蓝牙Sig Mesh 概念入门④——Mesh的专业术语及其操作流程

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 Stateslightness States

二、Bound states

两个相互关联的 states,比如 onofflightness

  • onoff的值由 1 变为 0 的时候,lightness的值也会变成 0
  • 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 packetmesh 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
    • 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lightnessTemp
  • HSL 灯(RGB 灯)的element个数是3个,3个generic level model,分别对应 lightnessHueSat

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

PublishElement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。

SubscribeElement接收数据并处理的过程

  • 通过 Config Model Subscription AddConfig 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 messagedestination 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 messagedestination addressunicast address,则判断和自身的 element address是否匹配。
  3. 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 SNOSEQ

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
  • 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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