BLE Mesh(2)—— 基本术语及含义
目錄
1、節(jié)點（node）
2、開通配置（provisioning）
3、元素（element）
4、消息（message）
5、地址（Address）
6、消息的發(fā)布/訂閱（Publish / Subscribe）
7、狀態(tài)與屬性（State / Property）
7.1、狀態(tài)
7.1.1 狀態(tài)的綁定
7.2、屬性
8、特性
8.1、中繼（Relay）
8.2、低功耗 & 友節(jié)點（Low Power & Friend）
8.3、代理節(jié)點（Proxy）
9、安全
在深入了解 mesh 機制原理之前，很有必要先了解和認識他的大致結(jié)構(gòu)以及常用的術(shù)語和他們之間的關(guān)系，這樣能夠首先從整體上有一個大致的認識（組成的部分），站在這個基礎(chǔ)之上，在后面再進行細致的分析；
1、節(jié)點（node）
mesh 是基于 BLE 的星形網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，Spec 中，將處于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的每一個 BLE 設(shè)備稱之為節(jié)點（node），數(shù)據(jù)在節(jié)點之間進行傳遞。
2、開通配置（provisioning）
設(shè)備在正式成為 mesh 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之前，只能被稱之為一個“未開通配置設(shè)備”（unprovisioned devices），也就是說，這種未開通配置的設(shè)備并沒有辦法與一個已知的 mesh 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行數(shù)據(jù)交互。想要成為某個 mesh 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，需要有一個流程叫“開通配置”，即，將某個“未開通配置設(shè)備”轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的過程成為“開通配置”（provisioning），比如，你購買了一個帶有 mesh 功能的燈，你希望他能夠加入到你家里現(xiàn)有的 mesh 網(wǎng)絡(luò)中，并能夠通過 mesh 網(wǎng)絡(luò)來控制他，那么首先需要為其開通配置，并入這個 mesh 網(wǎng)絡(luò)。
開通配置的過程稍微繁瑣，在以后的章節(jié)會詳細介紹
3、元素（element）
節(jié)點并非 mesh 網(wǎng)絡(luò)中的最小單元，在一個 node 中，可以包含多個元素（element），每個元素都有唯一確定的地址，叫做單播地址（unicast address），每個單元都可以獨立尋址，以便進行單獨的控制。
打個比方：一個 BLE mesh 燈節(jié)點 X，這個節(jié)點包含了 3 盞燈 A/B/C，這個 X-A、X-B、X-C 我們稱之為這個 X 節(jié)點的元素（element），每個元素會分配獨立的地址；
元素的定義有什么好處呢？比如上面那個燈的場景，一組燈，三個燈泡，沒有必要用三個 BLE 產(chǎn)品吧？一個 BLE 產(chǎn)品搞定一組情況！
4、消息（message）
節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，我們稱之為 message，在規(guī)范中定義了多種消息的類型，每種消息都有自己唯一的操作碼來進行區(qū)分，這里不做具體描述，后面描述細節(jié)的時候，在詳細分析。
消息交互中，分為兩類：
1、需要應(yīng)答的（ACK）
2、不需要應(yīng)答的（No ACK）
1、需要應(yīng)答的消息類型，需要對方在收到消息后，回復(fù)一條響應(yīng)信息。主要作用是：
1-1、通知對端，消息已經(jīng)被成功收到
1-2、給對端回復(fù)一些數(shù)據(jù)
需要應(yīng)答的消息如果沒有收到期望的回答，則其可能被發(fā)送多次；
2、不需要應(yīng)答的消息，則不期望收到對端的回復(fù)
5、地址（Address）
既然 mesh 中存在多個 BLE 節(jié)點，節(jié)點中又包含了不同的元素，那么消息在傳輸?shù)臅r候，就需要指定接收消息的具體的那個最小單位，即元素。
在 mesh 網(wǎng)絡(luò)，為每一個存在于其中的元素分配了唯一確定的地址，讓其能夠被尋址，稱之為單播地址；
mesh 也支持群組地址，這是一種多播地址，它可以代表一個或多個元素。 群組地址要么是動態(tài)分配的，要么是藍牙技術(shù)聯(lián)盟預(yù)先定義的（SIG固定群組地址）。藍牙技術(shù)聯(lián)盟已經(jīng)定 義了4個固定群組地址，即 All-proxies， All-friends， All-relays 及 All-nodes。在后續(xù)章節(jié)中我們會詳細解釋什么是 Proxy（代理）, Friend（朋友）及 Relay（中繼） 。
mesh 支持虛擬地址可以賦給一個或多個元素，橫跨一個或多個 節(jié)點。虛擬地址與128位UUID的形式類似，任何元素都可以與其相關(guān)聯(lián)，它更像一個標簽。虛擬地址可以在出廠前就進行預(yù)先配置，然后用于某 些特定場景，例如使某個廠商制作的投影儀的尋址更加方便。
打個比方，一個 BLE mesh 網(wǎng)絡(luò)中，有一組燈（2個燈泡單獨控制），一個門，一個蜂鳴器，所以一共有 4 個元素，他們分別會有單播地址，門和蜂鳴器可以被分成為一組，當門開了，蜂鳴器就響；
6、消息的發(fā)布/訂閱（Publish / Subscribe）
在藍牙 mesh中，消息的發(fā)送成為發(fā)布（Publish），將 mesh 節(jié)點中配置成為可以接收特定消息的過程，稱之為訂閱（Subscribe）；
如圖所示，可以看到，Switch 1 可以發(fā)布消息到 Kitchen 組，而 L1/L2 都訂閱了 Kitchen 組，所以可以接收來自 Kitchen 的消息，換句話說，Switch 1 可以控制 L1/L2 的開關(guān)；
7、狀態(tài)與屬性（State / Property）
7.1、狀態(tài)
狀態(tài)代表了一個元素當前處于的情況，打個比方，一個燈，可能處于開，也可能處于關(guān)，這兩者就稱之為 State；
狀態(tài)是可以發(fā)生變化的，狀態(tài)的變化可能是瞬間，也可能是一個過程時間，如果是一個過程時間，那么稱之為轉(zhuǎn)換時間；
7.1.1 狀態(tài)的綁定
如果一個狀態(tài)的變化引起了另一個狀態(tài)的變化，那么稱之為狀態(tài)綁定，比如調(diào)整燈光的強度，調(diào)整到最低時刻，就關(guān)掉燈；
7.2、屬性
屬性的代表了具體含義的數(shù)據(jù)，比如一個溫度傳感器元素來的數(shù)據(jù)，那么到底是室外溫度還是室內(nèi)溫度，這就是他的屬性
8、特性
mesh 網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點都可以收發(fā)數(shù)據(jù)，但并不是每個節(jié)點的特性都一樣，mesh 根據(jù)場景，為節(jié)點增加了特性的描述，一共有 4 種特性：
1、中繼（Relay）
2、代理（Proxy）
3、友（Friend）
4、低功耗（Low Power）
當然，并不是所有的節(jié)點都支持上述的特性，也可以不支持上述 4 種，僅僅作為一個普通節(jié)點即可。當然，也可以同時支持上述特性的幾個組合，同時擁有多種功能；
8.1、中繼（Relay）
顧名思義，擁有中繼特性的節(jié)點，能夠?qū)⑹盏降南⒃俅伟l(fā)送出去，消息可以多次跳躍到其他的節(jié)點，以覆蓋整個 mesh 網(wǎng)絡(luò)。但是消息并不是無限制的跳躍，消息跳躍的次數(shù)，是受到一個稱之為 TTL(Time To Live) 的字段進行控制，他指定了消息在 mesh 網(wǎng)絡(luò)中的跳躍次數(shù)，每次被中繼一次，TTL 減一，當 TTL 為 0 的時候，停止中繼；
中繼特性能夠使得 mesh 網(wǎng)絡(luò)擴張得很大，覆蓋的范圍更廣；
8.2、低功耗 & 友節(jié)點（Low Power & Friend）
為何要將他們一起說呢，因為他們之間是一起出現(xiàn)的。
在 mesh 網(wǎng)絡(luò)中，有的節(jié)點對功耗敏感（可能安裝的是電池），有的節(jié)點可能對功耗不敏感（插電），那么就有一種方案是：低功耗的節(jié)點盡量的去睡眠，以節(jié)約功耗，隔一段時間醒來收取消息；那么它睡眠期間的消息需要被另一個一直處于活躍的節(jié)點緩存，等待低功耗節(jié)點來翻牌子，并把他要的數(shù)據(jù)吐給他；
mesh 網(wǎng)絡(luò)中，將上述情況定義為，長期處于休眠并偶爾喚醒接收數(shù)據(jù)并交互的節(jié)點為“低功耗”節(jié)點（Low Power Node）；存儲低功耗節(jié)點消息，并在低功耗節(jié)點醒來時刻將消息發(fā)送給低功耗節(jié)點的那個節(jié)點為 “友” 節(jié)點（Friend Node）；他們之間的關(guān)系成為“友誼”（Friendship）
所以，友節(jié)點，是為了低功耗節(jié)點的存在而存在的；
8.3、代理節(jié)點（Proxy）
那么還有一種情況，有一個現(xiàn)有的 mesh 網(wǎng)絡(luò)，還有一個不支持 mesh 的手機，這個手機也想加入 mesh 的這個網(wǎng)絡(luò)搞事情，那咋辦？明顯是不行的，因為這個手機不支持 mesh，所以他不明白這個網(wǎng)絡(luò)里面到底在搞啥事情。
針對這種情況，藍牙組織定義了一個叫做 Proxy 特性的節(jié)點，這個 Proxy 節(jié)點的特性是，支持傳統(tǒng)的 BLE 藍牙協(xié)議棧（GATT 規(guī)范）的同時，也支持 mesh 協(xié)議棧，那么就可以讓這個不支持 mesh 特性的手機，通過 GATT 與 Proxy 交互，而這個 Proxy 節(jié)點又將手機的意圖翻譯為 mesh 網(wǎng)絡(luò)懂得起的含義，在網(wǎng)絡(luò)中存活，那不就相當于這個手機加入了這個 mesh 網(wǎng)絡(luò)嗎？所以這個 Proxy 節(jié)點就做了這個事兒：允許沒有集成藍牙 mesh 協(xié)議棧的 BLE 設(shè)備與 mesh 網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點進行通信。
9、安全
在傳統(tǒng)的 BLE 機制中，運行啟用加密，也允許不加密，進行數(shù)據(jù)的傳輸。在 mesh 網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)加密具有強制性，即不管是網(wǎng)絡(luò)還是單個應(yīng)用的數(shù)據(jù)，都需要加密；
所有的mesh消息都要經(jīng)過加密和認證
網(wǎng)絡(luò)安全性，應(yīng)用安全性，設(shè)備安全性相互獨立
在mesh網(wǎng)絡(luò)中，我們可以通過密鑰刷新程序來更新 節(jié)點的安全密鑰
消息模糊化可以讓外界難以追蹤網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所發(fā)送的消 息，進而提供了一種隱私保護機制，難以讓外界跟 蹤節(jié)點的活動
設(shè)備添加到mesh網(wǎng)絡(luò)從而成為節(jié)點的過程本身就是 是一個安全的過程。也就是前面提到的，開通配置 過程
節(jié)點可以從網(wǎng)絡(luò)中安全地移除，這樣可以防止垃圾 桶攻擊(trash can attack)
藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)安全性的核心是三種安全密鑰。分別使用這些密鑰對網(wǎng)絡(luò)中的不同部分進行加密
我們舉一個例子。有一個已經(jīng)加入藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)的燈。它可以當作一個中繼節(jié)點來中繼消息。它可以中繼門窗安全系統(tǒng)的消息，但是它不能理解消息的具體含義，僅僅對消息進行中繼。照明系統(tǒng)和門窗安全系統(tǒng)相當于兩個不同的子系統(tǒng)，它們使用不同的密鑰進行加密， 這樣整個網(wǎng)絡(luò)的安全性就得到了提升；
藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)里的每個節(jié)點都有一個相同的網(wǎng)絡(luò)密鑰 (NetKey)。正是這個密鑰才使得節(jié)點成為這個網(wǎng)絡(luò)的一員。 網(wǎng)絡(luò)加密key與隱私key都是由這個網(wǎng)絡(luò)密鑰生成的。節(jié)點可以利用NetKey來加密和認證網(wǎng)絡(luò)層，這樣諸如中繼之類的網(wǎng)絡(luò)功能就可以執(zhí)行了。但是NetKey不能加密應(yīng)用數(shù)據(jù)。
藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)可以分成幾個子網(wǎng)絡(luò)，每個子網(wǎng)絡(luò)都有 其單獨的NetKey，這個NetKey只有當前子網(wǎng)絡(luò)成員節(jié)點才 有，其它節(jié)點沒有。
只有擁有應(yīng)用密鑰（AppKey）的節(jié)點 才能解密相應(yīng) 的應(yīng)用數(shù)據(jù)。在一個mesh網(wǎng)絡(luò)中，可以有許多不同的 AppKey，每個AppKey 對應(yīng)一種特定的應(yīng)用（照明應(yīng)用， ?熱力應(yīng)用，門窗安全系統(tǒng)應(yīng)用等）。例如，燈和開關(guān)擁有 燈應(yīng)用的 AppKey，但是沒有熱力系統(tǒng)的AppKey，只有網(wǎng) 絡(luò)中的溫度調(diào)節(jié)裝置才擁有熱力系統(tǒng)的 AppKey。
最后一種密鑰是設(shè)備密鑰(DevKey)。這是一種特殊的應(yīng)用密鑰。每個節(jié)點都有一個獨一無二的設(shè)備密鑰，這個 密鑰只有啟動配置設(shè)備（如手機）知道。設(shè)備密鑰可以用 在開通配置過程，以確保啟動配置設(shè)備與節(jié)點之間的安全通訊
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的BLE Mesh(2)—— 基本术语及含义的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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