蓝牙网关和蓝牙MESH总结

可参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/695144946

蓝牙网关

参考：

https://www.bilibili.com/read/cv28872282/

蓝牙网关是一种特殊的网络设备，它能够实现蓝牙设备与互联网或其他类型网络之间的数据传输和通信。通过蓝牙网关，用户可以远程监控和控制连接到网关的蓝牙设备，实现智能化管理和操作。蓝牙网关通常应用于智能家居、工业自动化和商业场所等领域，为物联网应用提供了便捷的连接和控制方式。

蓝牙网关的工作原理基于蓝牙技术和网络技术的结合。它通过内置的蓝牙模块与蓝牙设备建立连接，收集设备数据，并通过网络模块将这些数据转发到云服务器或指定的网络设备上。同时，它也能接收来自互联网的指令，通过蓝牙传递给本地的智能设备，实现远程控制功能。蓝牙网关具有可变性，可以根据不同的应用场景进行定制和扩展。

蓝牙网关可支持多个子设备接入网络，管理子设备的数据采集、互联，并通过WiFi/以太网/蜂窝LTE 4G将信息同步到云端。用户可以通过手机App远程监控和操作蓝牙物品，大大扩展了原有蓝牙设备的功能和价值。

蓝牙网关的构成及工作原理

智能蓝牙网关是集成蓝牙模块和其他网络通信模块（以太网、WiFi、蜂窝LTE 4G、Zigbee、Z-Wave等）的物联网网关硬件。蓝牙网关中蓝牙模块的作用是扫描并连接附近的BLE设备，并从扫描到的BLE设备中获取数据。

高带宽网络通信模块（以太网和WiFi、蜂窝LTE 4G）则用于将收集到的数据以TCP/UDP的形式发送到后端云服务器。如果有控制命令，服务器将通过蓝牙网关将命令转发到相关的BLE终端设备。通过这种方式，蓝牙网关执行其双向通信和设备控制功能。

蓝牙MESH

多个蓝牙设备如果想要互相通信，比如家里的智能音箱、手表、扫地机器人等等，可以通过一个蓝牙网关来进行数据交互，除此之外，还有另一种方式，那就是无需通过网络，而是设备之间直接通过蓝牙来进行通信，即使有时候两个蓝牙设备离得比较远，只要中间还有一些蓝牙设备，就可以通过中继的方式来让两个离得远的蓝牙设备进行数据交互。这就是蓝牙MESH的思想。此时，我们可以将MESH理解成蓝牙的局域网络，并看做一个整体，而且，如果这个整体想要联网，那么只需要MESH局域网内有一个蓝牙网关即可，这一点和路由器的作用很类似。

可参考：

https://blog.csdn.net/qq_40537092/article/details/118896759

BLE MESH简介

Bluetooth mesh profile规范是由Bluetooth SIG开发和发布的，它允许一对一、一对多和多对多通信。它使用BLE协议在网络节点之间交换消息。这些节点可以相互通信，只要它们在彼此的直接无线电范围内，或者有足够的设备能够侦听和转发这些消息。

BLE MESH网络利用管理泛洪方法进行消息传输，这是一种简单可靠的消息中继形式，特别适用于低功耗无线网状网络，尤其是那些处理大量多播流量的网络。这使得基于泛洪的消息中继成为满足商业和工业市场严格的可靠性、可扩展性和性能要求的理想方法。

BLE MESH来源

蓝牙基本速率/增强数据速率 (BR/EDR) 是第一个发布的蓝牙版本。它旨在作为一种电缆替代技术，很快就主导了无线音频产品，并成为新计算机外围设备（如无线鼠标和键盘）的推动者。

低功耗蓝牙 (LE) 是下一个真正与众不同的蓝牙技术。它经过优化，可与包含它的设备一起使用尽可能少的能源，并且能够无线操作和通信，仅由硬币大小的电池供电，通常可以使用多年。它已被广泛采用。很难找到不支持蓝牙 LE 的智能手机或平板电脑。健康、运动和健身设备（如活动追踪器）依赖蓝牙 LE 技术。智能手表等可穿戴设备也是如此。这种蓝牙风格的影响令人印象深刻且广泛。

蓝牙 BR/EDR 和蓝牙 LE 在智能手机等设备中都很常见，但它们并不依赖于彼此的服务和功能。出于所有意图和目的，这两种蓝牙风格彼此独立工作。事实上，虽然他们很乐意在同一设备中共存，但不可能使用蓝牙 BR/EDR 与蓝牙 LE 设备进行通信。

相比之下，BLE MESH网络使用并依赖于蓝牙 LE。蓝牙 LE 是BLE MESH网络使用的无线通信协议栈。

BLE MESH网络不是无线通信技术。这是一种网络技术。

BLE MESH用处

Bluetooth ®网状网络的创建是因为网状拓扑提供了满足各种日益常见的通信需求的最佳方式，这些需求以楼宇自动化和传感器网络等应用为代表。这些要求包括：

覆盖非常大的区域

“只是工作互操作性”

监视和控制大量设备的能力

优化、低能耗

有效利用无线电资源，实现可扩展性

与当前可用的智能手机、平板电脑和个人电脑产品的兼容性

行业标准、政府级安全

其他网状技术，一般来说，标准的智能手机、平板电脑和PC设备不支持；一个主要的制约因素。

BLE MESH的通讯方式

BLE MESH网络使用发布/订阅消息系统。

设备可能会向其名称和含义对应于用户可以理解的高级概念的地址发送消息，例如Garden Lights。这称为发布。

设备可以配置为接收由其他设备发送到特定地址的消息。这称为订阅。

当设备向特定地址发布消息时，订阅该地址的所有其他设备都将收到它的副本，对其进行处理并以某种方式做出反应。

想象一下安装在花园中的一组户外灯。每个灯都已配置为订阅“花园灯”消息。现在，想象一个BLE MESH灯开关向“花园灯”地址发送“ON”消息。花园中的所有灯都会收到“ON”消息，并通过……做出反应。你猜对了……打开。

就这么简单。

管理洪水

中继设备重新传输它们从其他设备接收的消息。在这样做时，他们能够与不在最初发布消息的设备的无线电范围内的设备进行通信。一条消息可以通过所谓的“跳跃”多次中继。最多可能有127跳，足以在巨大的物理区域中中继消息。

BLE MESH使用一种称为“泛洪”的方法来发布和中继消息。这意味着消息不是由导致它们沿着仅包含特定设备序列的特定路径传输的过程路由的。相反，范围内的所有设备都会接收消息，而那些充当中继的设备会将消息重新传输到范围内的所有其他设备。

一般来说，泛洪是一种技术，有优点也有缺点。

泛洪的优点是不需要特定设备承担特殊责任来充当集中式路由器，其故障可能导致整个网络无法运行。特定路由不可用也可能对网络产生灾难性影响，而这也可以通过网状网络的泛洪方法来避免。

泛洪方法还意味着消息通常可以通过多条路径到达其目的地。这使得网络非常可靠。

所有数据包都包含一个称为TTL的字段。这可用于限制消息在中继时采用的跳数。由设备每隔一段时间传输的心跳消息包括允许网络了解其拓扑结构和跳数的信息，其他每个设备都是如此。这允许设备将 TTL 设置为最佳值，从而避免消息被中继不必要的次数。

市场内蓝牙设备支持

Bluetooth® mesh网络指定了一个称为代理节点的设备角色。代理节点包括标准的低功耗蓝牙 GATT 服务，该服务具有两个 GATT 特性。这些特征称为Mesh Proxy Data In 和Mesh Proxy Data Out。智能手机等低功耗蓝牙设备可以使用这些特性向网状网络发送数据和从网状网络接收数据。

网格规范定义了一个称为代理协议的协议，通过代理节点提供的两个 GATT 特性交换的数据由代理协议 PDU 组成。

安全性

安全性是BLE MESH网络设计的核心，它的使用是强制性的。

每个数据包都经过加密和验证。通过明智地使用序列号来防止重放攻击。通过在重要过程中使用非对称加密来防止中间人攻击。提供针对利用废弃设备的垃圾桶攻击的保护。必要时会刷新安全密钥。

“关注点分离”是一个重要的原则，体现在蓝牙mesh网络的安全性上。网络安全与照明、供暖或物理建筑安全等个别应用的安全是相互独立的。不同的安全密钥用于保护网络层操作，例如中继与保护特定于应用程序的消息内容。这样做的结果是，例如，灯泡可以完全访问由电灯开关传输的消息中的数据，因为它们具有相同的应用程序密钥。但是，虽然同一个灯泡能够将消息从蓝牙物理访问令牌转发到前门的锁，但它无法看到这些消息的应用层内容。

BLE MESH基本概念

ble mesh网络为与环境交互创造了新的机会，无论您是使用智能照明、加热/冷却和安全系统使您的家庭或办公室更加智能，还是提高工业无线传感器网络 (IWSN) 的效率。BLE MESH网络提供了创建真正大规模设备网络所需的基础，使您能够使数十、数百甚至数千个无线设备相互可靠、安全地通信。本文深入探讨了这种创新网络拓扑背后的基本概念。

节点

想象一个由数千个设备组成的网络，每个设备都通过蓝牙®低功耗 (LE) 短脉冲无线连接进行通信。BLE MESH网络上的这些设备称为节点。每个节点发送和接收消息。信息可以从一个节点到另一个节点中继，使消息能够传播比无线电波通常允许的更远的距离。这个节点网络下图可能遍布制造设施、办公楼、购物中心、商业园区等。

元素

某些节点（例如传感器）会消耗电池电量，而其他节点（例如灯具、制造机械和安全摄像头）则从主电网获取电力。一些节点比其他节点具有更多的处理能力。这些节点可以在网状网络中承担更复杂的任务，承担不同的角色并拥有以下四个节点特征中的任何一个。

低功率特性：功率受限的节点可以使用低功率特性来减少无线电开启时间并节省功率。低功耗节点 (LPN) 与朋友节点协同工作。

朋友特征：没有功率限制的节点是成为朋友节点的绝佳候选者。朋友节点存储发往 LPN 的传入消息和安全更新；当 LPN 请求这些消息时，朋友节点将存储的信息传递给 LPN。

中继功能：中继节点接收和重新传输消息，当消息从一个节点中继到另一个节点时，可以实现更大的网络。根据电源和计算能力，节点可能具有此功能。

代理功能：代理节点能够在 GATT 和蓝牙网格节点之间传输和接收网格消息。具有此角色的节点需要可靠的电源和计算资源。

一些节点比其他节点更复杂，由多个称为元素的独立部分组成。每个节点至少有一个元素，称为主要元素，并且可能有其他元素。元素由定义节点功能和元素条件的实体组成。例如，一个灯泡有一个元素有两个功能：

节点 = 灯泡

一个元素 = 主要元素

节点功能

一、开关二、亮度 1 2

元素的条件/状态

一、开或关二、0 – 10（亮度等级） 1 2

节点内的每个元素都有一个唯一的地址，称为单播地址，使每个元素都可以寻址。

节点必须至少有一个元素，也可以有多个元素。

补充：

参考：https://blog.csdn.net/calculusstill/article/details/136171232

洪泛法 - 概述

洪泛法（Flooding）是计算机网络中一种简单直接的数据传输技术。它不依赖于网络中的路由表或者路径选择算法。在洪泛法中，每个接收到消息的节点将消息复制并发送给除了消息来源外的所有其他节点。这个过程一直重复，直到消息到达网络中的所有节点或者达到了预设的跳数限制。洪泛法由于其简单性，在特定场景下非常有效，如在没有固定网络结构或者网络结构快速变化的环境中。

工作原理

洪泛法的工作原理基于“广播”机制，每个节点接收到消息后，会将该消息发送给所有可达的邻居节点，除了它从中接收到消息的节点。这种方法确保了网络中的每个节点都将接收到消息，但也可能导致大量的重复消息，特别是在大型或密集网络中。

为了减少网络流量和防止无限循环，通常在洪泛法中引入了两种机制：

跳数限制（TTL，Time-To-Live）：每条消息都有一个跳数限制，每当消息在节点间传输一次，其TTL值就减少1。当TTL值降到0时，消息就不再被转发。

重复消息检测：节点通过维护已接收消息的记录，来避免转发已经转发过的消息。

优点

简单性：洪泛法不需要复杂的路由算法或者网络拓扑知识，易于实现。

鲁棒性：由于消息被广播到所有节点，即使网络中有节点或连接失败，消息仍然可以通过其他路径到达目的地。

实时性：在紧急情况下，可以快速传播消息到网络中的所有节点。

缺点

网络负载：洪泛可能导致大量的重复数据在网络中传输，增加了网络负载。

缺乏效率：洪泛法在大型或密集的网络中效率较低，因为它不考虑最优路径或网络拥堵情况。

安全性问题：洪泛可能被恶意利用来执行拒绝服务（DoS）攻击，通过发送大量消息来淹没网络。

应用场景

尽管洪泛法在一般的网络通信中可能不是最高效的选择，但在某些特定应用场景下，它仍然非常有用。例如：

初始网络构建：在网络刚刚建立，路由信息还未完全确定时，可以使用洪泛法来发现网络中的节点和路径。

紧急消息传播：在需要快速向网络中的所有节点传递紧急消息时，洪泛法可以确保消息的及时传递。

分布式系统：在某些分布式算法和协议中，洪泛法可以用来实现快速的信息同步或状态更新。

更多待补充。