低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy）是全球最具節能性的短距離無線通信技術之一。其低功耗的特性廣受開發者和消費者贊譽。隨著藍牙mesh網絡的推出，開發者可能想知道藍牙mesh網絡是否也被設計為低功耗，是否繼承了低功耗藍牙的這一優點？ 答案當然是YES！ 藍牙mesh網絡采取了多種優化功耗的措施，特別包括一項稱為“friendship” (友誼) 的特性。 概述 藍牙mesh網絡中“friendship”（友誼）特性的應用可能非常多樣化。一些如照明功能的產品會與主電源（國家電網）相連接，那么相較于照明本身的功耗，藍牙mesh模塊的功耗就可忽略不計。但其他產品，如智能傳感器或智能鎖，就會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來供電。這些產品最有可能利用到藍牙mesh網絡的友誼概念。 如果您閱讀過我們藍牙mesh網絡系列之前的文章，那么您就知道節點（Node）是已經啟動配置（Provision）并成為mesh網絡中一員的設備。節點具有與其產品類型相關的功能，但也可具有與網絡本身操作相關的功能并在其中扮演特定角色。而這取決于其所支持的mesh網絡特性。所有節點都能夠在網絡中發送并接收mesh消息，此外還可以選擇性地支持一個或多個其他網絡特性，如下所列： 中繼（Relay）特性：通過廣播承載層接收并重新發送mesh消息、以構建更大規模網絡的能力。 代理（Proxy）特性：在GATT和廣播承載層之間接收并重新發送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網絡中運行。通過將無線電接收器啟用時間最小化可實現節點功耗的降低，只有在絕對必要時才啟動接收器。低功耗節點（LPN）通過與好友（friend）節點建立友誼（friendship）關系來實現這一點。 好友（Friend）特性：通過存儲發往LPN的消息，僅在LPN明確發出請求時才進行轉發來幫助LPN運行的能力。 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間用于傳輸數據，且很少需要接收數據。傳感器可能只有在溫度超出一系列預設的限制時才會發送溫度讀數，而這種情況每天可能只會發生兩次。正是這種不頻繁的數據傳輸才使得此類設備的能耗使用維持在較低水平。 但如果需要根據季節將這些溫度限制修改為不同的值，同時需要通過向傳感器發送配置消息來實現這些限制的修改呢？傳感器若想直接接收此類消息，就需要開啟無線電進行收聽。大多數時間它什么也接收不到，卻在消耗能量。 因此，與好友節點的合作能夠使低功耗節點（LPN）規劃對無線電的使用，以適當或更低的頻率接收消息而無需一直保持收聽。低功耗節點會對好友節點進行輪詢（Poll），查看是否有新消息（好友節點只會間或地對新消息進行存儲）。功耗就是通過上述步驟得到節省的。 好友（Friend）和低功耗節點（LPN） 低功耗節點（LPN）必須與支持“好友”特性的另一節點建立“友誼”（friend）關系，以減少其接收器占空比（Duty Cycle）并節約能耗。圖1來自藍牙mesh配置文件規格，主要描繪了低功耗節點和好友節點之間的關系，具體如下： 淺藍色：低功耗節點 深灰色：與特定低功耗節點相關聯的好友節點 淺灰色：沒有與低功耗節點建立關系的好友節點 圖 1 - mesh網絡的拓撲結構示例 好友節點P與低功耗節點 I、J和K為“友誼”關系。好友節點O與低功耗節點 L和M為“friendship”關系。因此，尋址到節點I、J或 K的消息將被好友節點P存儲并轉發。尋址至節點L或M的消息將被好友節點 O存儲和轉發。好友節點的轉發僅在低功耗節點輪詢好友節點以獲得等待傳送的消息時才會發生。 友誼（Friendship）參數 低功耗節點需要找到好友節點，與其建立“友誼”關系。所涉及的流程稱為“友誼建立”。我們稍后會探討此流程。在此之前，先介紹一些有關對LPN行為進行管理的關鍵參數，這些參數被設定于友誼建立過程中。 1. ReceiveDelay是從LPN向好友節點發送請求，到其開始收聽響應中間經過的時間。這讓好友節點有時間做好響應的準備，并將響應發回。 2. ReceiveWindow 是LPN用于收聽響應的時間。圖2描述了涉及ReceiveDelay和ReceiveWindow的時序。 圖2 - ReceiveDelay和ReceiveWindow時序 3. PollTimeout設定了LPN發送給其好友節點的兩個連續請求之間可能經過的最長時間。如果在PollTimeout計時器到時之前，好友節點未能收到LPN的請求，則友誼關系將被終止。 圖 3 – PollTimeout時序 “友誼”建立 如果兩個人想建立友誼，可能對視一眼就已足夠！ 但對于藍牙mesh網絡中“友誼”的建立，還需要經過更多的步驟。 1、LPN發布一個“好友請求”（Friend Request）消息。該消息不會被中繼，因此只有處于直接無線電范圍內的好友節點才能處理該消息。不具有“好友”特性的節點會將消息丟棄。“好友請求” 消息包括LPN的ReceiveDelay、ReceiveWindow和PollTimeout參數。 2、附近的好友節點若支持“好友請求”消息中特定的要求，將準備一個“Friend Offer”消息，并將其發送回LPN。該消息包括各種參數，包括支持的ReceiveWindow大小、可用的消息隊列大小、可用的訂閱列表（Subscription List）大小、以及由好友節點測量的RSSI值。 3、LPN接收到“Friend Offer”消息時，通過應用一種實施專用的算法來選擇合適的好友節點。該算法可能會考慮到各種各樣的情況。某些設備可能會優先考慮ReceiveWindow大小，以盡可能減少功耗；而有些設備則可能會更加關注RSSI值，以確保能夠與好友節點保持高質量的鏈路。所采用的精確算法由產品開發者決定。 4、選擇好友節點之后，LPN將向好友節點發送一個“Friend Poll”輪詢消息。 5、從LPN收到“好友輪詢”（Friend Poll）消息后，好友節點會回復一個“Friend Update”更新消息，完成“好友” 建立流程并提供安全參數。此時“友誼”得以建立。