智能家居，最近熱度有些降低了，熱度的降低并不是說大家關注度下降或者說對這個方向不看好，而是說明對這個方向的認識變得清晰，無論是市場需求還是現(xiàn)有解決方案，從幾年前單純的概念熱炒上升到對可落地技術、方案的思考和嘗試。

　　智能家居的核心系統(tǒng)，是基于無線通信傳輸系統(tǒng)的智能檢測、控制系統(tǒng)，有線通信技術作為在某些場景的局部補充。智能家居，顧名思義就是智能化的家居系統(tǒng)，最近幾年的技術進步和行業(yè)發(fā)展在智能化方面取得了很多成功，很多應用也切中了痛點，比如智能照明系統(tǒng)、智能能源管理系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等;但目前這些系統(tǒng)大都是獨立運行。究其原因，除了在該領域沒有出現(xiàn)獨角獸類型的公司之外，很大原因是并沒有出現(xiàn)針對多個系統(tǒng)平滑接入、并存的技術解決方案。2017年年底藍牙SIG推出的MESH V1.0技術（后文簡稱SIG MESH），正是針對市場現(xiàn)狀提供解決方案的技術，無論未來該技術能否在智能家居系統(tǒng)中推廣普及，其初衷的確是如此。本文將解讀SIG MESH提供的智能家居解決方案。

　　SIG MESH按照正常的網(wǎng)絡層次劃分，從上到下為Model Layer， Foundation Model Layer， Access Layer， Upper Transport Layer， Lower Transport Layer， Network Layer， Bearer Layer。SIG MESH還是基于BLE技術，通過Bearer Layer和BLE core完成對接;SIG MESH最上層提供的應用接口通過Model Layer實現(xiàn)，針對不同的應用SIG有可供參考的model，比如針對照明系統(tǒng)的Light Model，同時也提供了可擴展的空間，用戶可以自己定義model來完成各種不同的應用。SIG MESH的網(wǎng)絡結構如圖1所示：

　　圖1 ：SIG MESH 網(wǎng)絡層次

　　作為完整的MESH通信協(xié)議，最重要的部分就是安全機制，包括設備加入系統(tǒng)的安全認證和網(wǎng)絡通訊的安全機制。安全的部分在SIG MESH協(xié)議中貫穿始終，安全方面的算法主要有5個，包括一個橢圓算法和四個key產(chǎn)生、認證算法。

　　橢圓算法可以參考MESH協(xié)議的5.4.3.1部分，具體描述如下

　　圖2：橢圓算法描述

　　橢圓算法作為SIG MESH協(xié)議中對加入的網(wǎng)絡設備進行身份驗證的一種算法，提供很好的加密算法。該橢圓算法屬于復雜度中等的算法，大部分MCU都可以實現(xiàn)。這一點還是值得稱贊的，不像Homekit的一系列加解密算法要求實在太高，而且還要Apple公司自己的芯片來配合，這無疑大大抬高了Homekit的進入門檻，畢竟消費者在滿足需求的前提下還是會選擇成本低的產(chǎn)品。

　　MESH協(xié)議的4個key加解密算法，都是基于AES，只要支持4.0以上版本的加解密feature，就可以很好的對MESH協(xié)議要求的4種加解密算法提供支持。

　　智能家居系統(tǒng)，涵蓋的設備很多，包括照明、安防、白色家電、窗簾、門鎖等等。能否把這些東西都裝到一個網(wǎng)絡里面？目前現(xiàn)有的技術無法做到，因為不同的設備屬性不同，不同設備之間的應用也有很大差異。藍牙SIG MESH協(xié)議，的確很超前，通過2個主要的feature來解決智能家居的問題。

　　SIG MESH的第一個主要feature是來解決不同屬性的設備在同一個MESH網(wǎng)絡中的共存。MESH協(xié)議本質上來看，不是低功耗特性的，MESH節(jié)點設備大多數(shù)時間的工作狀態(tài)在監(jiān)聽狀態(tài)，該工作模式功耗較大;智能家居的很多設備，比如門鎖、傳感器節(jié)點設備等，是電池供電的，對低功耗有比較高的要求。為了解決這些不同屬性的設備共存，MESH協(xié)議設計了一種“friend”節(jié)點設備屬性。friend節(jié)點是有低功耗要求的節(jié)點，它可以大多數(shù)時間在睡眠狀態(tài)，它通過“friendship”來和其它的設備節(jié)點進行通信;friend節(jié)點的收發(fā)信息，可以在其它設備處進行保存;friend節(jié)點進入收發(fā)狀態(tài)后，可以向其綁定的節(jié)點設備請求緩存的接收數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)到該設備節(jié)點。圖3給出了一個典型的帶低功耗節(jié)點設備的SIG MESH網(wǎng)絡拓撲圖。

　　圖3：帶低功耗節(jié)點的MESH網(wǎng)絡拓撲

　　在圖3示出的網(wǎng)絡中，I、J、K、L、M均為低功耗設備，他們通過O設備和P設備進行數(shù)據(jù)的收發(fā)、緩存，O設備和P設備為MESH網(wǎng)絡中支持friendship的節(jié)點設備。

　　SIG MESH的第二個主要feature是多個MESH網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)實現(xiàn)互相之間的轉發(fā)并保證網(wǎng)絡間的獨立性和可靠性。智能家居中會同時存在不同幾個網(wǎng)絡，如智能照明系統(tǒng)、空氣質量檢測系統(tǒng)等，這些網(wǎng)絡有自身的特性，但由于這些節(jié)點設備使用的無線通訊技術和節(jié)點位置限制， 節(jié)點之間不一定能夠直接通信。

　　考慮圖4中示出的一套智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括16個燈設備，分布在臥室、衛(wèi)生間、客廳和餐廳區(qū)域，這些燈可以單獨控制，并能夠組合一起實現(xiàn)各種場景;包括4個空氣質量檢測器（A1~A4），分布在四個位置來監(jiān)測室內(nèi)空氣質量狀況;包括4個窗簾控制器（C1~C4），根據(jù)室內(nèi)空氣質量來控制四個窗戶的開關;包括1個家居數(shù)據(jù)集中器（D1），會紀錄所有設備的工作狀態(tài)。如果要達到這些預期，就要解決幾個問題：

　　1、燈設備之間需要組成網(wǎng)絡，相互之間可以通信，可以被分組控制;

　　2、空氣質量檢測器需要跟家居數(shù)據(jù)集中器通信，把空氣質量信息匯集到數(shù)據(jù)集中器，即A1~A4需要和D1進行通信;

　　3、數(shù)據(jù)集中器需要對窗簾控制器發(fā)送命令進行控制，即D1要和C1~C4進行通信。

　　圖4：智能家居系統(tǒng)

　　問題1的比較容易解決，目前的智能照明系統(tǒng)已經(jīng)可以通過MESH技術解決了燈的單個控制和分組控制問題;問題2，在當前比較難，因為A1~A4分散在各處，如果跟D1設備直接通信，這對A1~A4設備的無線通信性能和低功耗性能都提出了很高的要求，但如果讓A設備和燈能夠通信，然后借助燈的MESH網(wǎng)絡和D1通信，這就簡單多了;問題3，面臨同樣和2同樣的問題，解決方案也是相同，借助燈的MESH網(wǎng)絡能夠完美的解決問題。那就有下圖的系統(tǒng)方案了：

　　A3借助燈5來完成和D1的通信;

　　D1借助燈1完成和C3的通信;

　　A1借助燈16、13、12、3完成和D1的通信;

　　C1借助燈16、13、12、3完成和D1的通信。

　　這個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模式可以由圖5示出的數(shù)據(jù)流來完成。

　　圖5：智能家居系統(tǒng)MESH 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流

　　那么在MESH V1.0的協(xié)議里面怎么實現(xiàn)上述系統(tǒng)呢？必須再回到圖1所示的MESH網(wǎng)絡分層，這個網(wǎng)絡結構提供了多種應用的上層接口，同時底層提供了可以轉發(fā)不同網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的能力。

　　Model layer作為最上層的用戶接口，可以介入各種設備的model，包括藍牙官方model和用戶自定義model。不同的model對應不同的行為，在圖5的系統(tǒng)中同時存在三種不同的設備，那就可以定義三種不同的model，包括燈model、空氣檢測器model、窗簾控制器model，這三種model除了各自的行為不同之外，還可以設置各自的加密密鑰，這樣就可以保證不同設備的數(shù)據(jù)包借用其它設備轉發(fā)數(shù)據(jù)的同時又保證設備所在網(wǎng)絡的獨立性和安全性。

　　根據(jù)智能家居系統(tǒng)要求的多種設備要求，在其它的層次（FoundaTIon Model Layer，AccessLayer等）進行相關的配置就可以完成對Model Layer要求的多種數(shù)據(jù)包轉發(fā)的功能支持。

　　筆者最近幾年一直關注各種無線通信技術的進展，藍牙技術是最近幾年最活躍、技術發(fā)展最迅速的技術。智能家居是未來幾年消費電子最具爆發(fā)力的領域，SIG MSEH技術的推出，無疑讓藍牙又搶得了先機。