蓝牙Sig Mesh 概念入门④——Mesh的专业术语及其操作流程

一、 States

一个节点的状态，比如 onoff States、lightness States

二、Bound states

两个相互关联的 states，比如 onoff和 lightness。

• 当 onoff的值由 1 变为 0 的时候，lightness的值也会变成 0
• 当 onoff的值由 0 变为 1 的时候，lightness的值也会由 0 变为关灯之前的 lightness的值
• 同理，当 lightness的值在 0 和非 0 之间变化时，onoff的值也会由 0 变为 1。

三、Messages

就是把加密完成后，发送到 mesh 网络中的 packet，我们也叫做 mesh packet、mesh command。

四、Node & Elements

Node 表示一个完整的节点或者蓝牙模块，Element 表示 Node 里面的某个操作元素。

• Node address有且只有一个
• element address可以是一个或者多个
  • 当 element address是多个的情况，这些 address 都会是连续的
  • 第一个 element address又叫做 primary address
• Node address的值和 primary address相同。

比如：

• 插座产品（3通道）的element个数是3个，3个generic onoff控制命令，分别控制3个通道的开关；
• 色温灯（CT Light）的element个数是2个，2个generic level model，分别对应lightness和Temp；
• HSL 灯（RGB 灯）的element个数是3个，3个generic level model，分别对应 lightness、Hue和Sat。

在组网的时候：

1. Node会在 provision flow 的交互信息里面上报 element 的个数，比如 2；
2. provisioner会分配一个地址给 Node，比如是 0x0002；
3. Node收到后，会按顺序分配 0x0002给 element 1, 0x0003 给 element 2；
4. Provisioner在对下一个节点进行组网的时候，会从0x0004 开始分配。

五、Publish & Subscribe

Publish是 Element主动发送 status 的过程

• 通过 Config Model Publication Set命令配置 publish address，以及设置周期 publish 参数。
• 当配置了 publish address 后，只要状态发生变化，Node 都会自动执行 publish status 的动作。是否需要周期发送，就要看周期 publish 的参数。

Subscribe是 Element接收数据并处理的过程

• 通过 Config Model Subscription Add，Config Model Subscription Virtual Address Add等命令添加Subscribe list[]地址
• Subscribe list[]里面是 group address或者 virtual address，不能是 unicast address，也不能是 0xffff
• Element接收到别的节点 publish 出来的 status message(比如 generic onoff status)，或者 control message(比如 generic onoff)
• 根据 model 的 Subscribe list[]来判断是否处理该 message。

判断是否接收并处理的依据是:

1. 当收到 message的 destination address为非 unicast address，则判断是否能在对应 model
   的 Subscribe list 的 address 里面匹配到。
2. 当收到 message的 destination address为 unicast address，则判断和自身的 element address是否匹配。
3. 当 destination address为 0xffff，则表示符合判断条件。

六、Security

6.1 access layer加密

• 使用 app key或者 device key对整个 access layer(包含 op code，parameters)进行加密
• 如果 op code 对应的 model 是 config model，则使用 device key，否则使用app key。

6.2 network layer加密

• 使用 network key+ iv index对整个 network layer 进行加密
• network layer 就是发送到 mesh 网络中的 packet，包含 source address、destination address 和 sequence number 等。

6.3 app key

• SDK 默认支持2个app key(APP_KEY_MAX)。
• 多个 app key可以用于管理不同安全级别的产品。

比如

• mesh 网络里面既有灯，也有门锁
• 如果需要门锁的安全级别更高的话，只有某些人能控制
• 此时可以通过单独给门锁分配一个独立的 app key，并且保证这个 app key 只有某些手机 app(provisioner)知道，在进行网络分享的时候，也不会分享出去。

这样就可以提高安全级别。

6.4 network key

• SDK 默认支持2个network key(NET_KEY_MAX)
• 多个 network key可用于管理多个 network。

6.5 其他

对于需要分包的 message，因为 access layer 的 payload 在加密的时候是整个 payload 进行加密的，所以需要接收到所有的 packet 后，才能完成解密和校验。

七、Sequence Number

Sequence Number 简称 SNO或SEQ

7.1 SNO 自增判断

• SNO每发完一次命令都会进行累加
• 接收端在进行 SNO判断的时候，要求大于已经收到过的值，如果小于等于则认为是无效的 message

7.2 SNO 存储处理

如果发送端每发送一个命令后，都要把 SNO存储到flash 中，这个存储频率太高了，特别是在需要分包发送的时候。由于flash读写次数有限。所以修改成：

• SNO增加了 MESH_CMD_SNO_SAVE_DELTA(默认 0x80)，才存储一次
• 在上电初始化时，把读取到的 SNO加上MESH_CMD_SNO_SAVE_DELTA（为了能保证在断电并重新上电后的 SNO大于已经使用过的值）

具体实现部分，请参考 mesh_flash_save_check()和mesh_misc_retrieve()关于MESH_CMD_SNO_SAVE_DELTA 的处理。

八、Friendship

Friendship 是指 Friend Node(FN)和 Low Power Node(LPN)之间通过规定的 establish friend ship flow 建立的关系。

• 在 friend ship 建立成功后，LPN在 sleep 期间
• 当有节点发命令给 LPN时，FN会先把这个 message 先保存下来
• 当 LPN唤醒后，会发送 POLL 的查询命令给 FN，此时 FN就会把保存的 message 发送给 LPN
• 这样就能达到较低的功耗，缺点是LPN对命令的接收和响应有一定的延迟。

8.1 Friendship建立流程

LPN（低功耗节点） FN（朋友节点） Friend Request Friend Offer Friend Poll Friend Update LPN（低功耗节点）进入休眠 LPN（低功耗节点） FN（朋友节点）

8.2 Friendship处理流程

Mesh节点 FN（朋友节点） LPN（低功耗节点） 发给LPN的消息 代表LPN回复 LPN（低功耗节点）退出休眠 Friend Poll Message 1 Friend Poll Message 2 LPN（低功耗节点）进入休眠 Mesh节点 FN（朋友节点） LPN（低功耗节点）

九、Features

9.1 Relay feature

Relay中继的作用主要是：让消息在节点中扩散开，多级跳，实现 mesh网络传输距离更远。

但是 为了防止消息无限循环扩散，不消失 。所以做了如下一些限制

• 节点收到有效的 network message
• 先把 message 的 TTL 值减 1，再relay 发送出去
• 如果收到的 TTL 的值小于等于 1，则不进行 relay

引入 TTL，主要是控制最后收到该 message 的节点的 delay 时间在可控范围内。

• SDK的TTL的值默认是TTL_DEFAULT(0x0A)，可以修改这个宏
• provisioner也可以通过 Config Default TTL Set配置，最大值是 127

9.2 Proxy feature

proxy 是用于手机 APP 接入 mesh 网络的协议。

• 在 mesh 网络中，APP也是一个独立的节点，有自己的 Node address。
• 引入 proxy，是因为目前大部分手机不能完全自定义发送广播包，以及不能一直处于监听mesh网络的状态(中间要切换到WiFi等)
• 所以手机 APP 需要通过 BLE GATT 连接一个节点，直连节点收到 APP 发过来的数据后会转发出去
• 当直连节点收到 mesh 网络中回复给 app 的 message 后，会先通过 GATT 按 proxy协议回复给手机 APP

9.3 App直连feature

APP 下发 message 给直连节点用的是 ATT_OP_WRITE_CMD(0x52)，直连节点回复
message 给 APP 用的是 notify，即 ATT_OP_HANDLE_VALUE_NOTI(0x1B)。

9.4 Low Power feature

八、Friendship

9.5 Friend feature

八、Friendship

十、Mesh网络拓扑图

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