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https://blog.csdn.net/weixin_47456647/article/details/155188246?spm=1011.2415.3001.5331
蓝牙低功耗（LE）是全球功耗最高效的短距无线通信技术之一，其低功耗特性广受开发者与消费者好评。随着蓝牙网状网络的推出，开发者可能会好奇：蓝牙网状网络是否也兼顾了低功耗设计？它是否继承了蓝牙 LE 的低功耗优势？
答案是肯定的！蓝牙网状网络包含多种功耗优化措施，其中一项核心特性就是 "友关系"。
概述
友关系特性在蓝牙网状网络中的应用场景十分丰富：部分产品（如灯具）由市电供电，其蓝牙网状网络模块的功耗与灯具本身的功耗相比可忽略不计；但另一类产品（如智能传感器、门锁）存在功耗限制，需依赖小型电池或能量收集技术供电 ------ 这类产品正是蓝牙网状网络友关系概念的主要应用对象。
若你读过本系列此前的文章，应该已经知道：节点是完成配置并加入网状网络的设备。节点具备与产品类型对应的功能，同时也可承担与网络运行相关的特殊职责（具体取决于节点支持的网络特性）。所有节点都能在网络中收发网状消息，此外还可选择性支持以下一项或多项额外网络特性：
- 中继功能：通过广播承载接收并重传网状消息，以实现更大规模的网络。
- 代理功能：在 GATT 承载与广播承载之间接收并重传网状消息。
- 低功耗功能：能够在网状网络中以极低功耗运行，通过减少无线电接收器的开启时间来降低接收占空比。通过将接收器的开启时机限制在必要场景，可大幅降低功耗 ------ 低功耗节点（LPN）正是通过与友节点建立 "友关系" 来实现这一点。
- 友功能：协助低功耗节点运行的能力，具体是暂存发往低功耗节点的消息，仅在低功耗节点主动向友节点请求消息时才转发。
要理解友关系如何帮助低功耗节点降低功耗，我们可以以传感器为例 ------ 传感器是典型的低功耗节点应用场景。这类设备通常大部分时间都在传输数据，很少需要接收数据：比如某传感器仅在温度超出配置阈值时才传输读数，可能一天只触发两次，这种低频率传输本身就能让设备能耗极低。
但如果需要根据季节调整温度阈值（通过向传感器发送配置消息实现）呢？若传感器要直接接收这类消息，就必须开启无线电监听 ------ 但多数时候不会收到数据，却会消耗能量。
而与友节点配合后，低功耗节点可自主调度无线电接收消息的频率（远低于持续监听的频率）。低功耗节点会主动向友节点轮询新消息，而友节点仅偶尔暂存消息 ------ 这就是实现节能的核心逻辑。
友节点与低功耗节点
低功耗节点必须与支持友功能的节点建立友关系，才能降低接收占空比、实现节能。图 1 摘取自《蓝牙网状网络规范》，展示了低功耗节点与友节点的关系，其中：
- 浅蓝色：低功耗节点（LPN）
- 深灰色：与特定低功耗节点建立关联并提供服务的友节点
- 浅灰色：未与任何低功耗节点建立关系的友节点
友节点 P 与低功耗节点 I、J、K 建立了友关系；友节点 O 与低功耗节点 L、M 建立了友关系。因此，发往节点 I、J、K 的消息会由友节点 P 暂存并转发；发往节点 L、M 的消息会由友节点 O 暂存并转发。友节点仅在低功耗节点主动轮询待交付消息时，才会执行转发操作。
友关系参数
低功耗节点需要找到友节点并建立友关系，这一流程称为 "友关系建立"。我们稍后会详细介绍该流程，在此之前先介绍一些控制低功耗节点行为的核心参数（这些参数在友关系建立时配置）：
- 接收延迟（ReceiveDelay）：低功耗节点向友节点发送请求后，到开始监听响应的间隔时间。这让友节点有足够时间准备并发送响应。
- 接收窗口（ReceiveWindow） ：低功耗节点用于监听响应的时长。图 2 展示了包含 "接收延迟" 与 "接收窗口" 的时序流程。
- 轮询超时（PollTimeout） ：低功耗节点向友节点发送两次连续请求的最大间隔时间。若友节点在轮询超时计时器到期前，未收到低功耗节点的请求，则友关系会被终止。
友关系建立
人与人建立友谊或许只需要一个眼神，但蓝牙网状网络中建立友关系需要多几个步骤：
- 低功耗节点（LPN）发布一条友请求消息。这条消息不会被中继，因此只有直接无线电范围内的友节点会处理它（不支持友功能的节点会丢弃该消息）。友请求消息包含 LPN 所需的接收延迟（ReceiveDelay）、接收窗口（ReceiveWindow）和轮询超时（PollTimeout）参数。
- 附近所有能满足友请求消息中参数要求的友节点，会准备并向 LPN 发送友提供消息。该消息包含多个参数，比如支持的接收窗口大小、可用的消息队列容量、订阅列表容量，以及友节点测量到的信号强度（RSSI）值。
- LPN 收到友提供消息后，会通过 "厂商自定义算法" 选择合适的友节点。算法通常会综合多方面因素：有些设备可能优先考虑接收窗口大小以最大化节能，有些则更关注 RSSI 值以确保与友节点的链路质量稳定。具体算法由产品开发者决定。
- 选定友节点后，LPN 向该友节点发送友轮询消息。
- 友节点收到 LPN 的友轮询消息后，回复友更新消息------ 这标志着友关系建立流程完成，同时会提供安全参数。至此，友关系正式建立。
友节点消息通信
友关系建立后，友节点会将所有发往 LPN 的消息暂存在友队列中，这些消息统称为 "暂存消息"。下图 4 展示了友节点与关联 LPN 之间的消息交互流程：
- 当友节点收到发往其关联 LPN 的消息时，会将该消息缓存到 "友队列" 中。在图 4 中，消息 1 和消息 2 就是友节点为 LPN 暂存的消息。
- LPN 会定期开启收发器，向友节点发送友轮询消息，请求友节点为其暂存的缓存消息。
- 友节点收到友轮询消息后，会将暂存的消息发送给 LPN 作为响应。
- LPN 在收到友节点的每条消息后，会继续发送友轮询消息，直到收到 "MD（More Data，更多数据）字段设为 0" 的友更新消息 ------ 这表示已无更多为 LPN 缓存的消息，此时 LPN 会停止向友节点轮询。
安全性
蓝牙网状网络的安全性无处不在，友关系也不例外 ------ 它使用两种专用安全凭据：
- 受控泛洪安全素材：由网络密钥（NetKey）衍生而来，同一网络中的其他节点也可使用。用该素材加密的消息，同一网络内的任意节点都能解密。
- 友安全素材：由网络密钥（NetKey）和低功耗节点（LPN）、友节点生成的额外计数器数值共同衍生而来。用该素材加密的消息，仅持有它的友节点与 LPN 能解密。
低功耗节点与友节点如何使用这两种安全素材？总结如下：
用友安全素材加密的友关系消息包括：
- 友轮询（Friend Poll）
- 友更新（Friend Update）
- 友订阅列表添加 / 移除 / 确认（Friend Subscription List Add/Remove/Confirm）
- 友节点向 LPN 交付的暂存消息
用受控泛洪安全素材加密的友关系消息包括：
- 友清除（Friend Clear）
- 友清除确认（Friend Clear Confirm）
低功耗节点发往友节点的消息，会根据应用设置，选择用受控泛洪安全素材或友安全素材加密。
友关系终止
在以下场景中，友关系会被终止：
- 若友节点在 ** 轮询超时（PollTimeout）** 计时器到期前，未收到 "友轮询""友订阅列表添加" 或 "友订阅列表移除" 消息，友关系会被终止。
- LPN 可通过向友节点发送 ** 友清除（Friend Clear）** 消息，主动发起友关系终止流程，由友节点完成终止操作。
平台选型建议
开发者在选择实现友节点与 LPN 的平台时，应考虑以下指导原则：
- RAM 容量：可用 RAM 直接影响友节点能支持的 LPN 数量，以及为关联 LPN 缓存的消息数量。
- LPN 相关：所选微控制器（MCU）与模块的整体功耗表现是 LPN 的关键；此外，从睡眠模式切换到运行模式的唤醒 / 预热时间，会影响 LPN 的响应速度与延迟。
作为开发者，我和大家一样期待蓝牙网状网络 SDK 的推出 ------ 届时我们就能一同体验蓝牙网状网络的友关系功能了！