BLE Mesh蓝牙组网技术详细解析之Model Layer模型层（八）

一、什么是BLE Mesh Model Layer模型层？

二、SIG Model

2.1 模型概念

2.2 消息格式

2.3 开关模型

四、资料获取

一、什么是BLE Mesh Model Layer模型层？

Models Layer的作用是定义了一些通用的或特定的模型，用于实现网络节点设备的基本功能和控制行为。每个模型都包含了一些状态、消息和规程，用于描述设备的属性、功能和行为。模型可以分为基础模型和SIG模型两类。基础模型负责实现与Mesh网络配置和管理相关的功能，如Configuration Server/Client model和Health Server/Client model。SIG模型负责实现与Mesh网络应用相关的功能，如Generic OnOff Server/Client model、Sensor Server/Client model和Lighting Server/Client model等。

二、SIG Model

2.1 模型概念

Model Layer中的SIG model是一些标准的模型，用于实现典型的用户场景功能，如开关、传感器、灯光等。SIG model的实现主要包括以下几个方面：

定义一组相关的状态，用于表示模型的当前属性或目标属性；
定义一组消息，用于查询或更改状态的值，或者通知状态的变化；
定义一组行为，用于响应消息的请求，或者执行状态的转换；
定义一组绑定关系，用于描述不同状态之间的联动效果；
定义一个唯一的模型识别码，用于区分不同的模型。

下图展示了设备的一种元素模型结构，该设备具体实现了一个服务器模型(标记为设备C)，具备相应的状态，并支持以下消息：R、S、T、X、Y、Z。同时，该设备还包含两个实现客户端模型的设备，其中设备a主要支持消息X、Y和Z，而设备B则主要支持消息R、S、T和Z。

2.2 消息格式

Model Layer的消息格式是由Access Layer定义的，主要包括两个部分：Opcode和Parameters。Opcode是一个1到3字节的字段，用于标识消息的类型和用途。Parameters是一个可选的字段，用于携带消息的具体内容，比如状态的值，目标的地址，操作的码等。不同的模型定义了不同的Opcode和Parameters，以实现各自的功能和状态。例如，Generic OnOff Server模型定义了以下三种消息：

Generic OnOff Get：用于查询开关状态，Opcode为0x8201，无Parameters。
Generic OnOff Set：用于设置开关状态，Opcode为0x8202，Parameters为OnOff（1字节），TID（1字节），Optional Fields（5字节）。
Generic OnOff Status：用于响应开关状态，Opcode为0x8203，Parameters为Present OnOff（1字节），Optional Fields（3字节）。

2.3 开关模型

Model Layer开关模型消息通信的过程是这样的：

开关模型包括Generic OnOff Server模型和Generic OnOff Client模型，它们分别定义了一个布尔类型的状态Generic OnOff State，以及三种消息Generic OnOff Get，Generic OnOff Set，Generic OnOff Status。
Generic OnOff Client模型可以向Generic OnOff Server模型发送Generic OnOff Get消息，用于查询开关状态，也可以发送Generic OnOff Set消息，用于设置开关状态。
Generic OnOff Server模型可以向Generic OnOff Client模型发送Generic OnOff Status消息，用于响应开关状态，也可以向订阅了该模型的其他节点发送Generic OnOff Status消息，用于通知开关状态的变化。
Generic OnOff Set消息有两种类型：Acknowledged和Unacknowledged，前者要求服务器回复一个Generic OnOff Status消息，后者不要求回复。
Generic OnOff Status消息包含一个字节的Present OnOff值，表示当前的开关状态，以及可选的三个字节的Target OnOff值，Transition Time值和Remaining Time值，表示目标的开关状态，状态转换的时间和剩余的时间。
Generic OnOff Server模型和Generic OnOff Client模型之间的消息通信是通过Access Layer承载的，Access Layer负责对消息进行格式化，加密，解密，认证和验证。
Access Layer的消息是通过Upper Transport Layer和Lower Transport Layer传输的，Upper Transport Layer负责对消息进行加密，解密和认证，Lower Transport Layer负责对消息进行分段和重组。
Lower Transport Layer的消息是通过Network Layer传输的，Network Layer负责对消息进行加密，解密，混淆，反混淆，中继和代理。
Network Layer的消息是通过Bearer Layer传输的，Bearer Layer负责对消息进行封装，解封，广播和接收。
Bearer Layer可以有两种类型：Advertising Bearer和GATT Bearer，前者基于BLE的广播机制，后者基于BLE的连接机制。


/*源自开源协议栈NimBLE*/
static int gen_onoff_status(struct bt_mesh_model *model,
			     struct bt_mesh_msg_ctx *ctx)
{
	int err;
	struct bt_mesh_gen_onoff_srv *cb = model->user_data;
	struct os_mbuf *msg = NET_BUF_SIMPLE(3);
	uint8_t *state;

	bt_mesh_model_msg_init(msg, OP_GEN_ONOFF_STATUS);
	state = net_buf_simple_add(msg, 1);
	if (cb && cb->get) {
		cb->get(model, state);
	}

	BT_DBG("state: %d", *state);

	err = bt_mesh_model_send(model, ctx, msg, NULL, NULL);
	if (err) {
		BT_ERR("Send status failed");
	}

	os_mbuf_free_chain(msg);

	return err;
}

static int gen_onoff_get(struct bt_mesh_model *model,
			  struct bt_mesh_msg_ctx *ctx,
			  struct os_mbuf *buf)
{
	BT_DBG("");

	return gen_onoff_status(model, ctx);
}

static int gen_onoff_set_unack(struct bt_mesh_model *model,
				struct bt_mesh_msg_ctx *ctx,
				struct os_mbuf *buf)
{
	struct bt_mesh_gen_onoff_srv *cb = model->user_data;
	uint8_t state;

	state = buf->om_data[0];

	BT_DBG("state: %d", state);

	if (cb && cb->set) {
		return cb->set(model, state);
	}

	return 0;
}

static int gen_onoff_set(struct bt_mesh_model *model,
			  struct bt_mesh_msg_ctx *ctx,
			  struct os_mbuf *buf)
{
	BT_DBG("");

	gen_onoff_set_unack(model, ctx, buf);
	return gen_onoff_status(model, ctx);
}

static int gen_level_status(struct bt_mesh_model *model,
			     struct bt_mesh_msg_ctx *ctx)
{
	int err;
	struct bt_mesh_gen_level_srv *cb = model->user_data;
	struct os_mbuf *msg = NET_BUF_SIMPLE(4);
	int16_t *level;

	bt_mesh_model_msg_init(msg, OP_GEN_LEVEL_STATUS);
	level = net_buf_simple_add(msg, 2);
	if (cb && cb->get) {
		cb->get(model, level);
	}

	BT_DBG("level: %d", *level);

	err = bt_mesh_model_send(model, ctx, msg, NULL, NULL);
	if (err) {
		BT_ERR("Send status failed");
	}

	os_mbuf_free_chain(msg);
	return err;
}