低功耗藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy）是全球最具節(jié)能性的短距離無線通信技術(shù)之一。其低功耗的特性廣受開發(fā)者和消費(fèi)者贊譽(yù)。隨著藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)的推出，開發(fā)者可能想知道藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)是否也被設(shè)計(jì)為低功耗，是否繼承了低功耗藍(lán)牙的這一優(yōu)點(diǎn)？ 答案當(dāng)然是YES！ 藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)采取了多種優(yōu)化功耗的措施，特別包括一項(xiàng)稱為“friendship” (友誼) 的特性。 概述 藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)中“friendship”（友誼）特性的應(yīng)用可能非常多樣化。一些如照明功能的產(chǎn)品會(huì)與主電源（國家電網(wǎng)）相連接，那么相較于照明本身的功耗，藍(lán)牙m(xù)esh模塊的功耗就可忽略不計(jì)。但其他產(chǎn)品，如智能傳感器或智能鎖，就會(huì)在供電方式上功耗受限，這意味著它們需要通過小型電池或能量采集技術(shù)來供電。這些產(chǎn)品最有可能利用到藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)的友誼概念。 如果您閱讀過我們藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)系列之前的文章，那么您就知道節(jié)點(diǎn)（Node）是已經(jīng)啟動(dòng)配置（Provision）并成為mesh網(wǎng)絡(luò)中一員的設(shè)備。節(jié)點(diǎn)具有與其產(chǎn)品類型相關(guān)的功能，但也可具有與網(wǎng)絡(luò)本身操作相關(guān)的功能并在其中扮演特定角色。而這取決于其所支持的mesh網(wǎng)絡(luò)特性。所有節(jié)點(diǎn)都能夠在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送并接收mesh消息，此外還可以選擇性地支持一個(gè)或多個(gè)其他網(wǎng)絡(luò)特性，如下所列： 中繼（Relay）特性：通過廣播承載層接收并重新發(fā)送mesh消息、以構(gòu)建更大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的能力。 代理（Proxy）特性：在GATT和廣播承載層之間接收并重新發(fā)送mesh消息的能力。 低功耗（Low-Power）特性：能夠以明顯較低的接收端占空比在mesh網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。通過將無線電接收器啟用時(shí)間最小化可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功耗的降低，只有在絕對(duì)必要時(shí)才啟動(dòng)接收器。低功耗節(jié)點(diǎn)（LPN）通過與好友（friend）節(jié)點(diǎn)建立友誼（friendship）關(guān)系來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 好友（Friend）特性：通過存儲(chǔ)發(fā)往LPN的消息，僅在LPN明確發(fā)出請(qǐng)求時(shí)才進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)來幫助LPN運(yùn)行的能力。 要了解“友誼”是如何幫助LPN降低功耗的，我們可以先從傳感器開始：傳感器是一個(gè)很好的例子，它可以利用“友誼”，并被用作LPN。它們通常將絕大部分時(shí)間用于傳輸數(shù)據(jù)，且很少需要接收數(shù)據(jù)。傳感器可能只有在溫度超出一系列預(yù)設(shè)的限制時(shí)才會(huì)發(fā)送溫度讀數(shù)，而這種情況每天可能只會(huì)發(fā)生兩次。正是這種不頻繁的數(shù)據(jù)傳輸才使得此類設(shè)備的能耗使用維持在較低水平。 但如果需要根據(jù)季節(jié)將這些溫度限制修改為不同的值，同時(shí)需要通過向傳感器發(fā)送配置消息來實(shí)現(xiàn)這些限制的修改呢？傳感器若想直接接收此類消息，就需要開啟無線電進(jìn)行收聽。大多數(shù)時(shí)間它什么也接收不到，卻在消耗能量。 因此，與好友節(jié)點(diǎn)的合作能夠使低功耗節(jié)點(diǎn)（LPN）規(guī)劃對(duì)無線電的使用，以適當(dāng)或更低的頻率接收消息而無需一直保持收聽。低功耗節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)好友節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪詢（Poll），查看是否有新消息（好友節(jié)點(diǎn)只會(huì)間或地對(duì)新消息進(jìn)行存儲(chǔ)）。功耗就是通過上述步驟得到節(jié)省的。 好友（Friend）和低功耗節(jié)點(diǎn)（LPN） 低功耗節(jié)點(diǎn)（LPN）必須與支持“好友”特性的另一節(jié)點(diǎn)建立“友誼”（friend）關(guān)系，以減少其接收器占空比（Duty Cycle）并節(jié)約能耗。圖1來自藍(lán)牙m(xù)esh配置文件規(guī)格，主要描繪了低功耗節(jié)點(diǎn)和好友節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，具體如下： 淺藍(lán)色：低功耗節(jié)點(diǎn) 深灰色：與特定低功耗節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的好友節(jié)點(diǎn) 淺灰色：沒有與低功耗節(jié)點(diǎn)建立關(guān)系的好友節(jié)點(diǎn) 圖 1 - mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例 好友節(jié)點(diǎn)P與低功耗節(jié)點(diǎn) I、J和K為“友誼”關(guān)系。好友節(jié)點(diǎn)O與低功耗節(jié)點(diǎn) L和M為“friendship”關(guān)系。因此，尋址到節(jié)點(diǎn)I、J或 K的消息將被好友節(jié)點(diǎn)P存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)。尋址至節(jié)點(diǎn)L或M的消息將被好友節(jié)點(diǎn) O存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。好友節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)僅在低功耗節(jié)點(diǎn)輪詢好友節(jié)點(diǎn)以獲得等待傳送的消息時(shí)才會(huì)發(fā)生。 友誼（Friendship）參數(shù) 低功耗節(jié)點(diǎn)需要找到好友節(jié)點(diǎn)，與其建立“友誼”關(guān)系。所涉及的流程稱為“友誼建立”。我們稍后會(huì)探討此流程。在此之前，先介紹一些有關(guān)對(duì)LPN行為進(jìn)行管理的關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)被設(shè)定于友誼建立過程中。 1. ReceiveDelay是從LPN向好友節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求，到其開始收聽響應(yīng)中間經(jīng)過的時(shí)間。這讓好友節(jié)點(diǎn)有時(shí)間做好響應(yīng)的準(zhǔn)備，并將響應(yīng)發(fā)回。 2. ReceiveWindow 是LPN用于收聽響應(yīng)的時(shí)間。圖2描述了涉及ReceiveDelay和ReceiveWindow的時(shí)序。 圖2 - ReceiveDelay和ReceiveWindow時(shí)序 3. PollTimeout設(shè)定了LPN發(fā)送給其好友節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)連續(xù)請(qǐng)求之間可能經(jīng)過的最長時(shí)間。如果在PollTimeout計(jì)時(shí)器到時(shí)之前，好友節(jié)點(diǎn)未能收到LPN的請(qǐng)求，則友誼關(guān)系將被終止。 圖 3 – PollTimeout時(shí)序 “友誼”建立 如果兩個(gè)人想建立友誼，可能對(duì)視一眼就已足夠！ 但對(duì)于藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)中“友誼”的建立，還需要經(jīng)過更多的步驟。 1、LPN發(fā)布一個(gè)“好友請(qǐng)求”（Friend Request）消息。該消息不會(huì)被中繼，因此只有處于直接無線電范圍內(nèi)的好友節(jié)點(diǎn)才能處理該消息。不具有“好友”特性的節(jié)點(diǎn)會(huì)將消息丟棄。“好友請(qǐng)求” 消息包括LPN的ReceiveDelay、ReceiveWindow和PollTimeout參數(shù)。 2、附近的好友節(jié)點(diǎn)若支持“好友請(qǐng)求”消息中特定的要求，將準(zhǔn)備一個(gè)“Friend Offer”消息，并將其發(fā)送回LPN。該消息包括各種參數(shù)，包括支持的ReceiveWindow大小、可用的消息隊(duì)列大小、可用的訂閱列表（Subscription List）大小、以及由好友節(jié)點(diǎn)測量的RSSI值。 3、LPN接收到“Friend Offer”消息時(shí)，通過應(yīng)用一種實(shí)施專用的算法來選擇合適的好友節(jié)點(diǎn)。該算法可能會(huì)考慮到各種各樣的情況。某些設(shè)備可能會(huì)優(yōu)先考慮ReceiveWindow大小，以盡可能減少功耗；而有些設(shè)備則可能會(huì)更加關(guān)注RSSI值，以確保能夠與好友節(jié)點(diǎn)保持高質(zhì)量的鏈路。所采用的精確算法由產(chǎn)品開發(fā)者決定。 4、選擇好友節(jié)點(diǎn)之后，LPN將向好友節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)“Friend Poll”輪詢消息。 5、從LPN收到“好友輪詢”（Friend Poll）消息后，好友節(jié)點(diǎn)會(huì)回復(fù)一個(gè)“Friend Update”更新消息，完成“好友” 建立流程并提供安全參數(shù)。此時(shí)“友誼”得以建立。