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，是基于無線通信傳輸系統的智能檢測、控制系統，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，最近幾年的技術進步和行業發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、智能能源管理系統、安防系統等;但目前這些系統大都是獨立運行。究其原因，除了在該領域沒有出現獨角獸類型的公司之外，很大原因是并沒有出現針對多個系統平滑接入、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，針對不同的應用SIG有可供參考的model，比如針對照明系統的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的網絡結構如圖1所示：

　　圖1 ：SIG MESH 網絡層次

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

　　橢圓算法可以參考MESH協議的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協議中對加入的網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。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品。

　　MESH協議的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協議要求的4種加解密算法提供支持。

　　智能家居系統，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絡里面？目前現有的技術無法做到，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網絡中的共存。MESH協議本質上來看，不是低功耗特性的，MESH節點設備大多數時間的工作狀態在監聽狀態，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協議設計了一種“friend”節點設備屬性。friend節點是有低功耗要求的節點，它可以大多數時間在睡眠狀態，它通過“friendship”來和其它的設備節點進行通信;friend節點的收發信息，可以在其它設備處進行保存;friend節點進入收發狀態后，可以向其綁定的節點設備請求緩存的接收數據或者發送數據到該設備節點。圖3給出了一個典型的帶低功耗節點設備的SIG MESH網絡拓撲圖。

　　圖3：帶低功耗節點的MESH網絡拓撲

　　在圖3示出的網絡中，I、J、K、L、M均為低功耗設備，他們通過O設備和P設備進行數據的收發、緩存，O設備和P設備為MESH網絡中支持friendship的節點設備。

　　SIG MESH的第二個主要feature是多個MESH網絡設備的數據實現互相之間的轉發并保證網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絡，如智能照明系統、空氣質量檢測系統等，這些網絡有自身的特性，但由于這些節點設備使用的無線通訊技術和節點位置限制， 節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，系統中包括16個燈設備，分布在臥室、衛生間、客廳和餐廳區域，這些燈可以單獨控制，并能夠組合一起實現各種場景;包括4個空氣質量檢測器（A1~A4），分布在四個位置來監測室內空氣質量狀況;包括4個窗簾控制器（C1~C4），根據室內空氣質量來控制四個窗戶的開關;包括1個家居數據集中器（D1），會紀錄所有設備的工作狀態。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據集中器通信，把空氣質量信息匯集到數據集中器，即A1~A4需要和D1進行通信;

　　3、數據集中器需要對窗簾控制器發送命令進行控制，即D1要和C1~C4進行通信。

　　圖4：智能家居系統

　　問題1的比較容易解決，目前的智能照明系統已經可以通過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網絡能夠完美的解決問題。那就有下圖的系統方案了：

　　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。

　　這個網絡數據傳輸模式可以由圖5示出的數據流來完成。

　　圖5：智能家居系統MESH 網絡數據流

　　那么在MESH V1.0的協議里面怎么實現上述系統呢？必須再回到圖1所示的MESH網絡分層，這個網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不同網絡數據包的能力。

　　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據包借用其它設備轉發數據的同時又保證設備所在網絡的獨立性和安全性。

　　根據智能家居系統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要求的多種數據包轉發的功能支持。

　　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、技術發展最迅速的技術。智能家居是未來幾年消費電子最具爆發力的領域，SIG MSEH技術的推出，無疑讓藍牙又搶得了先機。