蓝牙Sig Mesh 概念入门④——Mesh的专业术语及其操作流程

朱雀 2022-11-14 00:58 359阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、 States
 *  二、Bound states
 *  三、Messages
 *  四、Node & Elements
 *  五、Publish & Subscribe
 *  六、Security
 *   *  6.1 access layer加密
     *  6.2 network layer加密
     *  6.3 app key
     *  6.4 network key
     *  6.5 其他
 *  七、Sequence Number
 *   *  7.1 SNO 自增判断
     *  7.2 SNO 存储处理
 *  八、Friendship
 *   *  8.1 Friendship建立流程
     *  8.2 Friendship处理流程
 *  九、Features
 *   *  9.1 Relay feature
     *  9.2 Proxy feature
     *  9.3 App直连feature
     *  9.4 Low Power feature
     *  9.5 Friend feature
 *  十、Mesh网络拓扑图

# 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 RequestFriend OfferFriend PollFriend UpdateLPN（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 PollMessage 1Friend PollMessage 2LPN（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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