藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)：走進(jìn)數(shù)據(jù)包

2018年03月12日17:11 來(lái)源：移動(dòng)通信網(wǎng)T|T

【移動(dòng)通信網(wǎng)】有很多理由能夠說(shuō)服我們，藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)將成為最成功的低功耗物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

其1.0版本大幅超出了所有人的預(yù)期。它具備所有的基本要素，包括極度深入且靈活的應(yīng)用層（詳見(jiàn)mesh模型與mesh設(shè)備屬性規(guī)格）。它將改變我們周圍事物的通信方式，在此之前，讓我們先看看到底是什么讓這一全新的全球化技術(shù)具有如此革命性的意義。

藍(lán)牙m(xù)esh涉及了許多新穎而獨(dú)特的概念，但其主要資產(chǎn)在于數(shù)據(jù)包，這也是它的一個(gè)差異化因素。它非常緊湊，這種緊湊性有助于確保藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和吞吐量。

走進(jìn)數(shù)據(jù)包

藍(lán)牙m(xù)esh是首個(gè)能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)之巨大期望的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

無(wú)線電是一種共享型媒介，而沖突就是其需要解決的主要問(wèn)題之一。這很簡(jiǎn)單：更短小的數(shù)據(jù)包就會(huì)意味著更少的沖突。但是能做到多么短小呢？答案就在mesh配置文件規(guī)格3.4.4節(jié)：最多29個(gè)字節(jié)。

當(dāng)然，這樣的設(shè)計(jì)也是從基礎(chǔ)開(kāi)始的：壓縮的二進(jìn)制有效載荷，而非文本表示。覆蓋廣泛的用例（包括互聯(lián)照明、樓宇自動(dòng)化和傳感器），應(yīng)用程序有效載荷的11個(gè)字節(jié)看起來(lái)也正合適。操作碼為1-2個(gè)字節(jié)，參數(shù)最多為10個(gè)字節(jié)，參數(shù)包括傳感器的測(cè)量值、或具有轉(zhuǎn)換時(shí)間的多維照明（亮度、色調(diào)、飽和度）。

安全與控制

除此以外，有兩個(gè)項(xiàng)目可能被視為額外但是必要的負(fù)擔(dān)：尋址/傳輸控制（SRC、DST、CTL+TTL：共5個(gè)字節(jié)）和安全性（IVI+NID、SEQ、AppMIC和NetMIC）。

IVI+NID為1個(gè)字節(jié)。這一字節(jié)有助于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)（這是否為我所知、并擁有密鑰可與之交互的網(wǎng)絡(luò)？）。SEQ是3個(gè)字節(jié)，連同緩慢傳輸?shù)腎V索引這一獨(dú)特的概念，形成了一個(gè)7字節(jié)長(zhǎng)的序列號(hào)。在mesh網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包都根據(jù)給定的SRC地址，具有唯一的序列號(hào)。這里的智能之處在于空中接口數(shù)據(jù)包中僅包含3個(gè)字節(jié)。其余的4個(gè)字節(jié)變化緩慢，并且被網(wǎng)絡(luò)所知曉。

序列的必要性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：檢測(cè)中繼數(shù)據(jù)包（非常小規(guī)模的安全攻擊），同時(shí)也是作為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序的關(guān)鍵組成部分-參見(jiàn)上述規(guī)格的第3.8.5節(jié)。

信息完整性檢查

MIC（消息完整性檢查）定義了系統(tǒng)的安全級(jí)別。藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)具有雙層安全保護(hù)——網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。消息可以通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的密鑰來(lái)進(jìn)行保護(hù)。這對(duì)于中繼節(jié)點(diǎn)是有用的，能讓其在網(wǎng)絡(luò)層上對(duì)消息進(jìn)行認(rèn)證，但卻無(wú)法篡改應(yīng)用有效載荷。將信息中繼到門(mén)鎖的燈泡無(wú)法將有效載荷從打開(kāi)改變?yōu)殛P(guān)閉，而只能檢查數(shù)據(jù)包是否屬于它自己所在的網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)層MIC可為8或4個(gè)字節(jié)長(zhǎng)。當(dāng)其為較短的形式時(shí)，它與應(yīng)用層MIC結(jié)合，仍可為8或4個(gè)字節(jié)長(zhǎng)。最終的結(jié)果是應(yīng)用程序的有效載荷具有強(qiáng)大安全性、以及靈活的尋址能力，足以滿足幾乎所有樓宇自動(dòng)化、照明控制和傳感器應(yīng)用程序所需。

而這一切都存在于非常緊湊的外形中。結(jié)合低功耗藍(lán)牙（BluetoothLowEnergy）提供的調(diào)制方案，它也是“身輕如燕”，且包括了所有必要的無(wú)線接口字段，如前導(dǎo)碼、訪問(wèn)地址和CRC，總共為47個(gè)八位字節(jié)。結(jié)果上，單一頻率上的單次傳輸時(shí)間少于400μs。相較于當(dāng)前其他無(wú)線技術(shù)，其傳輸類似消息所需的時(shí)間要少10倍。當(dāng)采用藍(lán)牙5引入的全新2MPHY時(shí)，這一優(yōu)勢(shì)還可能會(huì)翻倍。

頻譜效率

任何無(wú)線系統(tǒng)的成功從根本上都有賴于頻譜效率。這就像一架客機(jī)的成功從根本上有賴于其燃油效率一樣。談到低功耗、超短消息等，藍(lán)牙m(xù)esh比其他無(wú)線解決方案強(qiáng)出一個(gè)數(shù)量級(jí)。就數(shù)據(jù)傳輸而言，這是首個(gè)能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代巨大期望的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。