智能家居，最近熱度有些降低了，熱度的降低并不是說(shuō)大家關(guān)注度下降或者說(shuō)對(duì)這個(gè)方向不看好，而是說(shuō)明對(duì)這個(gè)方向的認(rèn)識(shí)變得清晰，無(wú)論是市場(chǎng)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(duì)可落地技術(shù)、方案的思考和嘗試。

　　智能家居的核心系統(tǒng)，是基于無(wú)線通信傳輸系統(tǒng)的智能檢測(cè)、控制系統(tǒng)，有線通信技術(shù)作為在某些場(chǎng)景的局部補(bǔ)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(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展在智能化方面取得了很多成功，很多應(yīng)用也切中了痛點(diǎn)，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(dú)立運(yùn)行。究其原因，除了在該領(lǐng)域沒(méi)有出現(xiàn)獨(dú)角獸類型的公司之外，很大原因是并沒(méi)有出現(xiàn)針對(duì)多個(gè)系統(tǒng)平滑接入、并存的技術(shù)解決方案。2017年年底藍(lán)牙SIG推出的MESH V1.0技術(shù)（后文簡(jiǎn)稱SIG MESH），正是針對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)狀提供解決方案的技術(shù)，無(wú)論未來(lái)該技術(shù)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(luò)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(shù)，通過(guò)Bearer Layer和BLE core完成對(duì)接;SIG MESH最上層提供的應(yīng)用接口通過(guò)Model Layer實(shí)現(xiàn)，針對(duì)不同的應(yīng)用SIG有可供參考的model，比如針對(duì)照明系統(tǒng)的Light Model，同時(shí)也提供了可擴(kuò)展的空間，用戶可以自己定義model來(lái)完成各種不同的應(yīng)用。SIG MESH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

　　圖1 ：SIG MESH 網(wǎng)絡(luò)層次

　　作為完整的MESH通信協(xié)議，最重要的部分就是安全機(jī)制，包括設(shè)備加入系統(tǒng)的安全認(rèn)證和網(wǎng)絡(luò)通訊的安全機(jī)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(gè)，包括一個(gè)橢圓算法和四個(gè)key產(chǎn)生、認(rèn)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(duì)加入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行身份驗(yàn)證的一種算法，提供很好的加密算法。該橢圓算法屬于復(fù)雜度中等的算法，大部分MCU都可以實(shí)現(xiàn)。這一點(diǎn)還是值得稱贊的，不像Homekit的一系列加解密算法要求實(shí)在太高，而且還要Apple公司自己的芯片來(lái)配合，這無(wú)疑大大抬高了Homekit的進(jìn)入門檻，畢竟消費(fèi)者在滿足需求的前提下還是會(huì)選擇成本低的產(chǎn)品。

　　MESH協(xié)議的4個(gè)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(duì)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(shè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)里面？目前現(xiàn)有的技術(shù)無(wú)法做到，因?yàn)椴煌脑O(shè)備屬性不同，不同設(shè)備之間的應(yīng)用也有很大差異。藍(lán)牙SIG MESH協(xié)議，的確很超前，通過(guò)2個(gè)主要的feature來(lái)解決智能家居的問(wèn)題。

　　SIG MESH的第一個(gè)主要feature是來(lái)解決不同屬性的設(shè)備在同一個(gè)MESH網(wǎng)絡(luò)中的共存。MESH協(xié)議本質(zhì)上來(lái)看，不是低功耗特性的，MESH節(jié)點(diǎn)設(shè)備大多數(shù)時(shí)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(shè)備，比如門鎖、傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備等，是電池供電的，對(duì)低功耗有比較高的要求。為了解決這些不同屬性的設(shè)備共存，MESH協(xié)議設(shè)計(jì)了一種“friend”節(jié)點(diǎn)設(shè)備屬性。friend節(jié)點(diǎn)是有低功耗要求的節(jié)點(diǎn)，它可以大多數(shù)時(shí)間在睡眠狀態(tài)，它通過(guò)“friendship”來(lái)和其它的設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信;friend節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信息，可以在其它設(shè)備處進(jìn)行保存;friend節(jié)點(diǎn)進(jìn)入收發(fā)狀態(tài)后，可以向其綁定的節(jié)點(diǎn)設(shè)備請(qǐng)求緩存的接收數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)到該設(shè)備節(jié)點(diǎn)。圖3給出了一個(gè)典型的帶低功耗節(jié)點(diǎn)設(shè)備的SIG MESH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

　　圖3：帶低功耗節(jié)點(diǎn)的MESH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

　　在圖3示出的網(wǎng)絡(luò)中，I、J、K、L、M均為低功耗設(shè)備，他們通過(guò)O設(shè)備和P設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)、緩存，O設(shè)備和P設(shè)備為MESH網(wǎng)絡(luò)中支持friendship的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

　　SIG MESH的第二個(gè)主要feature是多個(gè)MESH網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互相之間的轉(zhuǎn)發(fā)并保證網(wǎng)絡(luò)間的獨(dú)立性和可靠性。智能家居中會(huì)同時(shí)存在不同幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如智能照明系統(tǒng)、空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)等，這些網(wǎng)絡(luò)有自身的特性，但由于這些節(jié)點(diǎn)設(shè)備使用的無(wú)線通訊技術(shù)和節(jié)點(diǎn)位置限制， 節(jié)點(diǎn)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(gè)燈設(shè)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(dú)控制，并能夠組合一起實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景;包括4個(gè)空氣質(zhì)量檢測(cè)器（A1~A4），分布在四個(gè)位置來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況;包括4個(gè)窗簾控制器（C1~C4），根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量來(lái)控制四個(gè)窗戶的開關(guān);包括1個(gè)家居數(shù)據(jù)集中器（D1），會(huì)紀(jì)錄所有設(shè)備的工作狀態(tài)。如果要達(dá)到這些預(yù)期，就要解決幾個(gè)問(wèn)題：

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

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

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

　　圖4：智能家居系統(tǒng)

　　問(wèn)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(guò)MESH技術(shù)解決了燈的單個(gè)控制和分組控制問(wèn)題;問(wèn)題2，在當(dāng)前比較難，因?yàn)锳1~A4分散在各處，如果跟D1設(shè)備直接通信，這對(duì)A1~A4設(shè)備的無(wú)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(shè)備和燈能夠通信，然后借助燈的MESH網(wǎng)絡(luò)和D1通信，這就簡(jiǎn)單多了;問(wèn)題3，面臨同樣和2同樣的問(wèn)題，解決方案也是相同，借助燈的MESH網(wǎng)絡(luò)能夠完美的解決問(wèn)題。那就有下圖的系統(tǒng)方案了：

　　A3借助燈5來(lái)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(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模式可以由圖5示出的數(shù)據(jù)流來(lái)完成。

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

　　那么在MESH V1.0的協(xié)議里面怎么實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)呢？必須再回到圖1所示的MESH網(wǎng)絡(luò)分層，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了多種應(yīng)用的上層接口，同時(shí)底層提供了可以轉(zhuǎn)發(fā)不同網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的model，包括藍(lán)牙官方model和用戶自定義model。不同的model對(duì)應(yīng)不同的行為，在圖5的系統(tǒng)中同時(shí)存在三種不同的設(shè)備，那就可以定義三種不同的model，包括燈model、空氣檢測(cè)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(shè)置各自的加密密鑰，這樣就可以保證不同設(shè)備的數(shù)據(jù)包借用其它設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的同時(shí)又保證設(shè)備所在網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性和安全性。

　　根據(jù)智能家居系統(tǒng)要求的多種設(shè)備要求，在其它的層次（Foundation Model Layer，AccessLayer等）進(jìn)行相關(guān)的配置就可以完成對(duì)Model Layer要求的多種數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的功能支持。

　　筆者最近幾年一直關(guān)注各種無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)展，藍(lán)牙技術(shù)是最近幾年最活躍、技術(shù)發(fā)展最迅速的技術(shù)。智能家居是未來(lái)幾年消費(fèi)電子最具爆發(fā)力的領(lǐng)域，SIG MSEH技術(shù)的推出，無(wú)疑讓藍(lán)牙又搶得了先機(jī)。