試想一下，在寒冷的冬天當(dāng)你驅(qū)車到達公司樓下時，安全系統(tǒng)能夠為你放行，并自動分配停車位；當(dāng)你走進辦公室，LED射燈和臺燈已經(jīng)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(dāng)你走近電腦時，它已經(jīng)自動登錄，一天的工作順利開始。樓宇會根據(jù)你的需求作出回應(yīng)、同時考慮到你的偏好，可見系統(tǒng)的利用相當(dāng)有效。那么，如何使得這一設(shè)想成為現(xiàn)實？

 

答案是利用藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)。有了藍牙m(xù)esh，用戶可以從mesh照明系統(tǒng)開始添加占位傳感器、環(huán)境傳感器、無線溫控系統(tǒng)和基于mesh的停車場管理系統(tǒng)。藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)能夠更簡單、以更低的成本來進行樓宇服務(wù)的控制、與其進行無線交互、并實現(xiàn)自動化的操作。

 

關(guān)于藍牙m(xù)esh

你一定想知道：智能樓宇系統(tǒng)如何通過藍牙m(xù)esh進行組網(wǎng)？我們需要先了解一下什么是藍牙m(xù)esh？

藍牙m(xù)esh是2017年推出的一個新的標(biāo)準(zhǔn)， 多對多的多跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(shù)據(jù)， 大大擴展了傳輸范圍。

 

藍牙m(xù)esh的7個要素：

 

²  設(shè)備和節(jié)點：當(dāng)用戶想跟蹤一個設(shè)備，可以將其設(shè)為節(jié)點；

²  元素：一些節(jié)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(fā)布：使用這一機制，用戶就可以在整個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中任意添加或者刪除設(shè)備，而不需要對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的每一個設(shè)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(wǎng)絡(luò)中以節(jié)能、可控的方式進行數(shù)據(jù)的傳遞；

²  低功耗：在藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)中還有一類節(jié)點是專門為低功耗節(jié)點服務(wù)的，其具有Friend特性，也可以稱為Friend節(jié)點。Friend節(jié)點與低功耗節(jié)點可以建立Friendship關(guān)系；

²  代理：藍牙m(xù)esh使用了廣播機制，但是出于某種考慮，不是所有廣播數(shù)據(jù)包都開放給開發(fā)者，開發(fā)者無法進行修改，因此手機接入mesh網(wǎng)絡(luò)時需要使用代理機制；

²  多級安全性：藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用能夠為用戶提供一個具有高安全性的方案。

 

 

藍牙m(xù)esh架構(gòu)

 

如上圖2所示，mesh消息需要基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)來進行傳輸和接收。承載層定義了網(wǎng)絡(luò)PDU如何由給定的通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)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(fā)送到對等設(shè)備的底層傳輸層。上層傳輸層負(fù)責(zé)對傳入和傳出接入層的應(yīng)用數(shù)據(jù)進行加密、解密和認(rèn)證。訪問層負(fù)責(zé)定義應(yīng)用如何利用上層傳輸層，包括:定義應(yīng)用數(shù)據(jù)的格式，定義并控制在上層傳輸層執(zhí)行的加密和解密過程。在將數(shù)據(jù)上傳到堆棧之前，對來自上層傳輸層的數(shù)據(jù)進行驗證，判斷其是否適用于該網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。 基礎(chǔ)模型層負(fù)責(zé)mesh網(wǎng)絡(luò)的配置和管理相關(guān)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(guī)格中定義的行為、消息、狀態(tài)、狀態(tài)綁定等的實現(xiàn)。

 

在安全方面，藍牙m(xù)esh采用了一種安全性架構(gòu)，包括：在配置期間進行身份驗證；多層保護，在網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層均實施了加密和認(rèn)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(shè)立節(jié)點黑名單，這能夠解決部署大型無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的公司所面臨的安全性問題。

 

Zephyr* OS 支持藍牙m(xù)esh

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

 

那么，這些搭載Zephyr操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能否被添加到藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)中呢？答案是肯定的。Zephyr 操作系統(tǒng)從1.9 版本開始支持藍牙m(xù)esh，實現(xiàn)了所有強制特性，并針對其它多種實施方案進行了測試，現(xiàn)已移植到 MyNewt，并且已將多個重要的修復(fù)程序移植回 Zephyr 中，可使用許多流行的開發(fā)板進行支持 Zephyr 的演示。

 

在資源占用方面，Zephyr操作系統(tǒng)占用的 RAM 極?。òW(wǎng)格的整個操作系統(tǒng)）只有約 12kB，甚至適用于受限最嚴(yán)格的 16k 開發(fā)板，比如 BBC micro:bit，可見非常適合資源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行安裝。

 

Linux* 支持藍牙m(xù)esh

除了Zephyr操作系統(tǒng)，Linux操作系統(tǒng)也開始支持藍牙m(xù)esh。其在BlueZ 5.47 中發(fā)布了 meshctl 工具，包括GATT 客戶端和PB-GATT 配備設(shè)備。在用戶空間 (BlueZ) 和內(nèi)核中持續(xù)運行，在內(nèi)核中管理廣播和掃描，通過管理 API 擴展來實現(xiàn)控制，用戶空間中的其他所有資源幾乎都已網(wǎng)格化。

 

未來，網(wǎng)格供應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)模型，使用各種開發(fā)板進行更多演示。

 

關(guān)于Zephyr 

 

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