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蓝牙 mesh 协议：Specifications – Bluetooth® Technology Website
概念解释
Mesh组网
蓝牙 Mesh 是基于 BLE 4.0 协议基础上实现的组网协议，并在蓝牙的 37/38/39 广播信道上进行通信，设备不间断保持在广播信道上进行扫描监听以及转发，从而实现设备间的组网通信。
受限于4.2版本协议蓝牙广播的数据长度Mesh最底层的数据包长度很短，但是 Mesh transport 层支持对上层的长数据进行分包，但是分包会增加发包的耗时。
Mesh协议栈组成
(1) Model layer：标准化典型用户场景的操作，这些操作通过Bluetooth Mesh Model specification协议来定义。
(2) Foundation Model layer：定义了用于配置和管理mesh网络的状态、消息以及model。
(3) Access layer： 定义了高层应用如何访问upper transport layer。该层定义了应用数据包的格式。同时，高层应用数据的加解密功能定义在这一层完成。
(4) Upper transport layer：对应用数据进行加解密以及鉴权。
(5) Lower transport layer： 主要对upper transport layer的数据包进行分段和重组。
(6) Network layer： 网络层是MESH网络的关键层。这一层主要负责将传输层的数据包传输给一个或者多个其它节点。数据包是否被拒绝、或者被在本节点做进一步处理、或者数据包将会被前传给其它节点是网络层的核心功能。同时，网络层还对本层消息进行加解密和鉴权。
(7) Bearer layer：定义了网络层数据包如何在节点之间传递。当前协议版本定义了两种承载，一种是广播承载，另一种是GATT承载。
(8) Bluetooth low energy core specification：这一层是在MESH协议发布之前所定义的BLEcore specification
洪泛式网络
蓝牙 Mesh 属于一种低速率的洪泛式组网技术，网络内的节点如果具备转发能力在收到同一个网络的消息后，如果消息为可转发的消息则会将消息继续广播出去，以此达到一条 Mesh 数据能在整个Mesh网络内快速的传递。
洪泛式的组网有它的优势也有劣势，优势在于节点能够快速响应、到达成功率高、网络健壮性好等。劣势在于容易产生网络风暴，多条消息并发时网络内碰撞大，消息的到达率与响应速度就会下降。
TTL
TTL 指的是一条广播包可被转发次数，在每条的 mesh 广播包中都会存在，占用 7bit。对于 TTL 的值有以下解释：
• 0 = has not been relayed and will not be relayed
• 1 = may have been relayed, but will not be relayed
• 2 to 126 = may have been relayed and can be relayed
• 127 = has not been relayed and can be relayed
节点间通信为广播通信没有特定的路径，relay 节点收到的广播包只要 TTL 值不为 0 这条广播包就可以被继续转发，同时将广播包中的 TTL 减一。
SEQ
SEQ 全称 sequence num，每包的序列号。mesh 的每一包里都有一个长度为 3 个字节的序列号。对于同一个设备在发送 mesh 数据时，这个序列号必须是累加的。
同时每个 mesh 设备内部都有一张 SEQ 缓存表，用来缓存接收到的mesh数据包的源地址（src_addr）和其最新的 SEQ，这张表只存放在 RAM（掉电丢失）中。在每收到一个 mesh 数据包时都要去表里去查询，收到的SEQ是否大于缓存表同一个源地址的 SEQ，如果小于等于则认为次数据包为重传包或者不合法数据包，同时丢弃此数据包。
Mesh密钥
Mesh Profile 规范定义了两种类型的密钥：应用程序密钥（AppKey）和网络密钥（NetKey）。
NetKeys 用于网络层的通信加密，只有 NetKey 保持一致设备所发出的数据才可以被同一个Mesh网络内的节点进行传输。
AppKeys 用于上层传输层的通信加密，只有AppKey保持一致，节点间通信发送的数据才可以被解密成应用数据。这两种类型的密钥在 mesh 节点之间是统一的，只有两个密钥保持一致才能进行通信。一个网络中，则可以有多个Appkey。
除了上述两种密钥外还有一种设备密钥（DevKey），它是每个节点唯一的特殊应用程序密钥，即一机一密，只有节点和配网者知道，用于配网者来配置节点通信加密。
Mesh角色
Mesh Provisioner：配网者节点，例如：涂鸦智能 APP（手机）、蓝牙网关；
Relay node：转发节点，Mesh 网络中的长供电节点，可以转发网络内的消息；
Proxy node：代理节点，可以被手机 GATT 连接的节点，手机通过连接代理节点来发送或者接收 mesh 网络的数据来控制整个网络的节点；
LPN node：低功耗节点，会定期的休眠与唤醒，来降低自身的功耗；
Friend node：配合 LPN node 工作的朋友节点，当 LPN 节点休眠时，替其缓存数据，LPN 节点唤醒时再将数据发给它。
目前 Tuya 的设备默认都具备 relay、proxy 能力，目前 LPN 与 Friend 特性未使用。
Mesh地址
单播地址：每个 element 都有一个单播地址，地址范围 0x0001-0x7FFF，一个设备可能有多个 element；
虚拟地址：Label UUID是128bit的，一个或多个elements可以订阅该UUID，达到接收消息的目的，对该UUID做hash，即为虚拟地址；
组播地址：包括群组地址和广播地址；
配网
Mesh Spec 规定的标准配网为 mesh 的 Provision 过程，实际设备从未配网到可以正常通信分为两个步骤：
Mesh Provision阶段
配网节点通过扫描到未配网的 mesh 节点设备，然后通过连接（PB-GATT）或者广播（PB-ADV）与设备通信并发起配网，配网过程会先通过ECDH 协商生成 Public key，然后基于 Public key 将Mesh网络的密钥 Network key 下发给设备，同时协商生成设备密钥 Device key，到此设备 Provision 阶段完成。
Config Model 配置阶段
接下来还需要通过 Network key 与 Device key 的加密将应用密钥 App key 下发给设备，同时对设备的 Model 绑定对应的应用密钥以及更新 Mesh 设备的 Network transmit 参数，到此设备的完成配网完成。后续所有的业务都可以通过这三个密钥加密完成。
配网者中有两种承载方式（详细可参考 Mesh Profile 1.0.1 中 5.2 章节）：
PB-ADV
配网者通过广播直接与未配网的 mesh 节点通信进行配网过程。此种方式一般适用于网关类配网者，此类配网者可以保持一致或者周期性 scan 空中的广播数据以及发送广播数据来做到与网络内节点通信。
PB-GATT
配网者通过 GATT 连接的方式与未配网的 mesh 节点进行连接后通过连接通道进行配网。一般应用于手机 App 此类的配网者。手机 App 一般无法保持长时间的 scan 能力，所以无法直接接收Mesh网络的消息，所以需要通过 GATT 连接未配网的设备进行通信。
Mesh数据包
我们目前常用的 mesh 控制数据包类型为 Access message。
Access message 分为 unseq acc / seq acc；
unseq acc 即 不分包 access 数据，最大长度为15，减去 MIC(4) 最大可以 11Byte。11Byte 里包括 opcode，即在用 vendor model 发送数据时，opcode 长度为3，即 data 最大为 8.
seq acc 即分包 access 数据，单包最大长度为12，即总长度为 12\*n，n为分包数。12\*n 中包括 MIC 4Byte)，即用户数据为 12\*n-4，再减掉 opcode 长度才为实际的用户数据长度 即： 12\*n - 4 - opcode_len。如果对于使用 vendor model 则分包数为 n = (data_len + 7)/12，对 n 取整。
在使用数据包很短的控制命令时，命令的成功率与到达的一致性都很优秀，例如：开关命令、照明的调光命名、传感器的数据上报等。所以建议数据命令长度较长的控制方式时建议不要选择 Mesh 方案，否则不仅无法发挥其优势而且有可能会出现数据延迟与丢包等问题。
Sig mesh网络防重放安全机制
seq：
sequence num，每包的序列号。Mesh 的每一包里都有一个长度为3个字节的序列号。对于同一个设备在发送mesh 数据是，这个序列号是累加的。
每个mesh设备内部都有一张 seq cache 表，用来缓存接收到的 mesh 数据包的原地址 src_addr 和最新的 seq。这张表只存放在 ram（掉电丢失） 中。在每收到一个 mesh 数据包时都要去表里去查询，对于同一个 src_addr，收到的 seq 是否大于缓存的 seq，如果小于等于则不做任何处理。
iv index：
iv index 是一个网络内的属性，针对于同一个网络所有设备的 iv index 保持一致。Iv index 的意义在于，seq 只有三个字节，对于 mesh 网络通信，早晚有用完的那一天，如果 seq 用完了没有其他机制的话这个设备就无法与其他设备通信了。所以，iv index 的更新就是来解决 seq 的问题。
当网络内任意一个设备的 seq 用完了之后，就可以发起 iv index 的更新，在 iv index 更新之后，设备的 seq 重置从 0 开始重新累加。
iv index 更新过程分为 normal 状态和 active 状态。因为一个网络内有大量的设备，更新是需要一定时间的。因为技术性很强，此处不多过多解释，感兴趣的可以参考 mesh spec。
mesh网络结构
相关问题：
为什么手机只能用GATT方式？
答：因为mesh节点是需要持续保持scan的，这要求射频必须持续工作，而手机系统应用众多，如果长时间保持蓝牙的scan是无法保证的，所以这时如果用BLE连接的方式与其中一个节点建立连接，则将会减少手机占用的资源。
Proxy节点：
答：Proxy节点就是与手机进行直连的节点，这个节点具备mesh节点的所有特性，同时与手机进行GATT连接通信，以此可以替手机转发命令到mesh网络的节点，也可以接收其他节点到发给手机的广播然后转发给手机。
一个mesh网络中可以多个手机同时控制吗？
答：根据前面问题的回答可以知道，手机必须要直连一个节点控制mesh网络。每个节点只能被一个手机连接。所以需要 支持proxy节点数量 >= 同时连接手机的数量。当然，如果有网关的话，手机数量是没有限制的。