蓝牙Sig Mesh 概念入门⑤——Mesh通信消息格式详解
文章目录
- 一、Access Layer
- 二、Transport layer
- 三、Network layer
- 3.1 Address
- 3.2 Network PDU
- 3.3 Network transmit count / interval ( 重传次数和重传间隔的定义)
- 3.4 Reliable retry( 发包重试次数)
- 四、mesh beacon
- 五、IV Update procedure
- 六、heartbeat
- 七、Health
一、Access Layer
Access layer 包含 op code 和 parameter，最大支持 380 byte。
| Filed Name | Size | Notes |
|---|---|---|
| op code | 1,2 or 3 | operation code |
| Parameters | 0 to 379 | Application Parameters |
op code 有三种类型，1byte，2byte 和 3byte。
- 1byte，2byte 是 SIG 定义的命令。
- 3byte是 vendor 自定义的命令
- 其中 2 个 byte 是 vendor ID（CID）
- 整个 mesh 网络中，一个 vendor id 最多支持 64 个 vendor opcode
| Opcode Format | Notes |
|---|---|
| 0xxx xxxx（排除0111 1111） | 1-octet Opcode，SIG定义 |
| 10xx xxxx xxxx xxxx | 2-octet Opcode，SIG定义 |
| 10xx xxxx zzzz zzzz zzzz zzzz | 3-octet Opcode，vendor定义，z代表vendor id |
二、Transport layer
- 目前为了兼容 BLE4.2 等不支持长广播包的设备，所以都统一设定 adv 的最大 payload 为31byte
- 去掉一些数据包的通讯协议需要占用的部分，单包的有效 payload 是 11byte
- 当Access layer 超过 11byte 后，就需要分包
- 对于 vendor op code 来说，当 parameters 大于 8 个 byte(8=11-3)
- 分包的时候，mesh 协议栈就会自动执行分包发送，用户不需要介入
三、Network layer
3.1 Address
| Values | Address Type | Description |
|---|---|---|
| 0b0000 0000 0000 0000 | Unassigned Address | 0，未分配地址 |
| 0b0xxx xxxx xxxx xxxx | Unicast Address | element address |
| 0b11xx xxxx xxxx xxxx | Group Address | 分组地址，用于组控，以及publish/subcribe |
| 0b10xx xxxx xxxx xxxx | Virtual Address | 暂时用不到 |
3.2 Network PDU
| Field Name | Length | Notes |
|---|---|---|
| IVI | 1 | IV Index最低有效位 |
| NID | 7 | netkey 相关 |
| CTL | 1 | 标记是否是control message |
| TTL | 7 | Time to Live |
| SEQ | 24 | Sequence Number |
| SRC | 16 | Source Address |
| DST | 16 | Destination Address |
| TransportPDU | 8 to 128 | Transport Protocol Data Unit |
| NetMIC | 32 or 64 | Message Integrity Check for Network，完整性校验 |
3.3 Network transmit count / interval ( 重传次数和重传间隔的定义)
network transmit count是指发送一个命令，需要重传的次数- 这些重传的 rf packet 是一模一样的，包括 sno 等。
- 我们的 SDK 协议栈默认重发 5 次，即 TRANSMIT_CNT_DEF(5)，总共发发送次数是 n+1 =6 个。
network transmit interval是指重传的两个包之间的发送间隔- 我们 SDK 默认在 30-40ms之间，由 TRANSMIT_INVL_STEPS_DEF(2) 决定，计算方式是 ((TRANSMIT_INVL_STEPS_DEF +1)*10 + (0–10))ms。”
network transmit count、transmit interval 还可以通过 SIG 定义的标准 config 命令CFG_NW_TRANSMIT_SET 来配置。
3.4 Reliable retry( 发包重试次数)
Reliable retry 是指应用层的重试，用于有 status 回复的命令，比如 generic ONOFF。
- 当发送一个 network packet 后(包含 network transmit)，会判断是否收到 status
- 如果没有收到，我们会进行 retry，network packet 里面的 sequence number 会变化
- 我们默认最多重试两次。
四、mesh beacon
下图是 unprovisioned device beacon 的 PDU。
Device UUID 可以唯一识别 node。因为有些手机，比如 IOS 不能获取 mac，以及在未来的remote provision 中无法获得 mac，所以在 SIG mesh 中是通过 Device UUID 来唯一识别 node，而不是通过 mac。unprovisioned beacon 通过 non-connectable ADV 的 packet 来发送，用于 PB-ADVprovision 模式。
- 在未组网时，会发送 unprovision beacon，通过
unprov_beacon_send()来发送。发送周期由beacon_send.inter = MAX_BEACON_SEND_INTERVAL来定义，默认是 2 秒。 - 在组网后，会发送 security beacon，通过
mesh_tx_sec_nw_beacon()来发送。 CFG_BEACON_SET定义发送使能。SEC_NW_BC_INV_DEF_100MS定义发送周期 ，默认是 10 秒。
五、IV Update procedure
network layer和access layer的加解密过程都需要用到iv index。
- mesh网络要求network PDU的sequence number要一直累加
- sequence number 才 3 byte，当使用很长一段时间后，sequence number 接近最大值的时候
- 就需要考虑更新 iv index，否则 sequence number 就会归 0，导致接收端认为是一个无效的message
- 从某种程度上，可以理解 iv index 为 sequence number 的扩展位。
iv index update flow 是节点自行发起，自行 update 的过程。
目前 SDK，当节点检测自己的mermaid sequenceDiagram number超过了IV_UPDATE_START_SNO(0xC00000) 后，会主动发起 iv updatefolw。每次 Iv update 后，iv index 会加 1。
六、heartbeat
mesh的心跳包，可以配置周期发送。
- 可以用于做在线离线检测(周期 publish 机制也可以做在线离线检测)
- 可以用于hops 的计算，即计算 heartbeat message 经过多少跳之后，才被接收到
经过统计一定时间内收到的 heartbeat 的个数(count)，并计算得到每个 heartbeat 的 hops
的值，得到 min hops 和 max hops，进而了解整个网络的布局，以及每一个节点的 message
传输的可靠程度。不过每次配置 heartbeat subscription 只能监听和统计一个节点的状态。
hops 计算方式是：hops = InitTTL - RxTTL +1。
- InitTTL：是 heartbeat publish set 里面的 TTL 参数。
- RxTTL：是收到的 message 的 network PDU 里面的 TTL。
节点默认不发送 heartbeat，具体配置方式。
七、Health
Health model 相关的 message 是用来反映节点的 warning 或者 error 状态。
| Value | Description |
|---|---|
| 0x00 | No Fault |
| 0x01 | Battery Low Warning |
| 0x02 | Bettery Low Error |
| 0x03 | Supply Voltage Too Low Warning |
| 0x04 | Supply Voltage Too Low Error |
| 0x05 | Supply Voltage Too High Warning |
| 0x06 | Supply Voltage Too High Error |
| 0x07 | Power Supply Interrupted Warning |
| 0x08 | Power Supply Interrupted Error |
| 0x09 | No Load Warning |
| 0x0A | No Load Error |
| 0x0B | Overload Warning |
| 0x0C | Overload Error |
| 0x0D | Overheat Warning |
| 0x0E | Overheat Error |
| 0x0F | Condensation Warning |
| 0x10 | Condensation Error |
| 0x11 | Vibration Warning |
| 0x12 | Vibration Error |
| 0x13 | Configuration Warning |
| 0x14 | Configuration Error |
| 0x15 | Element Not Calibrated Warning |
| 0x16 | Element Not Calibrated Error |
| 0x17 | Memory Warning |
| 0x18 | Memory Error |
| 0x19 | Self-Test Warning |
| 0x1A | Self-Test Error |
| 0x1B | Input Too Low Warning |
| 0x1C | Input Too Low Error |
| 0x1D | Input Too High Warning |
| 0x1E | Input Too High Error |
| 0x1F | Input No Change Warning |
| 0x20 | Input No Change Error |
| 0x21 | Actuator Blocked Warning |
| 0x22 | Actuator Blocked Error |
| 0x23 | Housing Opened Warning |
| 0x24 | Housing Opened Error |
| 0x25 | Tamper Warning |
| 0x26 | Tamper Error |
| 0x27 | Device Moved Warning |
| 0x28 | Device Moved Error |
| 0x29 | Device Dropped Warning |
| 0x2A | Device Dropped Error |
| 0x2B | Overflow Warning |
| 0x2C | Overflow Error |
| 0x2D | Empty Warning |
| 0x2E | Empty Error |
| 0x2F | Internal Bus Warning |
| 0x30 | Internal Bus Error |
| 0x31 | Mechanism Jammed Warning |
| 0x32 | Mechanism Jammed Error |
| 0x33-0X7F | Reserved for Future Use |
| 0x80-0XFF | Vendor Specific Warning / Error |
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