内容提要

在人工智能物联网（AIoT）时代背景下，蓝牙连接技术在近场通信领域中举足轻重。蓝牙mesh技术是蓝牙SIG组织于2017年7月首发的，技术新颖，优势明显。阿里巴巴是*早研究蓝牙mesh技术并产品化的公司，通过项目实战积累技术经验和解决方案，本书全面地介绍蓝牙mesh技术，包括广播、配网、安全、协议等关键内容，以及阿里巴巴的具体实践方案——IoTConnect Kit解决方案。该方案包含了语音配网&控制、互联互通标准、智能家电规范、SDK、模组、产品、认证体系等一系列提高行业智能化改造效率的工具包。

本书适合物联网开发者、智能硬件开发者、天猫精灵生态开发者、微电子学、电子工程、计算机等相关专业的学生、人工智能物联网兴趣爱好者或发烧友阅读。

专家推荐

自蓝牙mesh作为新一代的连接技术推出以来，我们一直在密切跟进和**这项协议的完善，阿里巴巴作为SIG国际蓝牙组织智能家居专项组主席，经过不断的实践与努力，推出了开源的自研蓝牙mesh协议栈，还建立起越来越强大的蓝牙mesh生态。阿里巴巴物联网操作系统AliOS Things所具备的蓝牙能力，正在服务于诸多蓝牙网关厂商。我们相信，通过对蓝牙mesh等连接技术更好的理解与使用，我们终将实现万物连接，从而走向万物智联。
库伟
阿里巴巴集团 副总裁

 

我应阿里各位同学的盛情邀请为这本书作序，深感荣幸，收到书稿当夜就一口气从头读到尾。本书用大量的篇幅对蓝牙mesh的整个设计理念及协议层级进行了讲解，对于想要快速了解蓝牙mesh的开发者来说应该是**的读物。更可贵的是，书中还结合天猫精灵产品给出了有针对性的实例，真正让开发者看到蓝牙mesh是如何从标准落地到产品的。希望本书能帮助更多的蓝牙开发者了解蓝牙mesh技术，并投入蓝牙mesh产品开发中来。
金海鹏  博士
泰凌微电子 共同创始人/COO

作者简介

茹忆，花名忘之，现任阿里巴巴研究员，阿里巴巴天猫精灵终端总经理。中国**代智能手机和IoT产品研发制造者，领导开发了中国**款安卓手机，历任天猫魔盒和电视系统的产品研发负责人，2017年领导研发了阿里巴巴**款人工智能语音助手——天猫精灵。

胡俊锋，花名崮徳，蓝牙BLE&mesh方面的资深专家，曾负责设计功能手机、智能手机以及物联网通信模块（2G/3G Module），主导设计了GPS追踪器、平板电脑等智能硬件，以及智能防丢器、智能钱包、智能行李牌等30多个产品，累计提交了20多项的物联网专利。现在阿里巴巴人工智能实验室负责AIoT总体架构设计，是蓝牙mesh从0到1落地天猫精灵开放平台的负责人，沉淀了一套IoTConnect Kit赋能产业链。

目  录

第 1 章 蓝牙 mesh 介绍 / 1 

1.1 蓝牙技术简介 / 1 

1.2 蓝牙 mesh 的基本概念 / 3 

第 2 章 蓝牙 mesh 协议 / 11 

2.1 承载层 / 12 

2.1.1 广播承载器 / 12 

2.1.2 GATT 承载器 / 12 

2.2 网络层 / 13 

2.2.1 地址 / 13 

2.2.2 网络层 PDU / 15 

2.2.3 网络层接口 / 17 

2.2.4 网络层行为 / 18 

2.3 底层传输层 / 18 

2.3.1 底层传输层 PDU / 19 

2.3.2 分包和组包 / 22 

2.4 上层传输层 / 26 

2.4.1 上层传输层访问 PDU / 26 

2.4.2 上层传输层控制 PDU / 27

2.4.3 上层传输层行为 / 27 

2.4.4 朋友关系 / 28 

2.4.5 心跳消息 / 28 

2.5 访问层 / 30 

2.5.1 访问层数据包 / 30 

2.5.2 访问层的行为 / 31 

2.5.3 两种类型的消息 / 32 

2.5.4 订阅和发布 / 32 

2.5.5 消息序列 / 34 

2.6 基础模型层 / 35 

第 3 章 蓝牙 mesh 广播 / 41 

3.1 管理型网络洪泛 / 41 

3.1.1 信息缓存队列 / 42 

3.1.2 TTL 字段 / 42 

3.2 蓝牙 mesh 广播的数据格式 / 43 

3.2.1 Mesh Beacon / 43 

3.2.2 PB-ADV / 46 

3.2.3 Mesh Message / 47

第 4 章 蓝牙 mesh 配网 / 48 

4.1 蓝牙 mesh 配网概述 / 48 

4.1.1 配网角色 / 48 

4.1.2 配网流程 / 49 

4.2 蓝牙 mesh 配网协议 / 49 

4.2.1 配网的协议栈 / 49 

4.2.2 承载层 / 50 

4.2.3 传输层 / 51 

4.2.4 配网协议 / 51 

4.3 蓝牙 mesh 配网流程 / 52 

4.3.1 信标阶段 / 52 

4.3.2 邀请阶段 / 54 

4.3.3 交换公钥阶段 / 55 

4.3.4 身份认证阶段 / 58 

4.3.5 分发配网数据 / 62 

4.4 低功耗蓝牙设备配网 / 63 

4.4.1 基本原理 / 63 

4.4.2 代理节点 / 64 

4.4.3 蓝牙 mesh 代理服务 / 64 

4.4.4 代理协议 / 65 

4.4.5 代理过滤器 / 65 

4.4.6 智能手机或平板电脑的角色 / 66 

第 5 章 蓝牙 mesh 安全 / 67 

5.1 IoT 设备的安全威胁 / 67 

5.2 蓝牙 mesh 的安全策略 / 68 

5.2.1 现有安全策略 / 68 

5.2.2 三元组 / 69 

5.3 蓝牙 mesh 安全规范 / 70 

5.3.1 消息加密 / 70 

5.3.2 报文序列号 / 71 

5.3.3 IV 索引 / 71 

5.3.4 Nonce / 72 

5.3.5 密钥 / 74 

5.3.6 消息安全性 / 77 

第 6 章 蓝牙 mesh 模型 / 81 

6.1 基础模型 / 81 

6.1.1 配置模型 / 81 

6.1.2 多个 Key 索引的组合 / 82 

6.1.3 AppKey / 83 

6.1.4 模型与 AppKey / 85 

6.1.5 心跳广播 / 86 

6.1.6 模型订阅 / 88 

6.2 通用模型 / 89 

6.2.1 通用服务模型字段说明 / 90 

6.2.2 通用开关服务模型 / 91 

6.3 Lighting Server 模型 / 93 

6.3.1 Lightness 状态 / 95 

6.3.2 Light Lightness 状态 / 97 

6.3.3 Light CTL 状态 / 104 

6.3.4 Lighting 模型总结 / 111 

6.4 厂商自定义模型 / 112 

第7 章 蓝牙mesh 低 功耗 / 113 

7.1 标准蓝牙 mesh 低功耗 / 113 

7.1.1 蓝牙 mesh 低功耗简介 / 113 

7.1.2 Friend 节点与低功耗节点 / 113 

7.1.3 蓝牙 mesh 低功耗的控制消息 / 114 

7.2 精灵低功耗 / 118 

7.2.1 精灵低功耗的实现方案 / 118 

7.2.2 精灵低功耗在红外遥控器中的应用 / 118 

第 8 章 蓝牙 mesh 落地方案浅析 / 121 

8.1 蓝牙 mesh 在智能音箱上的应用 / 121 

8.1.1 搜索 / 121 

8.1.2 连接 / 122 

8.1.3 配置、控制 / 122 

8.2 蓝牙 mesh 软件框架简介 / 124 

8.3 一种 ADVBearer 在 Android 上的实现 / 126 

第 9 章 天猫精灵 IoT 开放平台 / 129 

9.1 天猫精灵 IoT 开放平台介绍 / 129 

9.1.1 接入方式 / 129 

9.1.2 平台亮点 / 130 

9.2 如何创建一个产品 / 130 

9.2.1 接入流程 / 131 

9.2.2 产品定义 / 131 

9.2.3 人机交互 / 135 

9.2.4 设备调试 / 138 

9.2.5 软件发布 / 138 

9.3 调试中心 / 139 

9.3.1 调试准备 / 140 

9.3.2 语音调试 / 142 

9.3.3 触屏图形界面调试 / 142 

9.3.4 指令下发调试 / 143 

9.4 产品量产 / 144 

9.4.1 三元组介绍 / 144 

9.4.2 产品量产流程 / 144 

9.5 蓝牙 mesh 协议定制 / 146 

9.5.1 广播 / 146 

9.5.2 mesh 数据的接收和发送 / 147 

9.5.3 消息回复规则 / 149 

9.5.4 配网鉴权 / 149 

9.5.5 配网过程定制 / 150 

9.5.6 模型订阅列表 / 150 

9.5.7 设备上电规范 / 150 

9.5.8 设备同步规范 / 151 

9.5.9 设备复位规范 / 151 

9.6 蓝牙 mesh 扩展协议 / 151 

9.6.1 模型 / 152 

9.6.2 扩展消息 / 152 

9.6.3 智能家居设备 / 157 

9.6.4 样本数据 / 157 

9.7 蓝牙 mesh 灯泡开发实例 / 159 

9.7.1 模型分析 / 159 

9.7.2 代码实操 / 161 

参考文献 / 167