蓝牙mesh组网是一种基于低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，BLE)的网络拓扑结构，旨在实现大规模设备之间的互联互通。这种技术允许多个蓝牙设备相互连接并组成一个自组织的网络，每个设备都可以充当中继器来延伸网络范围，并具有自动路由和自动重新组网的功能。
蓝牙mesh网络支持多设备之间的广播和点对点通信，使得设备能够通过中继消息来扩展通信范围，从而覆盖更大的物理区域。这种网络技术特别适用于需要处理大量多播流量的场景，如智能家居、智慧城市和楼宇自动化等。
蓝牙mesh组网技术的一个显著特点是其去中心化的网络架构，与传统无线网络技术相比，它不需要一个中心节点或控制器来管理和协调整个网络的通信。此外，蓝牙mesh网络还能够通过蓝牙广播信道进行通信，数据包分为Access message和Control message两种类型，其中Access message又可分为unseq acc和seq acc两种形式。
蓝牙mesh组网技术通过利用低功耗蓝牙协议，实现了设备间的多对多通信，极大地扩展了物联网设备的连接能力和覆盖范围。
一、 蓝牙mesh组网技术的安全性如何保证?
蓝牙Mesh组网技术的安全性主要通过以下几种方式来保证：
- 配网协议的安全性：蓝牙Mesh网络的安全性基础在于其配网协议的安全性。为了确保配网过程的安全，蓝牙Mesh规范要求使用安全的配网方法，如使用OOB(Out-of-Band)机制传输公钥并进行认证。此外，蓝牙Mesh规范还建议使用输入OOB或输出OOB方法进行认证，以确保配网过程的安全性。
- 加密机制：蓝牙Mesh网络使用AES-128密码进行对称加密，以保护在网络中传输的每个消息。这种加密机制确保了数据在传输过程中的机密性和完整性。
- 安全密钥管理：蓝牙Mesh网络的安全性还依赖于三类安全密钥：application key、device key和network key。这些密钥为Mesh网络的不同方面提供了安全性，并实现了蓝牙Mesh网络安全性中的关键性能，即“安全分级考量”。
- 形式化安全性分析：为了进一步提高蓝牙Mesh配网协议的安全性，有研究者借助符号模型下的协议分析工具Tamarin Prover对蓝牙Mesh配网协议进行形式化建模。这种建模方法可以更细粒度地描述消息长度为任意块的AES-CMAC函数的性质，从而能对配网过程中的认证阶段进行更细粒度的建模。通过形式化的方法验证了针对原语误用攻击的修复方案的有效性。
二、 蓝牙mesh网络与其他低功耗无线网络技术(如Zigbee和Z-Wave)的性能比较如何?
蓝牙Mesh网络与其他低功耗无线网络技术(如Zigbee和Z-Wave)在性能上存在一些差异。我们可以从以下几个方面进行比较：
蓝牙Mesh具有更快的数据速率，这使得它在传输速度方面优于Zigbee。
基于BLE 5.0的蓝牙Mesh网络理论上拥有更远的传输距离，可以达到300米。
在延时方面，蓝牙Mesh的表现不如Thread和Zigbee。例如，在100ms延时范围内，Thread表现最佳，而蓝牙Mesh性能最差。然而，当有效负载包含在单个数据包中时，蓝牙Mesh的延迟表现出色，即使有效负载小于16字节，延迟也可以保持在200毫秒以下。
蓝牙Mesh设备通常能耗较低，适合电池供电的设备，并且网状网络节点的传输范围较短，从而减少了功耗。此外，蓝牙Mesh在数据丢失率、延迟和成本方面优于Zigbee。
蓝牙Mesh支持大规模网络可扩展性，适用于小规模网络照明应用。然而，由于其相对较新的特性，目前支持有限且不兼容大多数手持设备、网关和OEM设备。
蓝牙Mesh确保了不同制造商设备之间的互操作性，使智能照明场景中的设备能够相互控制。
三、 蓝牙mesh组网在智能家居领域的具体应用
蓝牙mesh组网在智能家居领域的具体应用案例包括以下几个方面：
- 智能照明系统：通过蓝牙mesh技术，可以实现对室内灯光的智能控制。例如，用户可以通过手机APP调节灯光亮度、开关灯以及设置定时开关等功能。这种智能照明系统不仅提高了用户的便利性，还能够实现节能效果。
- 电器控制系统：蓝牙mesh技术可以将各种电器设备如智能插座、智能窗帘等连接起来，形成一个统一的控制系统。用户可以通过一个中心设备(如智能音箱或手机APP)来控制所有连接的电器设备，实现一键操作和场景联动。
- 智能家居控制中心/报警系统：利用蓝牙mesh技术，可以构建一个大规模的设备网络，涵盖智能照明系统、电器控制系统以及报警系统。这种系统能够提供更安全、更可靠的家居环境。
- 语音控制智能家居：结合人工智能技术，用户可以通过智能音箱基于蓝牙mesh连接智能家居设备，构建起以智能音箱为中心的智能家居蓝牙网络拓扑结构。用户不仅可以本地控制设备，还可以通过智能音箱的桥接实现跨音箱远程控制设备。
- 低功耗节点应用：蓝牙mesh技术支持末端低功耗节点，适配门磁、人感、窗帘等电池供电设备，形成传感联动控制。这使得智能家居系统更加灵活和高效。
四、 如何构建和管理一个蓝牙mesh网络?
构建和管理一个蓝牙mesh网络需要遵循一系列步骤和考虑多个方面。以下是详细的步骤和注意事项：
根据你的应用需求选择合适的微控制器或开发板。例如，STM32WBx5微控制器适用于智能照明、家居自动化和工业自动化等应用。ESP32-C3也是一个不错的选择，特别是对于楼宇自动化和传感器网络解决方案。
蓝牙mesh网络由网络层、传输层、接入层和模型层组成，每一层都有其特定的功能和职责。理解这些层次结构有助于更好地设计和实现网络。
配网是蓝牙mesh网络中的关键步骤。可以选择使用配网器配网或自配网。配网器配网通常由一个中心节点(如开发板)进行管理，可以进行配网、设置订阅地址、删除节点等操作。
在配置过程中，确保设备之间的安全连接非常重要。这包括使用输出oob、输入oob和静态oob或无oob方法进行身份验证，并使用aes-ccm加密来保护数据传输。
初始化网络时，需要定义设备模型，如Configuration Server Model和Health Server Model。前者用于存储节点的Mesh网络配置，后者用于网络诊断。此外，还需要注册Provision事件处理回调函数以及RSSI上报功能。
使用经过优化的蓝牙mesh协议栈和SDK，可以简化开发过程。例如，YoC平台提供了通用的mesh组件，涵盖了SIG Mesh Model和私有Model以及丰富的芯片外设驱动。
参考相关的开发指南和实例文档，如平头哥提供的快速上手手册和二次开发指南，可以帮助你更好地理解和实现蓝牙mesh网络。
在实际部署之前，进行充分的测试和调试是必要的。
五、 蓝牙mesh组网技术的未来发展趋势是什么?
蓝牙mesh组网技术的未来发展趋势可以从多个方面进行分析和预测。
从技术层面来看，蓝牙mesh组网技术将继续提升其通信速率、容量和覆盖范围。随着5G、6G通信技术的发展以及物联网设备数量的爆发式增长，蓝牙mesh网络将实现更高的通信速率和更大的容量，以适应更广泛的应用场景。此外，蓝牙mesh网络还将进一步优化带宽效率，并强化网络安全防护能力。
蓝牙mesh组网技术将在多个领域得到广泛应用。例如，在智能家居领域，蓝牙mesh网络正在构建智能家居的神经网络，使每个角落都能智能互联。在工业自动化、医疗设备和智慧城市等领域，蓝牙mesh网络也将发挥重要作用。这些应用将推动蓝牙mesh网络在物联网中的普及和标准化水平的提高。
蓝牙mesh组网技术将结合人工智能和大数据等先进技术，实现更智能的自组织和优化能力。未来的研发方向将集中于提高网络的稳定性和可靠性、降低延迟，并且强化网络安全防护能力。这将使蓝牙mesh网络成为未来智能城市、工业4.0等应用场景的关键通信基础设施之一。
