蓝牙™ Mesh功能 增强摘要
蓝牙™ Mesh功能 增强摘要
| 发布 ： | 1.0.0 |
| 文件版本 ： | 1.0 |
| 最后更新 ： | 2023 年 9 月 19 日 |
| 作者 ： |
马丁-伍利Bluetooth SIG |
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Date |
Author |
Changes |
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1.0.0 |
September 19, 2023 |
Martin Woolley, Bluetooth SIG |
Initial version |
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备注 Bluetooth Mesh 配置文件 规范已更名，现称为Bluetooth Mesh 协议规范。本文件和相关文件在提及 1.1 版规范时将使用这一名称，但在提及 1.0 版规范时，仍将继续称其为Bluetooth Mesh 配置文件规范。 |
1. 导言
蓝牙特殊兴趣小组SIG）于 2023 年 9 月 19 日宣布了蓝牙™ 网状技术的功能 增强。新闻稿宣布了一系列新的主要功能、次要增强功能和全新的网状设备配置文件。本文概述了每个变化领域，并提供了更详细介绍新的主要功能的其他文件参考。本文回顾了次要的网格增强功能。第 3 部分介绍了全新的蓝牙™ 网格设备配置文件。第 4 部分提供了所有内容资产和规范文档的参考资料列表。
建议刚接触Bluetooth Mesh 的读者首先阅读Bluetooth SIG 论文Bluetooth Mesh Networking - An Introduction for Developers。
请注意，有时Mesh 1.1 或Bluetooth Mesh 1.1 是Bluetooth Mesh Protocol 或 Model Specification Version 1.1 的缩写，同样，Mesh 1.0 或Bluetooth Mesh 1.0 是Bluetooth Mesh 配置文件 Specification Version 1.0 的缩写。
2.New蓝牙™ 网眼功能
2.1Bluetooth Mesh 定向转发
蓝牙网格配置文件 1.0 版本中定义了一种称为 "蓝牙网格网络泛洪 "的信息中继方法。它提供了一种有效、可靠、灵活和低维护的方式，在蓝牙 Mesh 网络中通过多跳将信息传递到目的地 。新的 Bluetooth Mesh Directed Forwarding功能 提供了一种额外的多跳信息传递方法，在某些情况下比 Bluetooth Mesh Managed网络泛洪更有效。
蓝牙网状定向转发建立了中继节点集合，这些节点可以服务 将信息从源地址 定向传送到目的地 地址。这些中继节点集建立了一条从信源到目的地路径。路径的成员资格是这样安排的，即信息只由能够向目的地传播信息的节点中继。这样可以更有效地利用网络和无线电信道。
自动化是蓝牙网格定向转发的关键功能 。路径会在需要时自动创建，并每隔一段时间自动检查一次，以确保网络中仍然需要这些路径，而且它们仍然能够按要求传递信息。考虑到网络及其设备可能会随着时间的推移而发生变化，后一点是非常重要的功能。
有关信息，请参阅Bluetooth Mesh Directed Forwarding Technical Overview（定向转发技术概述 ）文件。 文件，了解更多相关信息。
2.2Bluetooth Mesh 设备固件更新
蓝牙™ 网状设备运行固件，即控制硬件和实现产品主要行为的软件。固件必须保持更新，而蓝牙 Mesh 的新蓝牙 Mesh 设备固件更新功能 使发现和应用固件更新到整个网络的设备成为可能。
固件更新需要向网络中的所有节点传输大量固件数据。因此，蓝牙网状设备固件更新功能 提供了几个参数来控制携带固件数据的各个网状信息的节奏和大小，以便在不影响网状网络上其他活动的情况下进行固件的后台传输。
Bluetooth Mesh 设备固件更新可实现多播更新，非常适合由许多相同设备组成的照明网络等装置。固件传输到目标节点后，可在计划的时间（例如上班时间以外）对所有节点进行更新，以尽量减少中断。
蓝牙网状设备固件更新功能 的设计方式允许轻松更新多个供应商的网状网络。
有关信息，请参阅Bluetooth Mesh 设备固件更新技术概述 文件。 文件，了解更多相关信息。
2.3Bluetooth Mesh 远程调配
供应是将设备添加到网状网络的过程名称。它使用 启动配置设备.以前，启动配置设备 需要在新设备的直接无线电范围内，并通过蓝牙链路与之通信。这对于固定位置的设备来说是个问题，需要移动配置器的用户亲自走向设备进行配置并覆盖安装区域。新的蓝牙网状远程供应功能 增加了通过网状网络进行供应的功能，供应信息需要经过一次或多次跳转才能到达远程未供应设备。
配置新设备后，需要对其进行配置。有些设备比较复杂，配置要求也相应复杂，在固件更新增加新功能后，设备可能需要全部或部分重新配置。Bluetooth Mesh 远程配置还包括为复杂设备提供即插即用设备组成更新功能的程序。
蓝牙 Mesh 远程配置功能 还提供了一些程序，可自动处理蓝牙 Mesh 网络生命周期中的重要事件，例如在网络初始创建后，通过重新生成所有设备的设备密钥，实现所有权的安全转移。
请参阅Bluetooth Mesh Remote Provisioning Technical Overview（远程调配技术概述 ）。 文件，了解更多相关信息。
2.4Bluetooth Mesh 基于证书的供应
接入mesh 网络的设备由 UUID 标识。为防止合法设备被冒充，在使用带外获取的公钥将设备接入网络时，有必要确定给定的公钥确实属于具有特定 UUID 的设备。
新的基于蓝牙 Mesh 证书的供应功能 利用公钥基础设施来验证未供应设备的公钥和 UUID 信息。X.509 格式的数字证书可由设备制造商或供应商提供，并在供应过程中使用。该功能 通过以下方式改进蓝牙 Mesh 配置：允许以可互操作的方式获取设备的带外（OOB）公钥并对其进行验证（同时设备不在视线范围内），通过卓越的应用密钥 方案提高安全性，并适合同时批量配置许多设备。
有关信息，请参阅Bluetooth Mesh 基于证书的供应技术概述 文件。 文件，了解更多相关信息。
2.5 私人信标
蓝牙™ Mesh 采用 Beacon广播技术，并定义了网络信标信息。新的专用信标功能 确保网络外的设备看不到信标信息中的静态信息，从而提高了安全性。这在涉及可穿戴 设备的情况下提高了私密性，因为这些设备可能会进出网络，否则通过观察网状网络信标中的纯文本数据就可以追踪到它们。
有关信息，请参阅Bluetooth Mesh 专用信标技术概述 文件。 文件，了解更多相关信息。
2.6 蓝牙网状子网 桥接
蓝牙™ 网状网络可包括一个或多个子网。子网通常用于对网络的不同部分使用不同的网络安全密钥，以安全地相互隔离网络的不同部分。
以前，不同子网 中的设备无法通信，除非它们也是共同子网的成员，并在交换信息时使用该子网。新的蓝牙网状子网 桥接功能 使不同子网中的设备之间的通信成为可能，而无需事先了解共同功能 子网 及其网络密钥 。此外，同一子网 的不同部分也可以桥接，以支持各种用例，如酒店客人坐在酒店大堂，但仍能控制其房间内的智能设备，而所有这些设备都在各自的子网。
请参阅《蓝牙网格子网 桥接技术概述 》文件，了解相关信息。 文件获取更多相关信息。
2.7Mesh 小改进
蓝牙™ 网格技术还增加了许多较小的功能，在此统称为小网格增强功能。需要注意的是，虽然本标题下的变化可能较小，但在某些情况下却有很大的益处。以下各节概述了每项增强功能，最后介绍了蓝牙 Mesh 的更新信息。
2.7.1 按需提供的专用《关贸总协定》代理服务器
2.7.1.1 背景
代理节点支持蓝牙™ LE （带 GAP 和 GATT）和蓝牙 Mesh。代理作为一个中介，使智能手机等设备上的应用程序可以通过与代理的 GATT 连接，向网络发送和接收网格信息。
在配置Bluetooth Mesh 1.0 代理节点时，专员的唯一选择是启用或禁用代理广告。从用户体验的角度来看，最好在所有节点上都启用代理，但这会影响可用带宽，从而可能对mesh 网络的性能产生负面影响。
2.7.1.2 按需增强专用《关贸总协定》代理功能
代理客户端（如智能手机）现在可以向代理节点 发出信号，让它开始做广告。这是通过代理客户端 广播不可连接、不可扫描的非定向广告征求 PDU 来实现的。
代理节点 不再需要按照蓝牙 Mesh 1.0 的规定持续发布广告。取而代之的是，它执行被动扫描，并在收到来自代理客户端 的请求 PDU（其中包含与代理节点网络相匹配的网络标识数据）后，开始使用专用网络标识类型发布广告。代理客户端 随后可连接到代理。
按需提供的专用 GATT 代理功能 提高了射频利用效率，从而增强了可扩展性。由于不存在未经请求的 GATT服务 广告，而且发送有效的请求需要知道网络密钥，因此攻击者更难识别网络密钥中的代理节点。
2.7.2 性能改进
2.7.2.1 增强分割和重组（SAR）
2.7.2.1.1 背景情况
蓝牙™ 网状网协议栈的高阶传输层 可对网状网访问报文进行分段和重新组装，因为这些报文太长，无法一次性发送。这些信息会被分割成若干段，每段 12 个八位字节，但最后一段可能更短。在接收到各个片段后，重新组装过程会导致原始访问消息 的重组。
当不同供应商的设备使用不同的 SAR 行为默认值时，这可能会导致mesh 网络内的mesh 信息传输效率低下。
2.7.2.1.2 SAR 配置模型
现在可以使用新的 SAR配置客户端模型，在新的SAR配置服务器模型中配置管理分割和重组（SAR）过程主要方面的参数。该模型包含两个复合状态，即SAR发射器和SAR接收器。
SAR发射器 状态 包含作为分段信息的发射器 时使用的参数。它还包括分段传输之间使用的定时间隔，以及与向单播地址和组播地址重传分段有关的参数。
SAR配置服务器 模型有助于提高某些配置任务的性能，尤其是在包含多个制造商设备的网络中。
2.7.2.2 信息聚合
2.7.2.2.1 背景情况
在某些情况下，会按一定顺序发送一系列不同类型的已确认访问消息。每条访问消息 都会产生一条状态消息，作为回应，通常包含一个状态代码。例如，在新节点的配置过程中，将 AppKeys 与模型绑定的行为将涉及许多确认消息及其相关的状态响应消息。
2.7.2.2.2 操作码聚合器模型
引入了名为 "操作码聚合服务器"（Opcodes Aggregator Server）模型和 "操作码聚合器"（Opcodes Aggregator） 客户端模型的新模型，以及名为 "消息请求列表处理程序"（Message Request List Processingprocedure）的相关程序。该过程允许将一连串不同的 Access 消息合并为一个名为OPCODES_AGGREGATOR_SEQUENCE消息类型的单个访问消息 。这种报文类型包含一个由访问消息 操作码和相关参数 组成的数组。数组中的所有报文操作码必须标识由同一服务器模型处理的报文类型。这是一种安全功能 ，要求对OPCODES_AGGREGATOR_SEQUENCE 访问层 进行加密的应用密钥 与服务器模型绑定。
报文请求列表处理程序的结果是执行所含访问代码和参数指示的每项操作，并返回一条OPCODES_AGGREGATOR_STATUS报文作为响应。
信息操作码聚合压缩了一系列 Access 信息和响应所涉及的数据量和时间，并将这一系列交换减少为单个请求和响应。
2.7.3 复杂设备
2.7.3.1 模型元数据
2.7.3.1.1 背景
蓝牙™ Mesh 1.0 定义了配置服务器 模型。这是一个由所有设备实现的模型，包含多种状态下的配置和构成数据 。
数据构成 构成数据状态是由一系列页面构成的，每个页面都可通过配置服务器 模型请求和相应的响应来读取。具体页面以页码表示。其中，"构成数据 "页面 0 状态 （Composition Data page 0 状态 ）定义了节点由哪些元素构成，而每个元素 定义又指出了该元素 所支持的模型。
有些设备需要大量可变数据来描述其组成、配置数据和其他属性。例如，DALI（数字可寻址照明接口）设备是围绕一条通信总线构建的，最多可轻松插拔 128 个组件。当 DALI 组件成为网状网络的一部分时，它就会成为代表整个 DALI 设备的复杂网状节点中的一个元素 。DALI 节点的组成庞大而复杂，其元数据要求也因连接到 DALI 信息总线的组件类型而异。
使用配置服务器 模型定义的消息并不总能容纳与此类大型复杂设备相关的组成和元数据，因为页面可能太大，无法在单个访问消息 响应中容纳。
2.7.3.1.2 模型元数据
蓝牙™ Mesh 现在包含了模型元数据的概念。模型元数据是一系列以某种方式描述模型或模型所属元素 的一个或多个属性。元数据项有一个 16 位的标识符，它是蓝牙SIG BluetoothSIG 的标识符。 分配号码.
蓝牙网格新增了一组模型，即大型构成数据 服务器模型和大型构成数据 客户端模型。服务器模型包括一个名为 "模型元数据" 状态 Models Metadata）的状态 ，它的结构是一系列页面，从 "模型元 构成数据 第 0 页"开始。 配置服务器模型，并定义了一系列访问信息，所有这些信息都有一个 设备密钥.
中的一些网状模型 蓝牙网格模型 S规范 v1.1中的某些网格模型已得到增强，可指示其支持的一种或多种元数据类型。客户端 实施可从大型构成数据 服务器 模型的 "模型元数据页 0 状态"（Models Metadata Page 0）中检索元 构成数据 值。例如，Light Lightness 服务器模型支持Light_Purpose元数据类型。Light_Purpose元数据包含一个 16 位分配的编号，表示灯光的用途（如上射灯、下射灯或夜灯）。
2.7.3.1.3 大型构成数据 值
数据构成 构成数据中的状态 配置服务器模型仍然是包含节点的状态 构成数据 ，表示节点包含的元素及其模型。但新的大型 构成数据 服务器模型定义了一些信息，允许使用偏移参数将这些数据作为一系列部分数据来访问。这样就能容纳复杂设备（如 DALI 设备）所需的大量构成数据 。
2.7.4应用密钥 算法和供应
2.7.4.1 背景
在网络上配置设备时，未配置设备会向启动配置设备发送包含算法字段的配置能力 PDU。该字段表示设备在配置流程的应用密钥 步骤中能够用于计算确认值的算法。
以前只支持一种算法。这种算法使用 RFC 4493 中定义的 AES-CMAC 功能，简称为FIPS P-256 椭圆曲线算法。FIPS P-256 椭圆形曲线算法生成 128 位确认值。
此外，老式网状设备的配置可能不使用任何应用密钥。这就造成了维护风险，例如，在正式的启动配置设备 到场调试网络之前，当地的 "胭脂红 "启动配置设备 可能会安装好安装在高天花板上的所有灯具。如果发生这种情况，高天花板上的灯可能需要人工干预才能重置为未配置状态。
2.7.4.2 新的应用密钥 算法和供应改进
蓝牙™网状网络协议规范 1.1 版将使用 AES-CMAC 的算法更名为 BTM_ECDH_P256_CMAC_AES128_AES_CCM，并引入了一种新算法，其名称为 BTM_ECDH_P256_HMAC_SHA256_AES_CCM。新算法使用 HMAC-SHA-256 函数并生成 256 位确认值。
Bluetooth Mesh 兼容的设备必须支持新的 BTM_ECDH_P256_HMAC_SHA256_AES_CCM 算法，如果 OOB 类型字段通过设置位 1 表示 "仅支持 OOB 验证供应"，则必须使用该算法。旧设备使用基于 AES-CMAC 的旧算法时将继续得到支持。
蓝牙™ 网状协议允许未配置设备在配置过程中强制应用密钥 ，并拒绝无应用密钥的配置尝试。设备通过设置 Provisioning Capabilities PDU 中 OOB Type 字段的 Bit 1 来表明应用密钥 的这种要求。
2.7.5 健康故障代码
2.7.5.1 背景
健康客户端 和服务器模型与故障报告和诊断有关。蓝牙™ 网状网络中所有节点的主要元素 必须包括健康服务器模型。其他元素可向健康服务器模型通报故障。健康服务器模型定义了一系列与故障相关的状态，如 "当前故障"。故障由单八位位组代码表示。可用范围内的某些值为蓝牙SIG BluetoothSIG 保留，其他值则为特定供应商代码。
2.7.5.2 健康故障代码 移至分配号码
健康服务器模型使用的蓝牙技术SIG 定义的故障代码被指定为 分配号码在本版本中被指定为号码。这是一项程序性变更，可使蓝牙技术SIG 更方便、更快捷地响应成员提出的在其产品中使用新标准故障代码的要求。
2.7.6分配号码
蓝牙SIG BluetoothSIG 拥有一个标准识别号码数据库，这些号码被称为 分配号码.蓝牙技术 SIG 分配号码的完整列表。
申请添加到分配的号码列表中是一个简单的程序，所有Bluetooth SIG 会员均可使用。
2.7.7.术语变更
2.7.7.1 被供应国
未配置设备所配置的设备或应用 称为启动配置设备。 启动配置设备.为了进一步规范描述配置行为时使用的语言，蓝牙 Mesh 1.1 现在使用术语 "被配置者"（Provisionee）来指通过交换配置协议 PDU 进行配置时的未配置设备。
2.7.7.2 术语
Mesh 协议规范 1.1 为设备的生命周期、结构和配置引入了一个新的正式名称。规范中对 "终端"的概念描述如下：
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期限是节点生命周期中的一段时间，在此期间节点的结构（即特征、元素和模型）以及节点元素的单播地址不会发生变化。 为支持物理设备硬件配置的更改（如附加辅助传感器），或支持节点子系统配置的更改（如在灯具内部网络中附加新设备），可能需要启动一个新术语。节点通过填充构成数据 第 128 页（参见《网格协议规范 1.1》第 4.2.2.4 节）来显示这些更改，并在新一期开始时生效。 网络上节点的初始期限从该节点在网络上配置时开始。 当执行节点地址 刷新程序或节点组成刷新程序时，一个任期结束，一个新任期开始（参见《网格协议规范 1.1》第 3.11.8 节）。 当节点从网络中删除时，该节点在网络中的最后一个任期结束。 |
2.7.7.3 模型层
Bluetooth Mesh 1.1 协议规范的第 3 节已扩展至包括第 3.8 节，该节定义了模型层以及使用模型的规则和建议。
2.7.7.4IV索引 恢复程序和子网
对描述IV索引 恢复程序的措辞进行了改进，以明确涵盖子网。
3.蓝牙™ 网状设备配置文件
蓝牙™ 网状技术为实现许多照明和传感应用提供了丰富的功能和选项。这有助于蓝牙 Mesh 成为可扩展商业和工业应用的首选技术。然而，蓝牙 Mesh 功能的可选性可能会给实施者带来挑战，因为他们必须决定为所选的产品 细分市场选择哪些选项。如果在相同产品 细分市场中运营的供应商选择了一套不同的选项，而这些选项又不能与其他同类产品很好地配合（例如，为灯泡选择的网状功能与为电灯开关选择的功能不兼容），就会出现产品 生态系统不能互操作的情况，从而降低用户体验。
为了地址 这个问题，蓝牙SIG 提出了蓝牙网状设备配置文件（Bluetooth Mesh Device Profiles）的概念。这些配置文件是一类新的网格规范。设备配置文件定义了网状设备规范中哪些选项和功能是某类产品必须具备的。第一套网状设备配置文件基于《构建传感器驱动的照明系统》中描述的照明系统架构。 基于蓝牙网格构建传感器驱动的照明控制系统白皮书中所描述的照明系统架构。这些配置文件统称为蓝牙网络化照明控制 (NLC) 配置文件，其定义如下：
- 环境光度传感器NLC 配置文件 (ALS) 1.0- 代表环境光度传感器。
- Basic LightnessController NLC 配置文件 (BLC) 1.0- 表示带有集成controller的灯具。
- 基本场景选择器NLC 配置文件 (BSS) 1.0- 代表墙壁开关或墙壁站，用于选择照明场景或开/关灯。
- 调光控制NLC 配置文件 (DIC) 1.0- 代表墙壁滑块、转盘或长按开关功能，用于调亮/调暗灯光。
- Energy MonitorNLC 配置文件 (ENM) 1.0- 代表一个报告能耗的传感器。
- 占用传感器NLC 配置文件 (OCS) 1.0- 表示占用传感器。
有关此主题的更多信息，请参阅蓝牙网络化照明控制 (NLC) 网页。
4.结论
本文所描述的功能 改进带来了巨大的价值，是蓝牙™ Mesh 技术在广泛的实际部署中获得的经验的结晶。
Bluetooth Mesh 自六年前发布以来，已完成了众多项目，使世界各地的建筑变得更加智能、更加节能。开发人员、制造商、集成商、安装人员、维护团队和楼宇运营商都获得了宝贵的经验，并为Bluetooth Mesh 技术的改进做出了贡献。
本文介绍的蓝牙网状功能 增强实现了一些不同寻常的功能。这些新功能不仅安全性能高，而且易于使用，拥有成本低。部署蓝牙 Mesh 的商业和技术理由从未如此充分。
