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解密蓝牙mesh系列 | 第七篇

市场上的低功耗蓝牙设备

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低功耗蓝牙

低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)是一项相当成功的无线技术。如今已经很难找到不支持低功耗蓝牙的智能手机或平板电脑了。可以说它是可穿戴技术兴起的关键因素。在医疗设备、智能家居设备、传感器等很多设备中,低功耗蓝牙的身影随处可见。

目前有数十亿支持低功耗蓝牙的设备已投入使用。那么,这些设备都能成为蓝牙mesh网络的一员吗?这也是本文将会回答的问题。知道你已经迫不及待,早想对着电脑屏幕、平板电脑或手机大喊“天呐,快告诉我吧!”, 我就不卖关子啦:

答案就是YES。

低功耗蓝牙设备只要具有正确的低功耗蓝牙功能和一些附加软件,就能加入蓝牙mesh网络中。以智能手机为例,可能只需要一个可以与蓝牙mesh网络对话的普通应用程序(App)就足够了。换句话说,这是任何开发者都能编写的应用程序。

未来充满无限可能性,现在就让我们一探究竟吧!

承载层(bearer layer)

要了解非mesh低功耗蓝牙设备如何成为蓝牙mesh网络的一员,我们需要回顾一下蓝牙mesh协议栈(见 《解密蓝牙mesh系列 第二篇》)。

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图 1 – 蓝牙mesh协议栈

蓝牙mesh网络采用低功耗蓝牙作为其射频通信协议栈。而具体如何使用,则是蓝牙mesh网络协议栈最底层的承载层需要负责的工作。

目前定义了两个承载层:广播承载层 (advertising bearer)和GATT承载层 (GATT bearer)。蓝牙mesh网络设备默认使用的是广播承载层,它负责在低功耗蓝牙广播数据包内收发蓝牙mesh数据包。

具有低功耗蓝牙协议栈、能够进行广播和扫描的设备具有基本的、必备的低功耗特性,因此能够支持广播承载层、乃至完整的蓝牙mesh网络协议栈。

既不支持也无法升级使用广播承载层的设备,则必须使用GATT承载层。使用GATT承载层时需要将蓝牙mesh协议数据单元(PDU)封装在代理协议(Proxy Protocol)中,我们将在下文中对此进行详细介绍。

节点与特性

成为蓝牙mesh网络中一员的设备被称为节点(Node)。很多种产品类型都能够成为节点:照明灯、灯具开关、温控器、窗锁、占用传感器等。然而,无论产品类型如何,节点都可能提供某些超出其产品本身功能的特定蓝牙mesh网络服务。

蓝牙mesh规格定义了节点可能拥有的特性。具有这些特性中的一个或多个,即表示节点可以在网络中扮演相应的特殊角色。定义的特性包括:

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代理节点(Proxy Node)

图 2 – 代理节点

非mesh低功耗蓝牙设备成为蓝牙mesh网络成员的过程中,代理节点是关键。代理节点的根本目的是执行承载层转换。它能够实现从广播承载层到GATT承载层的转换,反之亦然。因此,不支持广播承载层的设备可通过GATT连接来收发各类蓝牙mesh消息。

节点可通过在特性字段中设置代理特性位(proxy feature bit),来表示自身可用作代理节点。特性字段是所有节点都具有的成分数据状态的一部分。

蓝牙mesh代理服务

代理节点(Proxy Node)可实施称为mesh代理服务的GATT服务,即本文中的“代理服务器(Proxy Server)”。mesh代理服务包含两个GATT特性:mesh代理数据输入和mesh代理数据输出。代理客户端(Proxy Client) 使用“GATT Write Without Response”子程序,将代理协议(见下图)PDU写入mesh代理数据输入特性,并从GATT通知中的mesh代理数据输出特性接收代理协议PDU。这就是互联GATT设备通过代理节点在蓝牙mesh网络中进行数据交换的机制。

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图 3 – 代理服务器与代理客户端

发现代理节点

低功耗蓝牙设备使用GAP广播来帮助其他设备发现自己。蓝牙mesh代理节点使用完全相同的技术,即通过“GAP可连接型广播(connectable advertising)数据包”,对自身的可用性、可作为代理节点的角色、及其身份进行广播。

GAP广播数据包中包含各类字段,称为广播类型(AD Type)。核心规格附录中对广播类型进行了定义。代理节点会在广播数据包中包含以下字段:

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表 1 – mesh代理广播

服务数据广播类型的内容还需经过进一步检查。

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(责任编辑:ioter)

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