”的应用从无线耳机发展到鼠标键盘;“蓝牙低功耗技术”应用于手表、手环，发掘了可穿戴市场;而“蓝牙Mesh组网技术”则瞄准了整个(边缘域)物联网市场，包括消费领域和工业领域。
从最新的组网构架(Mesh组网)中，让我们逐渐地看清了蓝牙技术联盟对物联网通信的预想，以及对边缘网络的理解。
一、为物联网不断前行的蓝牙Mesh
为了开发和应用的方便，蓝牙技术联盟在蓝牙Mesh中加入了“情景(Scene)”这一概念，可以将网络中的一部分节点、元素、状态、操作行为“捆绑”在一起，形成“物”的联动机制，使得应用的内涵丰富多姿，且易于开发和理解。
通过携带特殊的16位情景序号，一个触发节点可以通过发布一个消息，就实现一组节点设备改变各自运行状态，形成物与物内在关联的场景。开发人员可以利用丰富的情景预设，向用户交付最佳的应用体验。
在安全方面，蓝牙技术联盟从应用到网络，设计、部署了多层次的防护措施。
- 在蓝牙Mesh技术中，引入各类秘钥：Netkey、AppKey、DevKey,以对应用、网络、节点进行全面的认证。并且，网络中的启动配置设备(配网节点-Provisioner：负责其它所有节点入网的认证和密钥分配)可以配置黑名单，并控制全网更改秘钥(秘钥刷新程序)，将嫌疑节点踢出蓝牙Mesh网络;
- 通过NetKey派生的隐私Key，可以模糊化蓝牙网络PDU报头，以防止定向的窃听和追踪;
- 通过在网络PDU中引入序列号(Sequence Number)和IV索引(IV Index)，避免“重放攻击”，欺骗节点作出未授权的处理和响应。
纵观蓝牙Mesh技术，它转变了传统蓝牙以“人”为中心的网络特性(集中化网络)，而转向“多点对多点”的网络架构，以满足“物”的连接需求为协议开发的宗旨。
在局部空间中，从应用到网络连接，设计了一整套基础网络构建的规范和标准，简化开发和运营的难度。它兼容低功耗蓝牙技术，满足电池驱动设备低频低量的连接需求。
它采取强制执行的安全策略：入网必须认证、连接必须加密，以及具有秘钥动态更新、关键字节等其它安全措施。其技术的开放性，为物联网应用生态的构建提供了基础。
从蓝牙Mesh技术中也能看到，它并没有关于互联网连接、服务的设计。在实际应用开发中，该部分主要由应用的开发者自己来完成。此外，泛洪的信息传播模式(“管理型网络泛洪”)，虽然采用了一些优化措施(TTL等)，但对网络的扩展扩容有较大影响，还需要进一步地设计优化方案。
在物联网的边缘，越来越多的网络技术开始考虑“物”的连接需求，Mesh组网、多点对多点、低功耗连接、非对等网络等理念，不断嵌入到局部空间的网络设计当中，边缘网络作为物联网技术的先行者，将成为物联网生态建立的基石和保证。
二、蓝牙Mesh网络架构
蓝牙Mesh通过网状网的组网结构，可以实现室内的大范围网络覆盖。节点(Node)组成了蓝牙Mesh的主干网络，在Node之间使用了低功耗蓝牙的技术进行对连，而具有不同能力特性的节点在网络中承担了不同的角色。
承担网络角色，需要节点之间遵守蓝牙Mesh的语法(通信规则、数据格式)进行对话，通过协商组成网络并向应用提供网络路由服务。
节点间的网络协商过程，是通过“消息携带组网信息”，从“源地址向目的地址传递”，并形成“网络信息的交互”而构成的。
1. 网络地址
蓝牙Mesh网络中，统一的地址长度为16位，分四种类型：单播地址(unicast address)、组播地址(group address)、虚拟地址(virtual address)、未分配地址(unassigned)。
(1)单播地址(Unicast Address)
单播地址在蓝牙Mesh网络中具有唯一性，可以标识出节点内的一个元素，节点在接入网络的时候被分配获得。一个mesh网络可以有32767个单播地址。
(2)组播地址(group address)
组播地址即是多播地址，标识一个或多个元素。SIG预定义了四类组播：“All-proxies”, “All-friends”,“All-relays” 和 “All-nodes”。开发者也可以将多个元素自定义到一个多播地址，便于应用的统一控制和管理。
(3)虚拟地址(Virtual Address)
虚拟地址可以赋给一个或多个元素，且可以由多个节点共有。虚拟地址类似于标签，可以在设备出厂前就配置，标签可以使得节点容易在网络被识别和应用。例如，可以表示某个厂商生产的某一个特定型号的摄像头。
(4)未分配地址(unassigned)
16位全零的地址，表示元素还没有配置地址。
2. 消息(Message)
蓝牙mesh网络通过消息承载数据信息进行通信。一个节点可以通过消息来询问其它节点的状态，也可以将自己状态消息发送给别的节点。在蓝牙mesh技术规范中，定义了很多种类型的消息。
在蓝牙mesh网络中，无论节点间相距多远,所有节点均可以订阅某一节点发布的状态数据。
(1)消息的应用类型:
消息有两种应用类型：控制消息(Control Message)和接入消息(Access Message)
- 控制消息(Control Message)，是与蓝牙mesh网络操作有关的消息，例如Low Power Node和Friend Node之间的连接请求消息。
- 接入消息(Access Message)，该类消息会携带节点中的模型和状态值，用来实现节点之间对模型状态的查询和控制。应用层通过接入消息中的操作码(opcode) 和参数，来识别并执行设备的相关操作。
接入消息有两种交互类型：有应答(acknowledged)消息和无应答(unacknowledged)消息。
- 有应答消息：表示该消息需要“提问-应答”式的交互，消息发送方需要接收方的响应。响应消息携带相关的状态信息，以向发送方表示某种操作执行成功，并反馈操作执行后的状态值。如果没有响应，发送方可以重复发送该消息。
- 无应答消息：发送方向接收方发送消息，但不需要回复。
(2)消息的操作类型
消息中包含三种消息的操作类型：GET、SET、STATUS。三种操作类型对应三种信息操作的方式：
- GET：发送节点使用GET消息，向一个或多个节点请求元素模块中的状态值。
- SET：发送节点使用SET消息，向一个或多个节点设置或改变某些状态值。
- STATUS：该消息是应答消息，是对GET消息或SET消息的响应。STATUS消息中会携带当前的状态值，返回给GET/SET消息的发送节点。
3. 节点模式
根据节点在实际应用中承担的不同角色，将其分成三类模式：服务器模式(Server Model)、客户端模式(Client Model)、控制模式(Control Model)。
(1)服务器模式(Server Model)
“服务器”，可以理解为“处理器”和“执行器”，其对两部分内容进行了定义：
- 数据的定义：定义了元素模型中的状态属性(格式、类型)和相关消息。状态属性包括状态(state)、状态转换(state transitions), 状态绑定(state bindings)等等。
- 行为的定义：定义了各类实体操作(Behaviors)，以及这些操作和状态参数的对应关系。例如，当蓝牙电灯就收到一个“开关状态为‘On’”的消息时，它就给灯泡通电发光。
(2)客户端模式(Client Model)
“客户端”可以理解为“操作端”或“触发器”，它没有状态信息，但定义了消息的格式和收发方式，用于获取“服务器”提供的应用服务：发送信息、查询状态、控制开关、调节级别等等。“客户端”就像是电视机的遥控机，由人来操作并切换电视频道。
(3)控制模式(Control Model)
控制模式兼具了服务器模式和客户端模式，并且还定义了各模式之间数据交互的处理逻辑(规则和行为)，即称为“控制器逻辑(Controller logic)”。
4. Publish/Subscribe 发布和订阅
在实际应用中，节点发送应用消息的行为称为“发布”。消息的发布方向是组地址或者虚拟地址。在应用设计中，组地址或者虚拟地址通常代表一个空间区域或同一类设备，易于用户和应用系统统一辨识和使用。
“订阅”就是某个节点被配置成可以接受某个特定消息。换一种说法，节点“订阅”了某消息，就意味着它可以读取该消息的内容。
生成消息的节点(客户端)“发布”消息，使用消息的节点(服务器)“订阅”消息。
发布和订阅关系举例：
在由电灯和开关组成的蓝牙Mesh网络应用中：
- 开关1可以发布消息到厨房组地址
- 电灯1号、2号、3号订阅了厨房组地址的消息
- 开关2可以发布消息到客厅组地址
- 电灯3号订阅了客厅组地址的消息
当开关1发布消息(其模型中携带“开灯”的状态)至蓝牙Mesh网络时，因为存在订阅关系，所以电灯1号、2号、3号接收到开关1的消息，会执行其中表达的指令---将灯(1号、2号、3号)点亮。
当开关2发布消息(其模型中携带“关灯”的状态)至蓝牙Mesh网络时，因为存在订阅关系，所以电灯3号接收到开关2的消息，会执行其中表达的指令---将灯熄灭。其他电灯(1、2)虽然也会收到2的消息，但因为它们订阅的消息地址并不包括客厅组地址，所以2的消息会被丢弃。
消息的发布/订阅模式的使用，结合组地址和虚拟地址的配置，可以方便地在蓝牙网络中移除或添加节点，其它在网节点无需做任何配置。
5. 节点间的连接类型
各类节点之间形成各种类型的联接，主要有4种：
(1)非中继连接：普通节点之间的连接，两节点之间可以收发数据，但是节点在收到信息后不会转发。
(2)亲友连接(也翻译为“友谊”连接)：低功耗节点和亲友节点间的连接，在建立亲友关系后，低功耗节点会定期向亲友节点发送消息，询问是否有自己的消息。亲友节点如果有暂存的低功耗节点的消息，它会将该消息送还给低功耗节点。
(3)中继连接：包括普通节点与中继、代理、亲友节点的连接，中继、代理、亲友节点的相互连接。在该类链接上，会传递普通的蓝牙Mesh广播消息。
(4)GATT连接：没有蓝牙Mesh组网能力的蓝牙设备(具备GATT接口)，需要通过代理节点帮其转换连接模式转发信息，这些节点和代理节点之间的连接就是GATT连接。
6. 消息转发处理的机制
在蓝牙Mesh中，当一个节点收到一个消息时，它会根据自身的节点角色(模式)，与相邻节点间的连接状态、以及收到消息中的网络参数，来决定是否丢弃、缓存、处理，还是转发该消息。
在消息中，影响转发的参数主要有：NID(网络ID，从网络密钥-NetKey 派生而来的唯一公共标识符)、TTL(Time To Live，消息转发最大允许“跳跃-Hop”次数)、SRC(Source Address，源地址)和DST(Destination Address，目的地址)。
接受消息后，转发节点(中继、代理、亲友节点)在转发消息前有两部分的处理工作：消息健康检测、消息转发判定。
(1)健康检测：
在收到消息后，节点先判断该消息的发送源是否是一个已注册节点(以NID作为判定条件)，再对消息的数据包做完整性效验(MIC)，并对数据包中的源地址、目的地址进行有效性判断，最后确认是存在重复收包的情况，即检查转发缓存(转发队列)中是否已经有该数据包。如果以上步骤中有一项未通过，则该消息会被节点丢弃，如果通过了，则进入下一个转发判定的环节。
(2)转发判定：
如果消息中的目的地址是本节点，则消息会被传递到应用层，不再转发。如果目的地址非本节点，则根据自己的节点角色和数据包中的TTL值来确定是否转发。非转发类节点会将数据丢弃，转发类节点则会检查TTL值是否大等于2，如果满足条件则转发，否则也将数据丢弃。
(3)以图例进行举例：
- 亲友节点L、M分别和低功耗节点X、Y建立了亲友连接关系
- P为中继节点
- Q为非中继节点D的代理节点，它本身也是中继节点。
A. 低功耗节点X发消息至普通节点A
a) 低功耗节点X在入网时，和亲友节点L建立了“友谊连接”。他在发送消息中将TTL标识设置为“3”，然后发给L，L则会对该消息进行广播，广播前将TTL设置为“2”。
b) 非中继节点B和中继节点P离L很近，它们都能收到L的消息。在收到消息后，B发现消息中的目的地址不是它，而它又不是中继节点，故它会将该消息丢弃。
c) 中继节点P收到L的消息后，先完成健康检测(确认数据包信息无异常)，再进行转发判断：发现目的地址不是它，并且TTL值等于2，于是它将TTL改成“1”后广播了该消息。
d) 中继节点Q在作转发判断时，发现该消息的TTL等于1，且该消息的目的地址并不是它，于是就将该消息丢弃。非中继节点B收到P发来的消息，它会采取和步骤2一样的处理方式将数据丢弃。
e) 非中继节点A收到P转来的消息，发现该消息的目的地址是它自己，于是消息在经过通过传输层、接入层的预处理后，被A送到其应用层(模型层)。
B. 非转发节点(不支持蓝牙Mesh)D发消息至低功耗节点Y
f) 无Mesh协议栈的蓝牙节点D在入网时，和中继节点S建立了“代理连接”，S作为D在Mesh网络中的代理节点。他将消息中的TTL标识设置为“3”，并发送给S。
g) S作为中继节点，将信息(TTL=2)广播出去，节点M和P都收到了该信息。
h) 中继节点P继续广播该消息(TTL=1)，节点A、B、L收到后确认消息的目的地址不是自己，且TTL=1，则就将消息丢弃。
i) 亲友节点M收到该消息，发现消息的目的地址是低功耗节点Y，于是将该消息放进缓存。当Y向M发送“轮询(Poll)”消息，查问是否有它的消息时，M会将缓存的消息传给Y。
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