MESH概念和协议

一路上

MESH概念

Mesh网络是用于建立多对多（many：many）设备通信的新的网络拓扑。是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联；具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。

Mesh主要几种协议

Wi-Fi Mesh：Wi-Fi Mesh是一种基于802.11标准【1】的无线Mesh网络协议，通过使用Wi-Fi技术实现终端设备之间的相互通信和互联。Wi-Fi Mesh具有较高的数据传输速率和较大的覆盖范围，适用于大型企业和校园等场景。

蓝牙Mesh：蓝牙Mesh是一种基于802.15.1标准【2】的无线Mesh网络协议，通过使用蓝牙技术实现终端设备之间的相互通信和互联。蓝牙Mesh具有较低的功耗和较小的设备成本，适用于智能家居和物联网等场景。

Zigbee Mesh：Zigbee Mesh是一种基于802.15.4标准【3】的无线Mesh网络协议，通过使用Zigbee技术实现终端设备之间的相互通信和互联。Zigbee Mesh具有较低的数据传输速率和较低的功耗，适用于智能家居、工业自动化等场景。

6LoWPAN Mesh：6LoWPAN Mesh是一种基于6LoWPAN标准【4】的无线Mesh网络协议，通过使用无线传感器网络技术实现终端设备之间的相互通信和互联。6LoWPAN Mesh具有较低的功耗和较小的设备成本，适用于物联网和智能城市等场景。

MESH协议：flooding协议和路由协议

Bluetooth MESH目前采用的是基于flooding协议（CSR洪泛式）的MESH网络技术。在发布的协议版本中，有提到在未来的修订版本中可能会加入基于路由协议的MESH网络。

Flooding MESH协议：适合规模小的网络，不适合数据量大的应用场景。在网络层中的数据包都是以广播的形式发送并且转发。会在网络中产生大量重复发送的数据。


MESH拓扑结构：“多跳(multi-hop)”网络

四种连接:
1. ADV(Not Relayed) :两个节点之间可以互相收发广播滿息,但是由于不是中继节点,不能中继转发数据包;
2. ADV(Low power) :用于low powermode与friend node之间收发数据包.如上图中的J与P之间的连接、L与0之间的连擅。在这个连接上, low power node会主动发起请求建立friendship连接,以及从friend node查询是否有自己的数据。
3. ADV Bearer :两个节点之间可以基于aderisingbearer收发广播消息.并且可以作为中继转发;
4.GATT Bearer :用于没有ADVbearer能力的节点也能参与MESH网络。比如,节点T可以通过代理协议与其它节点在GATT连接上收发代理PDU。

五种节点:
1. Node:网络边缘的节点,没有relay功能。
2. Low power node.低功耗节点.由于有friendnode的存在, low power node不需要一直在广 播信道发送或者监听数据包，可以更节省功耗。Low power node只需要定期的从它的iriend node查询是否有数据到达就可以。
3. Relay node.是网络层扩展网络覆盖范围的核心节点.在接收到其它节点发送的数据包之后,根据网络的设定条件判断是否需要转发。
4. Friend node.作为low powernode的代理节点功能,当有low power node节点的数据下达时。可以在friend node缓存，等待low power node查询并且获取。
5. Friend fealure(not used).在上图中,节点N具有triendealure ,但是它没有相应的Iow power node ,所以riend feature没有使用。

MESH优势和劣势

协议	频点	网络规模(理论值)	推出时间	芯片厂商	开源协议栈	芯片价格
蓝牙	ISM2.4G	65536	2017	高通、Nordic、国民	无	低
Zigbee	ISM2.4G/868M/915M	65536	2004	TI、ST、Nordic、NXP	有	高

1.优点：网络自动修复   

他的优点是，自动无缝漫游，跨路由时不掉线。

弱信号自动去掉，会自动去连接强的路由器信号，还可以自同步，修改主路由器，子路由会自动同步wifi等参数配置信息。

网络的自修复功能拓扑的自适应，连接方式分为：有线连接、无线连接、有线无线混合连接。

2.缺点：节点过多。

他的缺点也很明显延迟由于每次转发都需要一定延迟，多次转发之后延迟较高。

特别是无线回传时采用链型连接，对于实时性要求较高的网络，mesh网络就不适合了。

节点不能过多，特点是无线回传时，过多的节点会影响带宽容量。

MESH协议栈架构

1. Model layer：标准化典型用户场景的操作，这些操作通过Bluetooth Mesh Model specification协议来定义。各层的定义描述如下：
2. Foundation Model layer：定义了用于配置和管理mesh网络的状态、消息以及model。
3. Access layer： 定义了高层应用如何访问upper transport layer。该层定义了应用数据包的格式。同时，高层应用数据的加解密功能定义在这一层完成。
4. Upper transport layer：对应用数据进行加解密以及鉴权。
5. Lower transport layer：主要对upper transport layer的数据包进行分段和重组。
6. Network layer： 网络层是MESH网络的关键层。这一层主要负责将传输层的数据包传输给一个或者多个其它节点。数据包是否被拒绝、或者被在本节点做进一步处理、或者数据包将会被前传给其它节点是网络层的核心功能。同时，网络层还对本层消息进行加解密和鉴权。
7. Bearer layer：定义了网络层数据包如何在节点之间传递。当前协议版本定义了两种承载，一种是广播承载，另一种是GATT承载。
8. Bluetooth low energy core specification：这一层是在MESH协议发布之前所定义的BLE core specification。

从上面的协议栈架构可以看到，Bluetooth MESH协议及在Bluetooth low energy协议的基础之上，添加了七层协议栈，主要添加了加解密、数据包中继、数据包的分段与重组等功能。

结语

Mesh网络的选择取决于终端应用程序或生态系统；有许多已经建立了的生态系统，如飞利浦 Hue，亚马逊 Echo Plus 和 Comcast Xfinity。 如果一个设备制造商想与这些生态系统进行交互操作，Zigbee 是最佳选择。 如果没有为应用程序指定生态系统，那么还有许多其他的协议选择。

蓝牙Mesh都是可行的选择，也是除了 Zigbee 之外最常见的选择。 集成电路供应商提供的开发工具在Mesh网络开发的速度上有很大的影响。 数据包跟踪和多节点能量分析等工具可以确保所选择的Mesh网络得到有力的支撑。 最终，网络的大小，所需的延迟，预期的吞吐量和整体的可靠性将驱动网格协议的选择。