- 蓝牙渊源
1.1 蓝牙定义
蓝牙：是一种工作在 2.4G 频段的无线技术标准，可实现固定设备、移动设备
和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。
蓝牙主要分为 3 个部分：
- 高速蓝牙：使用 Wi-Fi 无线协议来提升速度；
- 低功耗蓝牙：Bluetooth Low Energy 低速率低功耗蓝牙；
- 传统蓝牙：主要用于日常信息传输如音频等；
我们一般蓝牙主要指传统蓝牙和低功耗蓝牙，传统蓝牙简称 BT，低功耗蓝牙简称 BLE，双模蓝牙则是兼备传统蓝牙和低功耗蓝牙的功能。
蓝牙经过了长时间的发展，从最开始的蓝牙，到现在最新的蓝牙 5.2，在这些不同的蓝牙版本，增加了许多特性。
1999 年～2003 年的蓝牙1.0～蓝牙1.3 短距离无线通信早期的探索
2004 年～2007 年的蓝牙2.0～蓝牙2.1 发力传输速率的 EDR 时代
2009 年蓝牙3.0 High Speed，传输速率高达 24Mbps
2010 年 4.0 版本提出了“低功耗蓝牙”、“传统蓝牙”和“高速蓝牙”三种模式。
2013 年 4.1 版本改善与 LET 之间的干扰、优化连接方式(主从一体)、传输方式
2014 年 4.2 版本支持 IPV6 & 6LowPAN ，加强隐私保密，提升了数据传输速度
2016 年 5.0 版本 BLE 速度提升两倍（2Mbps），范围扩大至 300 米
2017 年 7月 SIG 提出 BLE Mesh
2019 年 5.1 版本发布，在蓝牙 5.0 的基础上，新增寻向 (direction finding) 功能，配合蓝牙近接 (proximity)技术，即可让设备更容易被侦测发现，同时将蓝牙定位的精准度提升到厘米级，借此应用在小型蓝牙设备中实现定位。
2020 年 5.2 版其中最引人注目的是下一代蓝牙音频 LE Audio 的颁布， LE Audio 不仅支持连接状态及广播状态下的立体声，还将通过一系列的规格调整增强蓝牙音频性能，包括缩小延迟，通过 LC3 编解码增强音质等。在通过 LE 实现短距离万物互联后，加上 LE Audio，这将使得蓝牙在物联网时代获得彻底新生和腾飞。
我们本篇主要介绍蓝牙 Mesh，蓝牙 Mesh 不属于任何一个版本的蓝牙，是另外补充的协议，只要芯片硬件与协议栈可以支持，即可支持蓝牙 Mesh，
蓝牙私有 Mesh 其实在很久之前就已经有出来，但是因为私有的关系，不能实现互联互通，并没有在市场上大规模应用，目前蓝牙成本较低，更多是应用在灯具上而已，
且 Mesh 需要一定的时间来完成协议栈，因此蓝牙 Mesh 稳定应用个人认为还需要一段时间。
2.蓝牙 Mesh 介绍
2.1 蓝牙 Mesh
蓝牙Mesh 网络使用、并且依赖于低功耗蓝牙。低功耗蓝牙技术是蓝牙Mesh 使用的无线通信协议栈。
2.2 Mesh 网络
Mesh 网络一般分为两种：路由 Mesh 和泛洪 Mesh。
路由 Mesh： 每个设备选定最快指定的会话路径，即路径指定一般情况下唯一。
泛洪 Mesh： 泛洪 Mesh 网络上的每台设备都能向所连接的设备集体发送信号，会话路径不唯一，但它存在两个挑战：一是众多设备互相之间进行混乱而交错的对话；二是对功率效率的拖累。
2.3 蓝牙 Mesh Modules
- 设备和节点 （Devices and Nodes）
未加入 Mesh 网络的产品为设备，加入后变成节点，加入的过程称为“配网”。
- 元素 （Element）
定义是在设备中可以寻址访问的实体,如灯设备有三个子灯，每个子灯可以被独立的控制。那么这个灯在 Mesh网络里就叫做 Node节点，每个子灯就叫做元素 Element。
- 消息（Messages）
节点需要查询或控制另外节点时，需要发一个对应类型的消息；节点向另外节点报告状态改变时，也需要发出一个消息。每种消息都有对应的操作码，消息可以按照有应答 （acknowledged） 和没应答 （unacknowledged） 来分类。
- 地址 （Addresses）
在蓝牙 Mesh 里面定义了三种类型的地址。单播地址，组播地址和虚拟地址。唯一性的单播地址可以识别出一个元素。组播地址是一个表示一个及以上元素的广播地址，虚拟地址可以使用 128 位的标签 Label UUID 逻辑上来表示。
- 状态和属性 (States and Properties)
（1）在蓝牙 Mesh 中，元素的不同情况叫做状态，状态是一个特定类型的值，存在每个元素内部。除了本身的值以外，状态还有一些相关的行为（开/关灯）。
（2）属性只是表明了一个量，但这个量你可以用在很多的场合，比如一个温度值， 她并没有体现这里温度值和什么相关。
- 发布和订阅 （Publish/Subscribe）
在蓝牙 Mesh里面发消息的动作我们叫做发布（Publish）。节点发布消息到单播 地址，组播地址或者虚拟地址。节点有兴趣接收这些数据的可以订阅这些地址。
因为存在墙壁和其他物理上的障碍物，楼宇中的设备可能无法与安装在同一楼宇远侧的设备、或临近楼宇中的设备建立直接的无线连接。而蓝牙 Mesh网络则能够将网络中的某些设备指定为“ 中继设备”，进而解决这一难题。
中继设备能够转发从其他设备接收到的消息。在转发消息时，它们能够与位于初始消息发布设备无线范围以外的设备进行通信。消息可多次被中继，每一次中继即为一“跳”，最多可进行 127 跳，足以在一片广阔的物理区域中进行消息传输。
蓝牙 Mesh 网络也采取了一系列措施，支持采用网络泛洪的方式，同时优化每台设备、甚至整体网络的能耗。
数据包包含一个 TTL 的字段，用于限制消息中继的跳数。这能够让设备将 TTL 设置为最佳值，从而避免不必要的中继操作。每台设备都包含消息缓存，以确定自身是否已经中继过该消息。如果是，则会立即丢弃该消息，从而避免上层堆栈进行不必要的处理。
2.4 节点间的 “Friendship”
另外一点，功率非常受限的设备（例如传感器）可以被指定为“低功耗节点”。低功耗节点能够与一个或多个被指定为 “friends”的设备协同工作。Friends 并非功率受限设备，它可以作为低功耗节点，存储寻址到这一低功耗节点的消息，并且只有在低功耗节点需要时才传送消息。
“Friendship” 具体如何运转?
对设备来说，通过与 “friends” 的合作, 低功耗节点能够以合理的频率使用无线电来接收消息，但重要的是，相较于始终“聆听”所有消息，它能够以更低的频率工作，同时确保发送来的罕见事件也不会被遗漏
2.5 Mesh 网络
安全性是蓝牙 Mesh网络设计的核心，并且强制使用。
每个数据包都经过加密和认证。通过合理使用序列号能够防止中继攻击。在重要流程中使用不对称加密技术可防止中间人（Man-in-the-middle）攻击。同时针对利用废弃设备的垃圾桶攻击提供保护。必要时还会刷新安全密钥。
“安全分级考量”（Separation of Concerns）是蓝牙mesh网络安全性中体现的重要原则。我们还将密切关注一个称为开通配置 “Provisioning”的安全流程，设备可通过这一流程变身为蓝牙mesh网络的一员。此外，我们还将探讨如何从网络中安全地删除设备，以及如何在有需要时刷新安全密钥。
蓝牙 Mesh 网络引入了全新的协议栈
承载层：承载层定义了如何使用底层低功耗堆栈传输 PDU
网络层：网络层定义了各种消息地址类型和网络消息格式。
底层传输层：在需要之时，底层传输层能够处理 PDU 的分段和重组。
上层传输层：负责对接入层进出的应用数据进行加密、解密和认证。
接入层：负责应用数据的格式、定义并控制上层传输层中执行的加密和解密过程，证接收到的数据是否适用于正确的网络和应用。
基础模型：基础模型层负责实现与 Mesh 网络配置和管理相关的模型。
模型：模型层与模型等的实施、以及诸如行为、消息、状态等的实施有关。
参考文档：
1.《解密蓝牙 Mesh系列》 小码哥 蓝牙技术联盟 公众号
2.《蓝牙Mesh 技术 一起学 入门篇》 dawei 知乎
