摘 要

近年来随着物联网概念的不断普及，智能家居领域掀起了一股商业热潮和技术热潮，市场上出现了天猫精灵、小度和Homekit等优秀产品，其中作为产品底层支撑技术之一的是蓝牙Mesh组网技术，它是建立在低功耗蓝牙上的一种新型网状组网技术。相较于传统低功耗蓝牙组网，Mesh组网具有更好的拓展性和稳定性，可支持大量设备同时入网且支持多对多通信。本文介绍了蓝牙Mesh组网技术协议，探究了蓝牙Mesh组网系统的结构，通过搭建蓝牙Mesh组网硬件条件和编写蓝牙应用程序，初步搭建了蓝牙Mesh组网环境，实现了智能家居的蓝牙Mesh组网控制。经实验证明，蓝牙Mesh组网具有较强的稳定性和较大的自由度，能够适应复杂的智能家居联网需求，但同时该技术并不成熟，大面积组网存在网络效率低的问题，该问题在未来的协议标准中引入路由算法可以解决。

关键词：低功耗蓝牙，Mesh组网，多对多通信，智能家居联网

Abstract

In recent years, with the continuous popularization of the concept of the Internet of Things, the smart home field set off a commercial boom and technology boom, there are many outstanding products, such as the Tmall Genie , DuerOS and Homekit. The Bluetooth Mesh networking technology is one of the underlying supporting technologies of these products, it is a new Mesh networking technology which is based on Bluetooth Low Energy.

Compared with traditional Bluetooth Low Energy networking, Mesh networking has better scalability and stability. This kind of network can support a large number of devices to join in at the same time and it supports multi-to-many communication.

This paper introduces the technology protocol of Bluetooth Mesh networking, and explores the Bluetooth Mesh networking system structure, and preliminarily builds the Bluetooth Mesh networking environment by building the hardware conditions of Bluetooth Mesh networking and writing Bluetooth application programs, so as to realize the Bluetooth Mesh networking control of smart home.

It has been proved by experiments that the Bluetooth Mesh network has a strong stability and a large degree of freedom, and can adapt to the complex requirements of smart home networking. However, the technology is not mature, and there is a problem of low network efficiency in large area networking. Introduce routing algorithm into the future protocol standard can solve this problem.

Keywords: Bluetooth Low Energy, Mesh networking, many-to-many communication, smart home network

目 录

第1章 绪论 1

第2章 蓝牙技术及Mesh架构简介 3

2.1 蓝牙技术及其发展简介 3

2.2 Mesh 系统架构简介 4

第3章 Mesh技术的优势分析 6

3.1 主流物联网领域的优势分析 6

3.1.1基于WiFi的物联网技术 6

3.1.2基于Zigbee的物联网方案 6

3.1.3基于蓝牙Mesh的物联网技术 6

3.2 Mesh组网相较于传统组网的优势 7

第4章 Mesh基础概念介绍 9

4.1 Mesh网络基础名词 9

4.1.1设备和节点 9

4.1.2元 素 9

4.1.3消息 9

4.1.4地 址 9

4.1.5发布/ 订阅模型 10

4.1.6状态和属性 10

4.1.7启动配置 11

4.2 Mesh网络节点配置类型 12

4.2.1中继节点 12

4.2.2低功耗节点和好友节点 12

4.2.3代理节点（proxy） 13

第5章 蓝 牙Mesh 实际组网 14

5.1感知层设计， 14

5.1.1核心板的设计 15

5.1.2温湿度传感器设计 16

5.1.3单火开关设计 16

5.2网络层设计 19

5.3应用层配置 24

第6章 结 论 26

参考文献 27

致 谢 28

附 录 29

第1章 绪论

随着硬件设备生产成本的降低以及人们对生活水平的要求的提高，家具的智能化改造和物联网在近几年成为了市场经济的宠儿。物联网的概念自2005年就已提出，但由于硬件和技术发展的瓶颈问题，万物互联的概念虽然提出但是难以铺开，随着蓝牙5.0协议的发布以及5G面世后对于网络带宽的拓展，物联网的发展已经有了必要的技术支持。蓝牙Mesh技术是一种建立于低功耗蓝牙基础上的网状组网技术，相较于之前蓝牙的点对点网络和星形网络，网络的拓展性、稳定性和安全性都有了很大的提升。Mesh组网在Thread和Zigbee中早有应用，蓝牙的Mesh组网也有开发人员进行尝试，但是因为缺乏统一技术标准而导致各公司产品之间难以兼通，这些问题在Mesh 1.0标准发布后得以解决。

幸而2017年7月蓝牙技术联盟发布了统一的Mesh 1.0组网标准，自此国内外的蓝牙软硬件供应商便开始着手通用标准的开发使用，并将其应用到产品中，如天猫精灵、小爱同学等IOT方面成功的商业产品都利用蓝牙Mesh组网技术对智能家居进行组网控制，目前大量工厂与写字楼的照明系统也经过蓝牙Mesh的改造实现了联网控制。蓝牙Mesh技术作为物联网底层支撑技术之一，是一种便于在家居之间实现网状组网的技术，使普通人也能感受到科技的发展对于生活质量的改善，国外的蓝牙芯片生产商也对蓝牙Mesh技术进行了深度的开发，作为方案提供商为开发者提供了协议栈和开发工具等的技术支持，当前国内外对蓝牙Mesh的开发正在发展中，有许多成就的同时也存在许多待解决的问题。