藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的基本原理及發(fā)展現(xiàn)狀

借助藍牙 5 的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，開發(fā)人員可以增強無線連接系統(tǒng)（如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）的通信范圍和網(wǎng)絡(luò)可用性。但是，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的低功耗無線硬件設(shè)計與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)之間存在著復雜的層次，這可能會使開發(fā)人員迅速陷入混亂并危及項目進度。

隨著支持藍牙 5 的智能手機和其他移動平臺的出現(xiàn)，時間成為一個關(guān)鍵因素，因為幾乎所有行業(yè)領(lǐng)域和應用對藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能力都有需求，而且預計需求會爆炸式增長，開發(fā)人員需要快速響應。作為回應，硅片和軟件供應商正在推出簡化和加速開發(fā)流程的解決方案。

本文將概述藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的基本原理，然后使用 Silicon Labs 支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的藍牙 5 模塊系列中的特定設(shè)備逐步介紹開發(fā)流程。利用這種集成式藍牙 5 解決方案，開發(fā)人員可以快速部署聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應用，從而充分利用藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

本文最后介紹 Silicon Labs 藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)包，其中詳細說明了使用樣例網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應用代碼演示的事件驅(qū)動模型。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)需求

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)超越了傳統(tǒng)藍牙技術(shù)的點對點連接能力。通過相鄰聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中繼消息，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)將低功耗設(shè)備的有效覆蓋范圍擴展到其發(fā)射器功率輸出和接收器靈敏度所能支持的實際范圍以外。最重要的是，智能手機和其他移動設(shè)備的普及使得大家對藍牙應用非常熟悉，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)藉由這一事實，為更復雜的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接應用提供自然的演進。

在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)支持下，使用藍牙的開發(fā)人員現(xiàn)在能夠輕松連接家庭自動化、樓宇管理和任意數(shù)量物聯(lián)網(wǎng)應用涉及的大量設(shè)備。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)工作原理

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)使用概念上很簡單的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點交互模型（圖 1）。專用節(jié)點類型可提供節(jié)點之間中繼消息所需的附加功能，從而擴展通過代理節(jié)點與支持藍牙的移動設(shè)備進行交互的網(wǎng)絡(luò)的有效范圍。

圖 1：除基本邊緣節(jié)點外，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還能使用特殊節(jié)點類型為其他節(jié)點傳遞消息（中繼），充當?shù)凸墓?jié)點的緩存（好友），或者將網(wǎng)絡(luò)（代理）連接到支持藍牙的移動設(shè)備。（圖片來源：Silicon Labs）

其他專用節(jié)點類型則可應對降低功耗的要求，使用好友節(jié)點緩存消息，以供低功耗節(jié)點在長時間休眠狀態(tài)之間定期輪詢。盡管具有這種附加功能，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍然可以利用通用屬性配置文件 (GATT) 服務(wù)來與使用早期藍牙版本的舊設(shè)備進行連接。因此，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以充分利用現(xiàn)有低功耗藍牙 (BLE) 能力（例如信標），以生成區(qū)域特定消息并發(fā)送給智能手機，或者將自身標識為資產(chǎn)管理應用。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)還能解決日益增長的對樓宇自動化或其他物聯(lián)網(wǎng)應用所需受保護網(wǎng)絡(luò)的安全性的關(guān)注。與提供可選安全性以保護單個設(shè)備的 BLE 不同，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)實施的安全性試圖保護整個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)安全的方法特別有意義。其安全方案將“關(guān)注點分離”概念引入到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，為每個設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和整體應用使用單獨的安全措施。與每個設(shè)備相關(guān)聯(lián)的私有設(shè)備密鑰 (DevKey) 為僅涉及該節(jié)點的配置和調(diào)配等操作提供安全性。每個設(shè)備都需要網(wǎng)絡(luò)密鑰 (NetKey)，才能與網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)中的其他節(jié)點進行通信。最后，應用級交互（例如發(fā)送消息以開燈）則需要應用密鑰 (AppKey)。其他安全措施可用于防范中間人或重放攻擊等常見威脅。所有措施相互配合，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的安全機制為更復雜的物聯(lián)網(wǎng)應用所需的信任提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

然而，實現(xiàn)藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接應用給開發(fā)人員帶來了很大困難。大多數(shù)使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的應用是建立在功耗受限的設(shè)備之上，依靠網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來擴展低功耗無線電子系統(tǒng)的有效覆蓋范圍。創(chuàng)建支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的合適低功耗硬件設(shè)備所涉及的挑戰(zhàn)，甚至能讓最有經(jīng)驗的硬件開發(fā)人員停滯不前。即使在完成其定制藍牙設(shè)計之后，為滿足國家認證要求，開發(fā)人員也可能面臨巨大的成本壓力和曠日持久的延遲。軟件開發(fā)人員在尋找兼容的藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)堆棧并利用其來構(gòu)建軟件層以便能支持自己的應用時，也會發(fā)生延遲。然而，借助 Silicon Laboratories 的藍牙硬件和軟件，開發(fā)人員可以在低功耗設(shè)備中快速部署藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，以滿足自己的應用需求。

藍牙模塊

Silicon Labs 的藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案基于其低功耗藍牙 BGM13P 硬件模塊，該模塊結(jié)合了無線處理器和全套藍牙堆棧，以 12.9×15.0×2.2 mm 的封裝提供經(jīng)過認證的完整藍牙系統(tǒng)。該模塊的核心是 EFR32BG13 Blue Gecko 無線片上系統(tǒng) (SoC)，可提供核心功能。EFR32BG13 SoC 集成了 32 位 Arm? Cortex?-M4 內(nèi)核、2.4 GHz 無線電子系統(tǒng)、512 KB 閃存、64 KB RAM 以及豐富的模擬和數(shù)字外設(shè)。除了片上硬件加密加速器之外，該 SoC 還通過安全管理單元支持不斷增長的更高安全性需求；該安全管理單元為外設(shè)提供的細粒度訪問控制與存儲器保護單元為存儲器提供的相同。

EFR32BG13 SoC 可作為定制藍牙硬件設(shè)計的基礎(chǔ)。使用 SoC 時，開發(fā)人員不僅要負責滿足 SoC 支持電路等設(shè)計要求，還要對完成的設(shè)計進行必要的認證。該模塊提供有全面認證的設(shè)計，其中的 EFR32BG13 帶有所需的支持電路，包括數(shù)個振蕩器源、兩個晶體和端口驅(qū)動器。與此同時，該模塊還提供了一系列省電特性，因此開發(fā)人員能夠響應持續(xù)存在的低功耗設(shè)備需求。

該模塊在活動模式下僅消耗 87 μA/MHz，在全 RAM 保持的深度休眠模式下僅消耗 1.4 μA。為了幫助最大限度地延長停留在低功耗深度休眠模式下的時間，工程師可以利用低能耗傳感器接口和低能耗定時器等特性。使用低能耗傳感器接口，工程師可以對模塊的集成有限狀態(tài)機和模擬外設(shè)進行編程，以在處理器保持深度休眠模式的同時采集和處理傳感器信號。類似地，通過低能耗定時器，工程師可以輸出簡單波形并監(jiān)控實時時鐘/計數(shù)器，以便在指定時間內(nèi)執(zhí)行操作，而無需處理器參與。

當然，無線設(shè)備的功耗一般取決于無線電子系統(tǒng)的效率。本例中，該模塊的 2.4 GHz 無線電子系統(tǒng)在接收模式下僅消耗 9.9 mA，在 0 dBm 輸出功率的發(fā)射模式下僅消耗 8.5 mA。即便如此，該模塊還提供了通過射頻控制節(jié)省功耗的額外特性。開發(fā)人員可以對模塊中的射頻檢測功能進行編程，以在檢測到寬帶射頻能量時喚醒處理器。通過這種方法，開發(fā)人員可以在無活動期間使模塊保持深度休眠而不會喪失通信。但是，如前所述，開發(fā)人員也可以將某個設(shè)備配置為藍牙 5 低功耗節(jié)點，其能夠簡單地定期從深度休眠中喚醒以輪詢好友節(jié)點，獲取緩存的消息。

系統(tǒng)開發(fā)

針對其所有特性，該模塊在實現(xiàn)方面幾乎沒有任何困難。開發(fā)人員可以簡單地將該模塊放入一個帶有處理器的設(shè)計中，將其用作藍牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器（圖 2A）。或者，開發(fā)人員可以將該模塊用作完整的系統(tǒng)解決方案（圖 2B）。在這種獨立模式下，開發(fā)人員可以在模塊的 EFR32BG13 處理器上運行應用代碼，并使用 EFR32BG13 集成的模擬和數(shù)字外設(shè)在簡單的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計中進行信號采集。

圖 2：設(shè)計人員可以將 BGM13P 模塊用作主機 CPU 的藍牙協(xié)處理器 (A)，或者單獨使用 (B)，利用模塊集成的 EFR32BG13 SoC 執(zhí)行應用程序甚至采集傳感器數(shù)據(jù)。（圖片來源：Silicon Labs）

開發(fā)人員可以使用該模塊的一個集成天線的版本 BGM13P22F512GA-V2，以進一步簡化藍牙設(shè)計。針對要應對更具挑戰(zhàn)性射頻環(huán)境的設(shè)計，開發(fā)人員可以采用 BGM13P22F512GE-V2，這是一個帶有 U.FL 連接器的版本，可以連接藍牙兼容的平貼片天線，例如 Taoglas 的 FXP74.07.0100A。

Silicon Labs 甚至通過 SLWSTK6101C 開發(fā)套件消除了該級別的硬件實現(xiàn)。SLWSTK6101C 設(shè)計用于配合其不同藍牙設(shè)備的插件板使用，提供代表性的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，包含 Macronix 的 MX25R8035F 8 Mb 閃存、Sharp Microelectronics 的 LS013B7DH03 128 x 128 LCD 和 Silicon Labs 的 Si7021 溫度與濕度傳感器。在這種情況下，開發(fā)人員將包含 BGM13P 模塊的 SLWRB4306A 無線電電路板插入 SLWSTK6101C 板。

除了作為可立即投產(chǎn)的設(shè)計之外，全套電路板還提供經(jīng)過驗證的參考設(shè)計，工程師可以使用它來檢查與閃存、LCD 和傳感器等設(shè)備接口的不同方法。

例如，8 Mb 閃存和 LCD 通過其 SPI 總線連接到模塊，而 Si7021 傳感器的 I2C 接口與開發(fā)板上的外部針座共享總線。Silicon Labs 演示了一種設(shè)計簡單接口的方法，它使傳感器在正常情況下保持禁用并與共享總線電氣隔離。當模塊的 PD15 輸入變?yōu)楦唠娖綍r，SENSOR_ENABLE 輸出變?yōu)楦唠娖?，將傳感器連接到 3.3 V VMCU 電源軌和 I2C 總線（圖 3）。

圖 3：除了提供硬件評估平臺之外，Silicon Labs SLWSTK6101C 開發(fā)套件還可充當參考設(shè)計，展示與此處所示的 Silicon Labs Si7021 傳感器等外部設(shè)備接口的方法。（圖片來源：Silicon Labs）

共享 I2C 總線針座只是設(shè)計用來支持該平臺開發(fā)的幾個特性之一（圖 4）。除了板載 J-Link 調(diào)試器之外，該板還提供了數(shù)據(jù)包追蹤接口 (PTI)，允許工程師詳細分析數(shù)據(jù)包。PTI 建立在 EFR32BG13 SoC 內(nèi)置的數(shù)據(jù)包和狀態(tài)追蹤單元之上，提供對系統(tǒng)發(fā)送和接收的所有數(shù)據(jù)包的非侵入式捕捉。為了分析藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等復雜協(xié)議，該數(shù)據(jù)包追蹤功能提供了一個對于優(yōu)化和調(diào)整低級網(wǎng)絡(luò)通信至關(guān)重要的工具。

圖 4：Silicon Labs SLWSTK6101C 套件有多個接口用于數(shù)據(jù)包追蹤、能量監(jiān)測和低級 Arm 嵌入式追蹤宏單元 (ETM) 追蹤，為工程師深入分析設(shè)計操作和性能提供了豐富的工具集。（圖片來源：Silicon Labs）

雖然網(wǎng)絡(luò)專家需要 PTI 這樣的功能來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，但系統(tǒng)開發(fā)人員需要能幫助其發(fā)現(xiàn)可能導致功耗過大的應用低效問題的工具。對于此類應用級功耗優(yōu)化，Silicon Labs Simplicity Studio 能量分析器可提供代碼級功耗分析。

同數(shù)據(jù)包追蹤工具一樣，能量分析器也是對底層硬件加以利用。在這種情況下，電路板包括一個專用能量監(jiān)測電路，其由電流傳感器電阻、電流檢測放大器和增益級組成，將輸出傳送到電路板的控制器，供開發(fā)主機系統(tǒng)訪問（圖 5）。并聯(lián)增益級允許能量監(jiān)測器以兩個不同的分辨率級別測量 0.1 μA 至 95 mA 的電流：250 μA 以上使用 0.1 mA 分辨率；低于 250 μA 閾值使用 1 μA 分辨率。

圖 5：內(nèi)置于 BGM13P 藍牙模塊的專用能量監(jiān)測電路和處理控制器可提供 0.1 μA 至 95 mA 的非侵入式電流測量。（圖片來源：Silicon Labs）

當能量監(jiān)測電路產(chǎn)生電流測量結(jié)果時，EFR32BG13 內(nèi)置的低級追蹤機制可以定期對處理器的程序計數(shù)器進行采樣，并將結(jié)果通過設(shè)備的串行線輸出引腳輸出。通過將能量監(jiān)測器的結(jié)果與此程序追蹤輸出相結(jié)合，能量分析器可以實時顯示與設(shè)備上運行的代碼相關(guān)的能耗（圖 6）。

圖 6：Simplicity Studio 能量分析器將能量監(jiān)測器輸出與程序追蹤數(shù)據(jù)相結(jié)合，以實時顯示與實際代碼相關(guān)的電流消耗。（圖片來源：Silicon Labs）

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應用開發(fā)

硬件工程師可以使用開發(fā)套件來優(yōu)化其硬件設(shè)計，而軟件開發(fā)人員可以利用 Silicon Labs 的綜合軟件開發(fā)環(huán)境來快速創(chuàng)建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應用。Silicon Labs 的藍牙 5 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)堆棧隨同 Simplicity Studio 提供，其用特定網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)資源擴展了基本藍牙堆棧。因此，開發(fā)人員可以輕松地從較傳統(tǒng)的藍牙協(xié)議（如信標或點對點通信）轉(zhuǎn)移到全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲（圖 7）。

圖 7：Silicon Labs 藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)堆棧用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)層（綠色）擴展了早期藍牙功能（藍色），使得開發(fā)人員能夠充分利用從信標到全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)配置的全部藍牙特性。（圖片來源：Silicon Labs）

Simplicity Studio 與基于 Silicon Labs BGM13P 的 SLWRB4306A 和 SLWSTK6101C 開發(fā)板一起使用，讓開發(fā)人員能利用適當?shù)能浖_發(fā)套件 (SDK) 配置其環(huán)境。對于藍牙開發(fā)，Studio 提供了 Silicon Labs 的藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) SDK 以及預先構(gòu)建的演示二進制文件和源代碼。在此環(huán)境中，開發(fā)人員可以使用實現(xiàn)了完整藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應用的樣例代碼。

這些樣例應用程序與開發(fā)板和移動應用配合使用，旨在演示藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的操作，讓開發(fā)人員能全面了解典型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的操作，包括調(diào)配、配置和應用相關(guān)的使用。為了部署樣例應用程序，工程師針對一組開發(fā)板運行 Simplicity Studio，這些開發(fā)板分別配置為聯(lián)網(wǎng)照明應用中的燈或開關(guān)。通過使用樣例代碼和硬件，工程師可以更好地了解典型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應用從設(shè)備上電開始的各個操作階段。

借助 Silicon Labs 的軟件架構(gòu)，藍牙操作可以一系列事件展開，使用預定義的事件 ID 來表示事件的性質(zhì)。在樣例軟件包中，main() 例程在上電或復位時運行，先調(diào)用一系列初始化例程，然后進入主循環(huán)，本例中主循環(huán)只包含兩行代碼（列表 1）。

副本int main(){#ifdef FEATURE_SPI_FLASH /* Put the SPI flash into Deep Power Down mode for those radio boards where it is available */ MX25_init(); MX25_DP(); /* We must disable SPI communication */ USART_Reset(USART1);#endif /* FEATURE_SPI_FLASH */ enter_DefaultMode_from_RESET();#if (EMBER_AF_BOARD_TYPE == BRD4304A) LNA_init();#endif gecko_init(&config);#ifdef FEATURE_PTI_SUPPORT APP_ConfigEnablePti();#endif // FEATURE_PTI_SUPPORT RETARGET_SerialInit(); /* initialize LEDs and buttons.Note: some radio boards share the same GPIO for button & LED.* Initialization is done in this order so that default configuration will be button for those * radio boards with shared pins.led_init() is called later as needed to (re)initialize the LEDs * */ led_init(); button_init(); LCD_init(); while (1) { struct gecko_cmd_packet *evt = gecko_wait_event(); handle_gecko_event(BGLIB_MSG_ID(evt->header), evt); }}

列表 1：Simplicity Studio 提供了一個綜合開發(fā)環(huán)境，其中包括樣例代碼，例如此網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)照明主例程，其演示了初始化和事件處理循環(huán)。（代碼來源：Silicon Labs）

在主循環(huán)的第一行中，函數(shù) gecko_wait_event() 在阻塞流程的同時等待事件出現(xiàn)，事件隊列由較低級別填充。雖然開發(fā)人員往往會避免使用阻塞功能，但此方法在這種情況下特別有效，因為藍牙堆棧在此阻斷模式下會自動管理低功耗休眠狀態(tài)。對于不能容許阻塞等待的特定應用要求，SDK 還提供了一個非阻塞函數(shù)，如果隊列為空，則返回下一個事件或 NULL。但使用此函數(shù)時，開發(fā)人員需要自行處理低功耗休眠管理。

在主循環(huán)的第二行中，處理函數(shù) handle_gecko_event() 根據(jù)其事件 ID 處理最新事件 (evt)（列表 2）。當設(shè)備上電時，堆棧發(fā)出系統(tǒng)引導事件 (gecko_evt_system_boot_id)。事件處理程序進而調(diào)用一系列初始化函數(shù)，包括 gecko_cmd_mesh_node_init()，其會初始化藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)堆棧。然后，處理程序調(diào)用其他函數(shù)來提供與該事件類型（由其相關(guān)事件 ID 表示）相關(guān)聯(lián)的功能。

副本/** * Handling of stack events.Both Bluetooth LE and Bluetooth mesh events are handled here.*/static void handle_gecko_event(uint32_t evt_id, struct gecko_cmd_packet *evt){ struct gecko_bgapi_mesh_node_cmd_packet *node_evt; struct gecko_bgapi_mesh_generic_server_cmd_packet *server_evt; struct gecko_msg_mesh_node_provisioning_failed_evt_t *prov_fail_evt; if (NULL == evt) { return; } switch (evt_id) { case gecko_evt_system_boot_id: // check pushbutton state at startup.If either PB0 or PB1 is held down then do factory reset if (GPIO_PinInGet(BSP_GPIO_PB0_PORT, BSP_GPIO_PB0_PIN) == 0 || GPIO_PinInGet(BSP_GPIO_PB1_PORT, BSP_GPIO_PB1_PIN) == 0) { initiate_factory_reset(); } else { struct gecko_msg_system_get_bt_address_rsp_t *pAddr = gecko_cmd_system_get_bt_address(); set_device_name(&pAddr->address); // Initialize Mesh stack in Node operation mode, wait for initialized event gecko_cmd_mesh_node_init(); // re-initialize LEDs (needed for those radio board that share same GPIO for button/LED) led_init(); } break; ...case gecko_evt_mesh_node_initialized_id: printf(node initialized\r\n); struct gecko_msg_mesh_node_initialized_evt_t *pData = (struct gecko_msg_mesh_node_initialized_evt_t *)&(evt->data); if (pData->provisioned) { ...} else { printf(node is unprovisioned\r\n); LCD_write(unprovisioned, LCD_ROW_STATUS); printf(starting unprovisioned beaconing...\r\n); gecko_cmd_mesh_node_start_unprov_beaconing(0x3); // enable ADV and GATT provisioning bearer } break; case gecko_evt_mesh_node_provisioning_started_id: printf(Started provisioning\r\n); LCD_write(provisioning..., LCD_ROW_STATUS); // start timer for blinking LEDs to indicate which node is being provisioned gecko_cmd_hardware_set_soft_timer(32768 / 4, TIMER_ID_PROVISIONING, 0); break; case gecko_evt_mesh_node_provisioned_id: _my_index = 0; // index of primary element hardcoded to zero in this example lightbulb_state_init(); printf(node provisioned, got index=%x\r\n, _my_index); // stop LED blinking when provisioning complete gecko_cmd_hardware_set_soft_timer(0, TIMER_ID_PROVISIONING, 0); LED_set_state(LED_STATE_OFF); LCD_write(provisioned, LCD_ROW_STATUS); break; case gecko_evt_mesh_node_provisioning_failed_id: prov_fail_evt = (struct gecko_msg_mesh_node_provisioning_failed_evt_t *)&(evt->data); printf(provisioning failed, code %x\r\n, prov_fail_evt->result); LCD_write(prov failed, LCD_ROW_STATUS); /* start a one-shot timer that will trigger soft reset after small delay */ gecko_cmd_hardware_set_soft_timer(2 * 32768, TIMER_ID_RESTART, 1); break; ...}}

列表 2：開發(fā)人員可以檢查 Silicon Labs 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)樣例代碼中的關(guān)鍵設(shè)計模式，例如調(diào)配事件處理，相關(guān)代碼片段位于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)燈主程序中調(diào)用的 handle_gecko_event() 事件處理程序（參見列表 1）。（代碼來源：Silicon Labs）

藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵事件系列之一與調(diào)配過程有關(guān)。設(shè)備上電并完成其初始化序列之后，便進入信標模式，向網(wǎng)絡(luò)宣告其自身以供調(diào)配。當調(diào)配完畢（或失?。r，樣例代碼會使用開發(fā)套件 LCD 和 LED 來指示狀態(tài)。通過檢查事件處理程序針對每個調(diào)配狀態(tài)的代碼塊，開發(fā)人員可以快速了解該調(diào)配序列和選項。

同樣，軟件工程師可以使用樣例處理程序代碼作為創(chuàng)建其應用級功能的指南。例如，藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的一個關(guān)鍵概念是使用發(fā)布-訂閱模型將共享某些功能關(guān)系的節(jié)點關(guān)聯(lián)起來（圖 8）。

圖 8：應用開發(fā)人員使用藍牙的發(fā)布-訂閱模型將設(shè)備組合成功能分組，例如由一個或多個開關(guān)控制的一組燈。（圖片來源：Silicon Labs）

通過這種方法，數(shù)個智能燈泡可以訂閱一個開關(guān)發(fā)布者。當最終用戶激活該開關(guān)時，其將發(fā)布 ON/OFF 事件。該事件將通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)到訂閱的智能燈泡，其事件處理程序?qū)⒉扇∵m當?shù)牟僮?。Silicon Labs 樣例代碼演示了這一過程：首先是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)網(wǎng)開關(guān)發(fā)布 ON/OFF 請求（列表 3），然后是聯(lián)網(wǎng)燈的相應響應（列表 4）。

副本/** * This function publishes one on/off request to change the state of light(s) in the group.* Global variable switch_pos holds the latest desired light state, possible values are * switch_pos = 1 -> PB1 was pressed, turn lights on * switch_pos = 0 -> PB0 was pressed, turn lights off * * This application sends multiple requests for each button press to improve reliability.* Parameter retrans indicates whether this is the first request or a re-transmission.* The transaction ID is not incremented in case of a re-transmission.*/void send_onoff_request(int retrans){ uint16 resp; uint16 delay; struct mesh_generic_request req; req.kind = mesh_generic_request_on_off; req.on_off = switch_pos ?MESH_GENERIC_ON_OFF_STATE_ON : MESH_GENERIC_ON_OFF_STATE_OFF; // increment transaction ID for each request, unless it's a retransmission if (retrans == 0) { trid++; } /* delay for the request is calculated so that the last request will have a zero delay and each * of the previous request have delay that increases in 50 ms steps.For example, when using three * on/off requests per button press the delays are set as 100, 50, 0 ms */ delay = (request_count - 1) * 50; resp = gecko_cmd_mesh_generic_client_publish( MESH_GENERIC_ON_OFF_CLIENT_MODEL_ID, _my_index, trid, 0, // transition delay, 0, // flags mesh_generic_request_on_off, // type 1, // param len &req.on_off /// parameters data )->result; if (resp) { printf(gecko_cmd_mesh_generic_client_publish failed,code %x\r\n, resp); } else { printf(request sent, trid = %u, delay = %d\r\n, trid, delay); }}

列表 3：這個來自 Silicon Labs 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)開關(guān)樣例應用程序的代碼片段說明了如何使用藍牙 5 發(fā)布過程 (gecko_cmd_mesh_generic_client_publish) 來請求訂閱該事件流的燈的狀態(tài)改變（開或關(guān)）。（代碼來源：Silicon Labs）

副本static void onoff_request(uint16_t model_id, uint16_t element_index, uint16_t client_addr, uint16_t server_addr, uint16_t appkey_index, const struct mesh_generic_request *request, uint32_t transition_ms, uint16_t delay_ms, uint8_t request_flags){ printf(ON/OFF request: requested state=<%s>, transition=%u, delay=%u\r\n, request->on_off ?ON : OFF, transition_ms, delay_ms); if (lightbulb_state.onoff_current == request->on_off) { printf(Request for current state received; no op\n); } else { printf(Turning lightbulb <%s>\r\n, request->on_off ?ON : OFF); if (transition_ms == 0 && delay_ms == 0) { // Immediate change lightbulb_state.onoff_current = request->on_off; lightbulb_state.onoff_target = request->on_off; if (lightbulb_state.onoff_current == MESH_GENERIC_ON_OFF_STATE_OFF) { LED_set_state(LED_STATE_OFF); } else { LED_set_state(LED_STATE_ON); } } else { // Current state remains as is for now lightbulb_state.onoff_target = request->on_off; LED_set_state(LED_STATE_TRANS); // set LEDs to transition mode gecko_cmd_hardware_set_soft_timer(TIMER_MS_2_TIMERTICK(delay_ms + transition_ms), TIMER_ID_TRANSITION, 1); } lightbulb_state_store(); } if (request_flags & MESH_REQUEST_FLAG_RESPONSE_REQUIRED) { onoff_response(element_index, client_addr, appkey_index); } else { onoff_update(element_index); }}

列表 4：Silicon Labs 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)燈樣例包括用于特定應用級事件的例程，例如這個打開或關(guān)閉 LED 以響應開關(guān)所發(fā)布請求的函數(shù)（參見列表 3）。（代碼來源：Silicon Labs）

除了用于節(jié)點開發(fā)的藍牙堆棧和 SDK 之外，Silicon Labs 還提供了藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的最終環(huán)節(jié)——連接移動設(shè)備。大多數(shù)移動設(shè)備支持藍牙 4，雖然其無線電可以支持藍牙 5 要求，但它們沒有支持藍牙 5 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)層的堆棧。Silicon Labs 為移動應用開發(fā)人員提供了額外的軟件堆棧來，而該堆棧可提供網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，因此便能克服這一局限性（圖 9）。

圖 9：開發(fā)人員可以將 Silicon Labs 針對移動設(shè)備的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)堆棧添加到其移動應用中，使得藍牙 4 移動設(shè)備可以在藍牙 5 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中使用。（圖片來源：Silicon Labs）

總結(jié)

藍牙 5 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)為各種各樣已經(jīng)利用智能手機和其他移動設(shè)備進行點對點通信的應用提供了一個自然的過渡。然而，藍牙 5 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的部署對硬件和軟件設(shè)計提出了重大挑戰(zhàn)，特別是在物聯(lián)網(wǎng)等功耗受限的應用中。此外，硬件工程師需要滿足最小基底面和低功耗的要求，軟件工程師則需要構(gòu)建使用最少資源來執(zhí)行復雜通信協(xié)議的軟件。BGM13P 模塊、SLWSTK6101C 開發(fā)板以及節(jié)點和移動設(shè)備的藍牙堆棧的結(jié)合，使工程師有一個綜合性平臺來快速開發(fā)使用藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的應用。