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藍牙mesh實戰 ( 簡體 字) |
| 作者：茹憶,胡俊鋒 | 類別：1. -> 通信技術 -> 無線通訊 -> 藍芽技術 |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 52496
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NT售價： 295 元 |
| 出版日：3/1/2020 |
| 頁數：184 |
| 光碟數：0 |
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站長推薦：   |
| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121374319 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：推薦序一
阿里巴巴進入物聯網領域是一次戰略布局，并定義為第五賽道，希望通過在物聯網領域做云網邊端一體化的平臺，成為數字時代的關鍵基礎設施。在這個基礎設施中，連接萬物是第一步。
自藍牙mesh作為新一代的連接技術推出以來，我們一直在密切跟進和引領這項協議的完善，阿里巴巴作為SIG國際藍牙組織智能家居專項組主席，不斷推進藍牙mesh在智能照明電工、大小家電等各個領域的協議落地，在這個過程中，我們向SIG國際藍牙組織提交了多個標準提案來完善和規范藍牙mesh協議。我們看到，藍牙mesh既有Zigbee協議的優點，可以通過多點對多點的連接方式，讓網絡中的任何設備都能夠與同一網絡中的任何其他設備進行通信，獲得非常廣闊的物理覆蓋區域和去除中心節點的依賴，特別適合樓宇照明、開關控制等智能辦公和智能生活場景等對數據量要求較小的應用，同時藍牙mesh技術還繼承了藍牙協議本身的優點，我們利用藍牙beacon技術還能夠更加有效地做資產定位、管理等場景。
經過不斷的實踐與努力，我們的技術團隊推出了開源的自研藍牙mesh協議棧，支持藍牙mesh配網（mesh Provisioning）、數據轉發（Relay）、朋友關系（Friend）、低功耗、GATT（Generic Attribute Profile）代理，及常用的models（如燈）等協議標準規定的功能。在此基礎上，還設計和開發了多個具有特色的技術能力。比如，通過藍牙交互廣播方式實現快速配網；未來也將具備通過mesh網絡的轉發能力，突破mesh Provisioner通信距離限制，實現遠程配網功能等。
與此同時，我們還建立起越來越強大的藍牙mesh生態，已經支持了包括泰凌微、上海博通、平頭哥，MTK、Realtek、奉加、Nordic等多個藍牙芯片廠商。除了生態不斷鋪開，阿里巴巴物聯網操作系統AliOS Things所具備的藍牙能力，還正在服務于零零智能、勝白等藍牙網關廠商。
我們深知，AIoT時代剛剛開始，還有99%的設備還沒有被連接起來。但我們也相信，通過對藍牙mesh等連接技術更好的理解與使用，我們終將實現萬物連接，從而走向萬物智聯。
庫偉
阿里巴巴集團 副總裁
推薦序二
2019年9月，我在云棲大會上得知忘之（茹憶）和崮德（胡俊鋒）兩位在籌備出版這本藍牙mesh的書。這對我來說是個驚喜：驚在于他們在工作和產品任務異常繁重的情況下能夠抽出時間完成這本書，應該需要超出常規的投入；喜則在于藍牙mesh技術發展迅猛，但是相關的專業書籍還沒有，現在終于有人來滿足這方面的需求，對于廣大藍牙mesh的開發者來說，可以說是福音了。
藍牙mesh技術的研究早在藍牙4.0芯片出現的時候就開始了，作為在整個進程中一直置身其中的參與者，我見證了這項技術的起起伏伏——從最初的私有藍牙mesh設計，大家抱著質疑的態度，到照明領域的多家國內外頭部企業勇于探索，率先推出基于私有藍牙mesh的產品；再到整個業界對于藍牙mesh技術的逐步認可，幾度延遲終于形成了國際標準，并在各種品類的產品上推廣開來；最終到藍牙mesh已經成為毫無爭議的無線物聯網主流技術之一，也算是歷經坎坷。
藍牙mesh的國際標準推出實際上并不算早，2017年年中才發布了1.0版本。在我接觸的所有國內外平臺類型的企業和團隊中，阿里巴巴天貓精靈團隊應該是對藍牙mesh技術決策最迅速并且推動最堅決的團隊，從他們最初基于私有藍牙mesh的產品，到現在基于標準藍牙mesh的生態布局，定位準、力度強，在短短兩三年的時間內就將藍牙mesh這項大家還帶著半信半疑的眼光打量的技術在千家萬戶拓展開來。
沒有任何的猶豫和觀望，天貓精靈團隊一旦經過對比和分析選定藍牙mesh這項技術，更多的是用自己的行動力來主導整個技術和產品的發展進程，他們在標準還不是100%成熟的初期就想出完善的方案來覆蓋實際產品所要解決的問題。他們積極主動地和芯片原廠溝通，從芯片設計及協議棧開發上推動藍牙mesh的進展，他們也積極投入標準的制訂和討論工作中，大力推動標準的完善和更新。從最初的單品藍牙照明燈到現在上百款形形色色的藍牙mesh周邊產品，這些藍牙mesh的堅定支持者圍繞天貓精靈形成了多品類集結的格局，也為智能家居從發燒友概念落地到真正適用于普通非技術用戶的全屋互動打下了堅實的基礎。
我應阿里各位同學的盛情邀請為這本書作序，深感榮幸，收到書稿當夜就一口氣從頭讀到尾。本書用大量的篇幅對藍牙mesh的整個設計理念及協議層級進行了講解，對于想要快速了解藍牙mesh的開發者來說應該是首選的讀物。更可貴的是，書中還結合天貓精靈產品給出了有針對性的實例，真正讓開發者看到藍牙mesh是如何從標準落地到產品的。
希望本書能幫助更多的藍牙開發者了解藍牙mesh技術，并投入藍牙mesh產品開發中來。
金海鵬 博士
泰凌微電子??共同創始人/COO
2014 年 11 月，亞馬遜發布 Echo 智能音箱，首次將智能語音交互技術植入音箱中，從而賦予了音箱人工智能的屬性，從此，消費者可以和音箱對話，比如“點歌”、“喬布斯是誰”、“開燈”、“關燈”等。2017 年 7 月，阿里巴巴發布天貓精靈 X1，也開始了語音交互探索之旅；2017 年 11 月，天貓精靈銷量超過 100 萬臺，快速突破了一個“極點”，步入發展的快車道；2019 年 1 月 11 日，天貓精靈銷量突破 1000 萬臺，覆蓋從 3 歲到 80 歲的用戶，帶領我們進入 AIoT 時代。AIoT 具有雙重意義：連接創造價值、重新定義物和人的關系。講到這個，就不得不回顧下物和人關系的發展：
? 第 1 階段，解決人與人之間的溝通和社交需求，比如即時通信工具；
? 第 2 階段，人主動找物，比如 O2O、共享單車、餓了么等應用；
? 第 3、4 階段，物與物數據化互聯互通、物主動服務人的階段。
要實現物與物數據化互聯互通，首先要確立互聯互通標準，這就是通過藍牙 mesh技術來實現的。物主動服務人實際上是人工智能技術的體現，比如你一回到家，燈就自動亮起來，這就是 AI 算法讓燈主動服務人的應用案例，涉及傳感器、AI 等技術，是未來的發展趨勢。
再回顧一下 AIoT 的發展。
第 1 階段是智能單品階段，從 2013 年開始出現大量的智能硬件，比如 Wi-Fi 燈泡、Wi-Fi 插座等，這些智能硬件通過家里的路由器接入云端，用戶可以通過手機上的 App遠程控制，它們都是一個一個的獨立孤島，不能形成聯動的應用場景。另外，Wi-Fi 智能設備的配網方式是 SmartConfig，時間特別長（比如 30s 以上）、操作流程復雜（比如需要在每個智能硬件 App 輸入路由器的密碼），導致 Wi-Fi 智能設備的激活率超級低，用戶體驗也特別差。
2017 年進入 AIoT 的第 2 階段——云云互聯階段，就是某些第三方中立云把各家Wi-Fi 智能設備的云互聯互通起來，解決了第 1 階段的孤島問題。但是，這個階段同樣沒有解決第 1 階段的 Wi-Fi 配網體驗差的問題，而且由于是通過第三方云互聯互通的，所以還要解決多個云的賬號打通問題（通過 OAuth 協議實現），用戶體驗也無法提升。 綜上所述，AIoT 的第 1 和第 2 階段可以認為還是 AIoT 的初級階段。2017 年 7 月，天貓精靈帶來了語音交互技術，如果把語音交互技術和 IoT 配網、控制結合起來，是否可以解決 AIoT 第 1、第 2 階段的用戶痛點呢？2018 年 6 月 18 日，正式進入 AIoT 第 3 階段，也就是語音交互+藍牙 mesh 直連階段。這個階段出現了可以語音配網和控制的藍牙 mesh 燈泡。舉個例子，用戶買了一個藍牙 mesh 燈泡，只要對著天貓精靈說“找隊友”，天貓精靈就會找到這個燈泡并自動配網，中間不需要用戶任何操作，整個過程只需要 8s，極大提升了配網的用戶體驗，接下來，用戶可以對著天貓精靈說“開燈”，燈就亮了。這就是 AIoT 第 3 階段——人工智能的真正體現。提到 AIoT 第 3 階段，就不得不提藍牙 mesh 直連技術，為了說清楚這個技術，我們來回顧下藍牙 mesh 的發展歷史。
1999 年，藍牙 SIG 組織發布了藍牙 1.0 技術，該技術的應用場景就是藍牙耳機、藍牙音箱，它們是搭配手機來使用的，相信很多讀者都用過這些產品。2010 年，藍牙SIG 組織發布藍牙 4.0 技術，該技術除了包含經典藍牙（耳機、音箱等），還提出了藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy，BLE）技術，這個技術的應用場景是搭配手機使用的藍牙手環、藍牙體重秤、藍牙溫濕度傳感器等，也就是我們常說的智能硬件。當然這些智能硬件如同 AIoT 第 1 階段的 Wi-Fi 插座，都是一個一個的孤島。2017 年 7 月，藍牙 SIG 組織發布藍牙 mesh 1.0 技術，該技術就是用來解決智能硬件孤島問題的，比如燈泡、插座、風扇可以通過藍牙 mesh 技術自組織為一個網，每個智能設備都是一個“島嶼”，這些“島嶼”通過藍牙 mesh 技術互聯互通，最后通過天貓精靈這個藍牙網關接入云端，既解決了孤島問題，又可以遠程控制，最后還可以通過天貓精靈語音控制設備和傳感器形成場景聯動，通過云端學習用戶習慣來實現真正的 AIoT。 在本書的讀者中，有很多人可能使用過 Zigbee 技術，因此肯定會有一個疑問：為 什么天貓精靈不是支持 Zigbee 的而是支持藍牙 mesh 的？可以從下面幾點找到答案。
? 成本。因為藍牙 mesh 在 2018 年有 37 億片的芯片采用量，而 Zigbee 只有幾億的芯片采用量，導致 Zigbee 的成本比藍牙高。 ? 手機支持度。藍牙 mesh 是手機天生支持的，而 Zigbee 是不支持和手機互聯互通的。
? 協議棧的復雜性。Zigbee 使用了路由協議，協議棧更加復雜。
? 是否需要網關支持。天貓精靈天生就是藍牙 mesh 網關，不需要用戶額外購買獨立的網關；而 Zigbee 需要用戶額外購買一個 Zigbee 的網關。
綜上所述，藍牙 mesh 是更優的選擇。
當然，傳統企業要把自己的硬件智能化，還有很長的路要走，比如如何使用藍牙mesh 技術、如何和天貓精靈調試、如何定義設備能力等。阿里巴巴看到了傳統企業的這些問題，提出了一套 IoTConnect Kit 解決方案，該方案包含了語音配網＆控制、互聯互通標準、智能家電規范、SDK、模組、產品、認證體系等一系列提高行業智能化改 造效率的工具包，極大地提高了智能化效率。比如傳統燈企使用 IoTConnect Kit 模組庫里的藍牙 mesh 模組，只要 7 天時間就能商業化落地智能燈泡，并且銷售給天貓精靈用戶，而無須關心諸如語音配網、控制、聯動等工作，只要將主要精力放在業務上即可。
IoTConnect Kit 的認證體系是用來保證藍牙 mesh 模組和產品符合規范，從而提升用戶體驗的。只要通過阿里巴巴認證的產品，就會被打上天貓精靈 AI 聯盟的 Logo。用戶看到這個 Logo 就可以放心購買這些產品，并搭配天貓精靈使用. |
內容簡介：在人工智能物聯網（AIoT）時代背景下，藍牙連接技術在近場通信領域中舉足輕重。藍牙mesh技術是藍牙SIG組織于2017年7月首發的，技術新穎，優勢明顯。阿里巴巴是最早研究藍牙mesh技術并產品化的公司，通過項目實戰積累技術經驗和解決方案，本書全面地介紹藍牙mesh技術，包括廣播、配網、安全、協議等關鍵內容，以及阿里巴巴的具體實踐方案——IoTConnect Kit解決方案。該方案包含了語音配網＆控制、互聯互通標準、智能家電規范、SDK、模組、產品、認證體系等一系列提高行業智能化改造效率的工具包。本書適合物聯網開發者、智能硬件開發者、天貓精靈生態開發者、微電子學、電子工程、計算機等相關專業的學生、人工智能物聯網興趣愛好者或發燒友閱讀。 |
目錄：第 1 章 藍牙 mesh 介紹 / 1
1.1 藍牙技術簡介 / 1
1.2 藍牙 mesh 的基本概念 / 3
第 2 章 藍牙 mesh 協議 / 11
2.1 承載層 / 12
2.1.1 廣播承載器 / 12
2.1.2 GATT 承載器 / 12
2.2 網絡層 / 13
2.2.1 地址 / 13
2.2.2 網絡層 PDU / 15
2.2.3 網絡層接口 / 17
2.2.4 網絡層行為 / 18
2.3 底層傳輸層 / 18
2.3.1 底層傳輸層 PDU / 19
2.3.2 分包和組包 / 22
2.4 上層傳輸層 / 26
2.4.1 上層傳輸層訪問 PDU / 26
2.4.2 上層傳輸層控制 PDU / 27
2.4.3 上層傳輸層行為 / 27
2.4.4 朋友關系 / 28
2.4.5 心跳消息 / 28
2.5 訪問層 / 30
2.5.1 訪問層數據包 / 30
2.5.2 訪問層的行為 / 31
2.5.3 兩種類型的消息 / 32
2.5.4 訂閱和發布 / 32
2.5.5 消息序列 / 34
2.6 基礎模型層 / 35
第 3 章 藍牙 mesh 廣播 / 41
3.1 管理型網絡洪泛 / 41
3.1.1 信息緩存隊列 / 42
3.1.2 TTL 字段 / 42
3.2 藍牙 mesh 廣播的數據格式 / 43
3.2.1 Mesh Beacon / 43
3.2.2 PB-ADV / 46
3.2.3 Mesh Message / 47
第 4 章 藍牙 mesh 配網 / 48
4.1 藍牙 mesh 配網概述 / 48
4.1.1 配網角色 / 48
4.1.2 配網流程 / 49
4.2 藍牙 mesh 配網協議 / 49
4.2.1 配網的協議棧 / 49
4.2.2 承載層 / 50
4.2.3 傳輸層 / 51
4.2.4 配網協議 / 51
4.3 藍牙 mesh 配網流程 / 52
4.3.1 信標階段 / 52
4.3.2 邀請階段 / 54
4.3.3 交換公鑰階段 / 55
4.3.4 身份認證階段 / 58
4.3.5 分發配網數據 / 62
4.4 低功耗藍牙設備配網 / 63
4.4.1 基本原理 / 63
4.4.2 代理節點 / 64
4.4.3 藍牙 mesh 代理服務 / 64
4.4.4 代理協議 / 65
4.4.5 代理過濾器 / 65
4.4.6 智能手機或平板電腦的角色 / 66
第 5 章 藍牙 mesh 安全 / 67
5.1 IoT 設備的安全威脅 / 67
5.2 藍牙 mesh 的安全策略 / 68
5.2.1 現有安全策略 / 68
5.2.2 三元組 / 69
5.3 藍牙 mesh 安全規范 / 70
5.3.1 消息加密 / 70
5.3.2 報文序列號 / 71
5.3.3 IV 索引 / 71
5.3.4 Nonce / 72
5.3.5 密鑰 / 74
5.3.6 消息安全性 / 77
第 6 章 藍牙 mesh 模型 / 81
6.1 基礎模型 / 81
6.1.1 配置模型 / 81
6.1.2 多個 Key 索引的組合 / 82
6.1.3 AppKey / 83
6.1.4 模型與 AppKey / 85
6.1.5 心跳廣播 / 86
6.1.6 模型訂閱 / 88
6.2 通用模型 / 89
6.2.1 通用服務模型字段說明 / 90
6.2.2 通用開關服務模型 / 91
6.3 Lighting Server 模型 / 93
6.3.1 Lightness 狀態 / 95
6.3.2 Light Lightness 狀態 / 97
6.3.3 Light CTL 狀態 / 104
6.3.4 Lighting 模型總結 / 111
6.4 廠商自定義模型 / 112
第7 章 藍牙mesh 低 功耗 / 113
7.1 標準藍牙 mesh 低功耗 / 113
7.1.1 藍牙 mesh 低功耗簡介 / 113
7.1.2 Friend 節點與低功耗節點 / 113
7.1.3 藍牙 mesh 低功耗的控制消息 / 114
7.2 精靈低功耗 / 118
7.2.1 精靈低功耗的實現方案 / 118
7.2.2 精靈低功耗在紅外遙控器中的應用 / 118
第 8 章 藍牙 mesh 落地方案淺析 / 121
8.1 藍牙 mesh 在智能音箱上的
應用 / 121
8.1.1 搜索 / 121
8.1.2 連接 / 122
8.1.3 配置、控制 / 122
8.2 藍牙 mesh 軟件框架簡介 / 124
8.3 一種 ADVBearer 在 Android 上的實現 / 126
第 9 章 天貓精靈 IoT 開放
平臺 / 129
9.1 天貓精靈 IoT 開放平臺介紹 / 129
9.1.1 接入方式 / 129
9.1.2 平臺亮點 / 130
9.2 如何創建一個產品 / 130
9.2.1 接入流程 / 131
9.2.2 產品定義 / 131
9.2.3 人機交互 / 135
9.2.4 設備調試 / 138
9.2.5 軟件發布 / 138
9.3 調試中心 / 139
9.3.1 調試準備 / 140
9.3.2 語音調試 / 142
9.3.3 觸屏圖形界面調試 / 142
9.3.4 指令下發調試 / 143
9.4 產品量產 / 144
9.4.1 三元組介紹 / 144
9.4.2 產品量產流程 / 144
9.5 藍牙 mesh 協議定制 / 146
9.5.1 廣播 / 146
9.5.2 mesh 數據的接收和發送 / 147
9.5.3 消息回復規則 / 149
9.5.4 配網鑒權 / 149
9.5.5 配網過程定制 / 150
9.5.6 模型訂閱列表 / 150
9.5.7 設備上電規范 / 150
9.5.8 設備同步規范 / 151
9.5.9 設備復位規范 / 151
9.6 藍牙 mesh 擴展協議 / 151
9.6.1 模型 / 152
9.6.2 擴展消息 / 152
9.6.3 智能家居設備 / 157
9.6.4 樣本數據 / 157
9.7 藍牙 mesh 燈泡開發實例 / 159
9.7.1 模型分析 / 159
9.7.2 代碼實操 / 161
參考文獻 / 167 |
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