蓝牙mesh机制 蓝牙mesh技术原理

蓝牙mesh实战

• 基础协议：蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)在2017年发布的蓝牙Mesh协议。

蓝牙mesh系统分层架构

蓝牙mesh系统分层架构如图2.1所示，可以看到蓝牙mesh是基于蓝牙BLE核心规范(Bluetooth Low Energy Core Specification)实现的一种网络协议。

• 承载层（Bearer Layer）把BLE的数据抽象供上层使用，定义了广播承载和GATT承载。
• 网络层（Network Layer）负责基于地址的消息传输，实现中继和代理特性以及对信息进行加密解密和认证行为。
• 底层传输层

• 负责将数据分段和重组。
• 负责对访问层数据包进行分包，最多可以分为16包，每个包为12字节。

• 上层传输层
• 访问层（Access Layer）

• 负责定义应用如何使用上层传输层，定义应用数据格式，定义上层传输层的应用数据加密和解密方式（通过AppKey或DeviceKey进行加解密）。
• 访问层所有消息都是由模型（model）实例来发送的，发送的消息内容包含目标地址，源地址，跳数TTL.

• 基础模型层

• 基础模型层定义了基础模型，包含：Configuration server model 和Configuration client model、Health server model和Health client model
• 所有被配网节点都必须包含Configuration server model,Provisioner必须包含Configuration client model.这两个model包含的常用opcode是subscription add/delete(即订阅组添加，删除)等。并且这两个model的access layer加密都使用device key,所以一般来说，只有provisioner 节点才能发送configuration 的set/get命令。（因为只有provisioner知道节点的DeviceKey）

• 模型层

• model定义了一个节点支持的功能，每一个model都定义了自己的opcode,以及status
• provisioner在配网的时候，会通过get composition data获取节点所支持的model ID,然后，provisioner就知道节点具体支持什么功能。只有这个节点支持了对应的model id,才会给节点发送该model定义的opcode.

订阅组与发布组

设置订阅组

• mesh协议中订阅组是给元素订阅组，而不是给节点订阅组。
• 标准mesh设置订阅组，设置发布地址都使用config model,对access layer加密的时候，如果opcode对应的model是config model,则使用device key,否则使用app key.
• 订阅了开关服务器模型，可以接收处理网关下发的开关状态设置，只有订阅了开关客户端模型，才可以接收处理其它节点或元素上报的开关状态消息。
• 同理，如果要让调光设备处理目的地址是组地址的场景命令，需要让调光设备订阅场景服务器模型的组地址。

设置发布组

• Publish: Publish就是Element主动发送status的过程，可以通过Config Model Publication Set命令配置Publish address,以及设置周期publish参数。
• 一个element的model只可以设置一个发布地址。
• 设置的发布地址可以是:未分配地址（0x00）、单播地址、Label UUID、组播地址，不能是虚拟地址。

当设置的发布地址是未分配地址时，当model状态发生改变后，不往发布地址发布消息。

标准场景

• 场景保存时，以element为单位保存，会保存当前状态到场景号指定的场景，保存内容包含element所有的model状态。
• 场景保存支持保存自定义vendor model功能消息，内容自定义。
• 场景保存时，回调vendor model的回调函数，获取vendor model定义功能点的状态。

telink SDK中保存场景&执行场景的API函数

//保存场景
//cb_par->model_idx指出元素号
//函数内会执行回调函数p_nl_get_vendor_scene_data获取自定义vendor model功能状态，然后进行保存。
u8 mesh_cmd_sig_scene_set_ll(u16 scene_id, mesh_cb_fun_par_t *cb_par)
//执行场景
//函数内会执行p_nl_scene_server_state_recalled回调函数获取vendor model场景内容，然后进行执行。
int mesh_cmd_sig_scene_recall(u8 *par, int par_len, mesh_cb_fun_par_t *cb_par)

• 场景执行的消息格式：包含场景号，渐变时间，延时时间



• 场景状态消息：场景执行消息的应答，也是场景状态获取的应答。

当前场景：

1. 场景保存成功，或者场景执行成功，当前场景就是对应的场景号
2. 当前场景如果被执行场景删除命令删除，当前场景变为0
3. 执行某个场景后，如果元素的状态发生改变，当前场景变为0

目标场景：

1. 如果不是场景转换过程，目标场景为0
2. 场景转换过程中，目标场景被删除，目标场景变为0
3. 场景转换过程中，收到场景保存的命令，目标场景应该是要保存的场景号

• 场景寄存器状态是场景保存，场景删除，场景寄存器状态获取的应答消息，场景寄存器状态代表节点中某个元素支持的16个场景的场景号

蓝牙mesh广播

蓝牙mesh广播实际上是以低功耗蓝牙（BLE）广播为基础的，所用的数据包格式
也是基于低功耗蓝牙广播的数据包格式，通过AD Type字段与其他广播进行区分。
    低功耗蓝牙广播的数据格式由多个AD Structure组成，每个AD Structure包含一
个Length字段、一个AD Type字段，以及一个AD Data字段，如下表所示.

Length字段	AD Type字段	AD Data字段
1字节	n字节	Length-n字节

• 在蓝牙mesh 协议中使用了3种AD Type字段：Mesh Beacon(0x2B)、Mesh Message(0x2A)和PB-ADB(0x29).对应作用如下。

• Mesh Beacon:用于对蓝牙mesh节点或未配网节点进行周期性的广播，比如未配网设备通过周期性发送Unprobisioned Device Beacon,让自己可以被Provisioner发现，从而有机会加入蓝牙mesh网络。
• Mesh Message:在正常的蓝牙mesh节点间传输网络层数据包，其中包含TTL字段。
• PB-ADV: 在Provision过程中，在广播信道上传输Generic Provision PDU

蓝牙mesh配网

蓝牙mesh配网协议

配网协议栈层次架构如下图所示:
主要分成三层。

• 承载层（Bearer）: 用于基本的数据交互，承载所有需要发送的报文。
• 传输层（Transport）: 用于定义传输层PDU.
• 配网协议层（Provisioning Protocol）: 用于定义具体的PDU.
  配网协议栈层次架构

承载层

承载层是用来在配网设备之间传输配网PUD的，蓝牙mesh规范定义了两种不同的承载层：
PB-ADV和PB-GATT,其中PB-ADV基于蓝牙BLE广播，而PB-GATT基于BLE连接。
    根据承载层的不同，在传输层，又相应地分成了两种配网PDU:通用配网PDU和代理PDU。
其中通用配网PDU是在PB-ADV传输的，代理PDU是在PB-GATT上传输的。整个配网协议的机制
是基于会话的。

• 百度音响与天猫精灵配网都是基于PB-ADV
• 通过手机APP配网是基于PB-GATT

传输层

PB-ADV的PDU数据格式如表所示。

字段	长度（字节）	备注
Link ID	4	当前承载层建立的连接ID
Transaction Number	1	每个PDU的唯一标识符
Generic Provisioning PDU	1~24	通用配网PDU

Transaction Number主要作用有两个：当同一个配网PDU需要被拆分为多个
PB-ADV时，将共用一个Transaction Number;当同一个PDU被重传时，则使用相
同的Transaction Number.

配网协议

PDU是用来在配网器与未配网设备之间进行通信的基本单元，数据格式如表所示：

字段	长度（bit）	备注
Padding	2	0b00,其它值禁止
Type	6	配网PDU的类型值
Parameters	可变	消息参数

蓝牙mesh规范目前定义了10种配网PDU:

1. Provisioning Invite
2. Provisioning Capabilities
3. Provisioning Start
4. Provisioning Public Key
5. Provisioning Input Complete
6. Provisioning Confimation
7. Provisioning Random
8. Provisioning Data
9. Provisioning Complete
10. Provisioning Failed