解決現(xiàn)實(shí)世界難題：藍(lán)牙m(xù)esh 1.1全新功能

藍(lán)牙mesh的市場(chǎng)地位日益擴(kuò)大，成為專(zhuān)業(yè)照明和建筑領(lǐng)域內(nèi)各種控制網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù)，在商業(yè)空間領(lǐng)域越來(lái)越受到注目，有可能是因?yàn)樗{(lán)牙m(xù)esh的去中心化運(yùn)作模式，簡(jiǎn)化了基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和安裝工作。此外，這種技術(shù)還有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括不一定要使用網(wǎng)關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)化的安全性、可擴(kuò)展性、可靠性，以及藍(lán)牙在移動(dòng)電話中的普遍性。

藍(lán)牙m(xù)esh 1.1引入了多項(xiàng)功能，旨在實(shí)現(xiàn)新的用例集以擴(kuò)展基于藍(lán)牙m(xù)esh的系統(tǒng)。它還為固件更新和配置帶來(lái)了新的、可靠的和標(biāo)準(zhǔn)化的特性，這對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)常常是一個(gè)挑戰(zhàn)。這些旨在最大限度地減少熟練技術(shù)人員的工作量，從而節(jié)省大量成本。這些重大改進(jìn)使得基于藍(lán)牙m(xù)esh的系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)獲得了更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

藍(lán)牙1.1版本的兩項(xiàng)主要功能是mesh設(shè)備固件更新（Mesh Device Firmware Update，DFU）模型和遠(yuǎn)程配置。Mesh DFU模型定義了更新過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)特性，并且提供更多方法來(lái)提高可用性。藍(lán)牙m(xù)esh 1.1還增加了二進(jìn)制大對(duì)象（Binary Large Object，BLOB）傳輸模型，Mesh DFU使用它進(jìn)行鏡像分發(fā)。另一項(xiàng)期待已久的功能是遠(yuǎn)程配置，這意味著現(xiàn)在可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成配置，不再需要直接的射頻連接。

本文將介紹這兩項(xiàng)關(guān)鍵功能，以及它們解決的各種用例。我們還將介紹新版本規(guī)范加入的安全增強(qiáng)和全新路由功能。最后，我們將討論如何整合標(biāo)準(zhǔn)化藍(lán)牙m(xù)esh配置文件從而實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，特別是藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)照明控制系統(tǒng)（Networked Lighting Control，NLC）的引入。

Mesh DFU

大型網(wǎng)絡(luò)的固件更新往往具有挑戰(zhàn)。特別是要求維護(hù)工作負(fù)荷優(yōu)化和可靠性要達(dá)到一流水平時(shí)。新推出的藍(lán)牙m(xù)esh設(shè)備固件升級(jí)模型（藍(lán)牙m(xù)esh DFU）為遠(yuǎn)程鏡像分發(fā)和滿足這些要求的更新過(guò)程管理提供了標(biāo)準(zhǔn)步驟。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)讓開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)崿F(xiàn)完全遠(yuǎn)程的固件升級(jí)，或者由技術(shù)人員采用簡(jiǎn)便可靠的步驟進(jìn)行本地升級(jí)。

讓我們從節(jié)點(diǎn)的角色開(kāi)始介紹藍(lán)牙m(xù)esh DFU的基本概念。

目標(biāo)- 正在更新的節(jié)點(diǎn)。

啟動(dòng)器- 檢查網(wǎng)絡(luò)上可用的固件更新并控制更新步驟，這個(gè)角色可以由智能手機(jī)或網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

分發(fā)器– 接收來(lái)自啟動(dòng)器的新固件鏡像，將其傳遞給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并監(jiān)控傳輸進(jìn)展。

獨(dú)立更新器- 一個(gè)同時(shí)具備啟動(dòng)器和分發(fā)器角色的節(jié)點(diǎn)。

藍(lán)牙m(xù)esh 設(shè)備固件更新時(shí)，啟動(dòng)器在檢查網(wǎng)絡(luò)上的可用鏡像之后，第一步是識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中需要更新的設(shè)備，然后開(kāi)始分發(fā)鏡像。

新引入的mesh二進(jìn)制大對(duì)象（BLOB）傳輸模型專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于有效地通過(guò)mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)送BLOB，并在Mesh DFU中用于將鏡像從分配器傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)。。該傳輸模型具有組播或單播傳輸選項(xiàng)，以有效地將鏡像分發(fā)到多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。首先，分發(fā)器將固件鏡像分割成適當(dāng)大小的塊，每個(gè)塊都包含多個(gè)鏡像數(shù)據(jù)塊。而后，分發(fā)器開(kāi)始將這些數(shù)據(jù)塊一個(gè)接一個(gè)地傳輸?shù)絾?dòng)器列出的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

在傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)，分發(fā)器從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收集關(guān)于可能丟失的數(shù)據(jù)塊的信息，并重新發(fā)送這些數(shù)據(jù)塊。BLOB傳輸模型還定義了步驟來(lái)確定每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所完成鏡像傳輸?shù)陌俜直?，以便將這些信息提供給用戶，驗(yàn)證方法則由供應(yīng)商專(zhuān)門(mén)規(guī)定。分發(fā)器使用這個(gè)程序來(lái)確定每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否成功地驗(yàn)證了固件鏡像。在驗(yàn)證之后，根據(jù)所選擇的策略，分發(fā)器可以立即觸發(fā)安裝固件鏡像，或者等待來(lái)自啟動(dòng)器的命令。

對(duì)直至接入層的信息進(jìn)行加密和驗(yàn)證，可以保證整個(gè)更新過(guò)程的安全性。此外，可以使用供應(yīng)商專(zhuān)用方法來(lái)加密固件鏡像。

藍(lán)牙m(xù)esh DFU考慮了幾種可能的設(shè)置。例如，使用單獨(dú)的啟動(dòng)器和分發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，使技術(shù)人員只需在每個(gè)樓層啟動(dòng)更新過(guò)程，就可以在軟件自行更新時(shí)，到下一個(gè)樓層操作。還可以在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的更新器（一個(gè)同時(shí)具有啟動(dòng)器和分發(fā)器角色的節(jié)點(diǎn)），通過(guò)從云端下載鏡像來(lái)為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程更新。

除了這些核心功能之外，藍(lán)牙m(xù)esh DFU還可用于其他用例，確保這些程序得到正確處理，并盡量減少技術(shù)人員的額外工作。這項(xiàng)規(guī)范考慮了啟動(dòng)器間歇性處于網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的情況。它提供了在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上處理更新程序中斷的方法，并使系統(tǒng)在執(zhí)行更新時(shí)保持正常運(yùn)行。該規(guī)范還包括用于更新低功耗節(jié)點(diǎn)的機(jī)制。藍(lán)牙m(xù)esh還提供了單獨(dú)更新固件子系統(tǒng)（例如應(yīng)用程序、堆棧）和管理依賴(lài)關(guān)系的方法。

遠(yuǎn)程配置

雖然技術(shù)人員在維護(hù)過(guò)程中進(jìn)行更新的成本很高，但安裝時(shí)的配置過(guò)程也會(huì)影響成本。在引入藍(lán)牙m(xù)esh 1.1之前，配置方必須在要預(yù)配到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備（預(yù)配對(duì)象）的范圍內(nèi)。藍(lán)牙m(xù)esh 1.1規(guī)范通過(guò)引入遠(yuǎn)程配置解決了這個(gè)問(wèn)題。

遠(yuǎn)程配置增加了一種方法，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將配置PDU中繼傳輸?shù)教幱谖磁渲迷O(shè)備的射頻范圍內(nèi)的中繼節(jié)點(diǎn)。這個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)運(yùn)行遠(yuǎn)程配置服務(wù)器。配置方則運(yùn)行遠(yuǎn)程配置客戶端。中繼節(jié)點(diǎn)可以掃描設(shè)備，使用配置方提供的數(shù)據(jù)將設(shè)備臨時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò)，并中繼傳輸接下去的配置PDU以完成配置調(diào)試過(guò)程。

這項(xiàng)功能也涵蓋了添加應(yīng)用層功能的場(chǎng)景。有了藍(lán)牙m(xù)esh 1.1，可以在設(shè)備上添加新功能，無(wú)需在固件升級(jí)后重新進(jìn)行配置。

改進(jìn)的配置安全和私有信標(biāo)

從安全的角度來(lái)看，配置是非常關(guān)鍵的過(guò)程，這是因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程讓未配置的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。因此，這個(gè)過(guò)程的安全解決方案要求確保安全可靠。藍(lán)牙m(xù)esh 1.1引入了增強(qiáng)型配置驗(yàn)證（EPA）和基于證書(shū)配置（CBP）來(lái)改善這方面的問(wèn)題。

EPA可以提供更強(qiáng)大的驗(yàn)證機(jī)制，更好地抵御中間人（MITM）攻擊，并提供了從未配置設(shè)備一側(cè)進(jìn)行強(qiáng)制驗(yàn)證的功能。這項(xiàng)功能可以防止任何配置方實(shí)施免驗(yàn)證設(shè)備配置，使得惡意行為者無(wú)法使用第三方配置程序配置尚未調(diào)試的建筑物中的所有設(shè)備，也就不需要物理訪問(wèn)每個(gè)設(shè)備以進(jìn)行恢復(fù)操作。現(xiàn)在，支持藍(lán)牙m(xù)esh 1.1改進(jìn)功能的未預(yù)配設(shè)備可以選擇要求身份驗(yàn)證，并拒絕不使用身份驗(yàn)證機(jī)制的配置方的配置嘗試。

基于證書(shū)的配置增加了標(biāo)準(zhǔn)化的可選帶外（OOB）驗(yàn)證步驟，以使用帶有X.509證書(shū)的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(public key Infrastructure, PKI)來(lái)驗(yàn)證設(shè)備證書(shū)中包含的設(shè)備UUID和公鑰。

另一項(xiàng)新功能，私有信標(biāo)，提供了更好的保護(hù)功能，防止未經(jīng)授權(quán)跟蹤mesh信標(biāo)發(fā)送者。這項(xiàng)功能通過(guò)混淆信標(biāo)數(shù)據(jù)和改進(jìn)信標(biāo)結(jié)構(gòu)來(lái)增加額外的保護(hù)。比如，在一個(gè)工作場(chǎng)景中，其自動(dòng)照明系統(tǒng)的運(yùn)作是基于嵌入在工人佩戴的徽章中的藍(lán)牙m(xù)esh標(biāo)簽，那么工人可能會(huì)擔(dān)心自己的隱私，或不愿意在工作場(chǎng)所外攜帶這個(gè)徽章。如果沒(méi)有私有信標(biāo)保護(hù)功能，標(biāo)簽所傳輸?shù)男艠?biāo)包含可用于跟蹤的靜態(tài)數(shù)據(jù)，惡意觀察者有可能用來(lái)進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的跟蹤。有了私有信標(biāo)的混淆和結(jié)構(gòu)改進(jìn)功能，可以降低信標(biāo)數(shù)據(jù)被識(shí)別和跟蹤的風(fēng)險(xiǎn)。

mesh子網(wǎng)橋接和定向轉(zhuǎn)發(fā)

藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)1.1旨在釋放全新的可能性。子網(wǎng)橋接和定向轉(zhuǎn)發(fā)均是全新的功能，通過(guò)新的路由選擇并利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行訪問(wèn)控制，推動(dòng)實(shí)施更大型和更復(fù)雜的mesh網(wǎng)絡(luò)。

子網(wǎng)可以隔離網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備組，不需要共享主網(wǎng)絡(luò)密鑰便可以實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)控制、可用性區(qū)分和流量管理。借助子網(wǎng)橋接功能，用戶可以通過(guò)專(zhuān)用的橋接節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)的其他區(qū)域訪問(wèn)子網(wǎng)。讓我們根據(jù)這些描述，嘗試想象可以從這項(xiàng)新功能中受益的用例。

比如，在一個(gè)酒店環(huán)境，各個(gè)房間和公共區(qū)域都部署了子網(wǎng)。子網(wǎng)可以定義為覆蓋單獨(dú)的房間。訪問(wèn)自己房間子網(wǎng)的客人可以控制房間里的燈光、暖氣和類(lèi)似的設(shè)備。子網(wǎng)也可以覆蓋公共空間，如天井、餐廳或健身房，因此，酒店員工可以控制這些子網(wǎng)范圍內(nèi)的設(shè)備。這些子網(wǎng)也可用于向客人提供通知。使子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與建筑物的物理布局保持一致，可以實(shí)現(xiàn)流量?jī)?yōu)化和網(wǎng)絡(luò)的有效利用。通過(guò)建立子網(wǎng)，可以簡(jiǎn)化訪問(wèn)管理。若想要使用酒店的特定功能，可以通過(guò)特定子網(wǎng)訪問(wèn)授權(quán)系統(tǒng)控制。

在商業(yè)建筑中利用子網(wǎng)的先進(jìn)用例中，子網(wǎng)橋接是重要的組成部分。有了這項(xiàng)功能，用戶可以通過(guò)橋接節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)的其他部分與子網(wǎng)進(jìn)行通信，這意味著用戶不必處在子網(wǎng)的直接射頻范圍內(nèi)，就可以與子網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)。現(xiàn)在，酒店的客人可以在餐廳吃晚飯時(shí)，通過(guò)mesh網(wǎng)絡(luò)控制房間里的暖氣。

藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)定向轉(zhuǎn)發(fā)解決了藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)不斷增加規(guī)模和復(fù)雜性而產(chǎn)生的挑戰(zhàn)。更大型網(wǎng)絡(luò)需要更先進(jìn)的路由機(jī)制來(lái)處理增加的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量。藍(lán)牙m(xù)esh定向轉(zhuǎn)發(fā)在網(wǎng)絡(luò)中引入了路由并使之標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)限制對(duì)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有幫助的中繼操作來(lái)減少流量，同時(shí)仍然允許多個(gè)中繼操作來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。通過(guò)定期路由查找來(lái)維護(hù)路由運(yùn)作，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，例如網(wǎng)絡(luò)中某些中繼操作失敗的情況。

藍(lán)牙m(xù)esh配置文件和網(wǎng)絡(luò)照明控制系統(tǒng)

藍(lán)牙m(xù)esh 1.1將“Mesh Profile”更名為“Mesh Protocol”。這一變化旨在突出藍(lán)牙m(xù)esh的真實(shí)性質(zhì)，并與更普遍的藍(lán)牙命名慣例保持一致。從現(xiàn)在起，Profile將用于定義常見(jiàn)用例的標(biāo)準(zhǔn)化配置文件。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)化照明控制系統(tǒng)（NLC）配置文件是第一個(gè)引入的基于mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的配置文件。

NLC配置文件為與照明系統(tǒng)有關(guān)的常見(jiàn)用例定義了配置文件。這種標(biāo)準(zhǔn)化只需要在設(shè)備間配置一組最小特征集和性能參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了不同供應(yīng)商的設(shè)備之間的互操作性。每個(gè)藍(lán)牙NLC配置文件都有一個(gè)單獨(dú)的規(guī)范文件。藍(lán)牙NLC配置文件規(guī)范還未被采用，但草案內(nèi)容是公開(kāi)的。nRF Connect SDK2.4.0演示了如何實(shí)施這些配置文件。

目前規(guī)定的藍(lán)牙NLC配置文件完整列表：

基本亮度控制器

能源監(jiān)測(cè)器

基本場(chǎng)景選擇器

調(diào)光控制

環(huán)境光傳感器

占用傳感器

Nordic提供各種支持藍(lán)牙m(xù)esh的SoC組合。這些SoC具有不同的內(nèi)存大小和功能，開(kāi)發(fā)者能根據(jù)自己產(chǎn)品的要求作出最合適的選擇。

nRF5340 SoC是Nordic藍(lán)牙m(xù)esh旗艦產(chǎn)品。它是nRF53系列的首款SoC，也是全球首款擁有兩個(gè)arm? Cortex?-M33處理器的無(wú)線連接SoC。兩個(gè)靈活的處理器、最高105 °C的工作溫度，以及先進(jìn)的安全功能，使其成為專(zhuān)業(yè)照明、傳感器網(wǎng)絡(luò)和資產(chǎn)跟蹤等藍(lán)牙m(xù)esh應(yīng)用的理想選擇。

nRF5340是一款全功能SoC，除了具備藍(lán)牙?5.2，高速SPI、QSPI、USB等優(yōu)勢(shì)以外，還結(jié)合了更高的性能、內(nèi)存和集成度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)電流的最小化。它還提供各種安全功能，如可信執(zhí)行、信任根和安全密鑰存儲(chǔ)。另外，nRF52系列的7個(gè)SoC中，有四個(gè)支持藍(lán)牙m(xù)esh。

所有Nordic SoC可同時(shí)運(yùn)行低功耗藍(lán)牙和藍(lán)牙m(xù)esh。無(wú)線協(xié)議間分時(shí)共享射頻資源，自主分時(shí)調(diào)度，確保設(shè)備保持互連。憑借Nordic低功耗藍(lán)牙棧的互操作性，開(kāi)發(fā)者可以把低功耗藍(lán)牙設(shè)備（如智能手機(jī)）橋接到藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)。手機(jī)即可在新的節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行配置/調(diào)試并與mesh網(wǎng)絡(luò)交互。

審核編輯 黃宇