【蓝牙mesh】Upper协议层介绍

Upper层简介

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Upper协议层用于处理网络层以上的功能，包括设备的应用层数据、安全、群组等信息，是实现蓝牙mesh应用功能的关键协议之一。Upper层接收来自Access层的数据或者是Upper层自己生成的Control数据，并且将其传输到对端设备的Upper层。来自Access层的数据使用appkey来进行加密和认证的，这就需要在Upper层来验证这些数据。而Control数据是不用appkey的，它只是用netkey来加密，因为Control数据是不用传递给上层。

下面解释一下Access数据和Control数据， Upper层的数据分为Access数据和Control数据。
先说什么是Access数据，我们平常应用层传下来的数据，以及接收到的需要抛给应用层的都是Access数据，比如我们的控制灯开关的指令，获取对方开关状态的指令，以及配置mesh节点信息的指令，都是Access指令。
那什么又是Control数据呢，Control数据主要是Friend节点存的数据，比如节点A是一个低功耗设备，在节点A休眠的时候，如果网络内有发给A的数据，则通过节点B将发给A的数据缓存到B中，那节点B收到的这些数据就是Control数据，这些数据不经过节点B 的appkey解密，也不用传递给上层。

另外节点转发的其他设备的数据也是不经过appkey加解密，也不用传递给上层，这也是蓝牙Mesh基于安全性考虑进行设计的，比如A节点是一个灯，B节点是一个门锁，A节点转发B节点的开锁数据，因为转发数据根本不经过Access层，也不用appkey进行解密，这就保证了数据的安全性。

Upper层Access数据包

上面提到了Control数据和Access应用数据，在Access层有一个专门的标志位CTL来区分这两种设备。当CTL为0则表示设备是Access应用数据，Access数据使用appkey或者devkey来进行加解密和校验。其中Upper层传输的Access数据分为两部分，一部分是加密的数据包，第二部分是认证码，认证码可以使用32位，也可以使用64位，如下：
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加密的数据包

根据我们上一篇文章Access层的介绍，如果认证码使用32位，则数据包的长度最大可以是380个字节，如果认证码使用64位，则数据包的长度最大可以是376个字节。当然只要数据超过12个字节，数据包会在Lower层进行分片和组包，这个我们会在下篇文章介绍。

认证码

认证码是用来校验上面数据包是否被篡改的，使用的是AES_CBC的加密认证方式。对于分包的数据，认证码的长度取决于Lower层数据包中 SZMIC标志位的值。对于不分包的数据，认证码就是32位。

另外说明一下，Control数据是不需要认证码的。

Upper层Control数据包

当CTL标志位为1是，Upper层传输的数据就是Control数据包。Control数据有一个7-bit的Opcode,表示不同的Control数据。所有的Control数据在Upper层是没有认证的，所有的认证是在下层的网络层中做的，在网络层是使用的是64bit的认证码。Control数据在下层Lower层的分包如下：

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由上图可以看出Control数据最大是256个字节。

Upper层 Access数据收发

发送数据

Upper层的Access数据使用appkey或者devkey进行加解密，在Upper层的数据会有一个SEQ, 表示消息的序列号，每次发送消息该SEQ都会自增，SEQ长度是3个字节，SEQ耗尽后，会触发IV_index更新。

在下层还有一个AKF 和 AID的标志位，AKF 就是appkey flag的简称，用来表示该数据包是使用appkey来加密还是使用devkey来加密。如果AKF为1，则AID用来表示appkey的ID，如果AKF未0， AID的值也为0。

接收数据

当Upper层接收到数据后，会根据AKF和AID的标志位判断是使用appkey还是使用devkey对数据进行解密，并且验证数据的认证码。数据解码完成后，会校验设备的源地址和目的地址，如果数据是发给自己的，则抛到上层进行处理。如果发现设备不是发给自己的，则会判断是否是传给自己作为Friend节点的低功耗设备的，如果是则存储到对应的Friend列表中。

Upper层 Control数据介绍

Control数据主要是用在Mesh设备的Friend特性，通过Friend特性和低功耗LowPower节点之间建立联系。Control数据就是下面的这几条命令，除此之外Upper层的所有数据都是Access数据。
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Friend节点与LowPower节点建立关系的流程如下：
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要建立 Friendship关系，首先LowPower节点向空中发送 Friend Request 请求（地址类型是 all-friend）
如果一个节点支持 Friend feature 同时开启了这个 feature 的话，那么当他接收到 Friend Request 消息的时候，就会回复一条Friend Offer命令。如果LowPower节点周围有多个Friend节点的话，那么多个节点都会回复Friend Offer命令。
LowPower节点收到一条或多条 Friend feature 的节点发送的 Friend Offer 消息后，选择其中希望建立 Friendship 的，使用 Friend Poll 进行应答。选择与谁建立Friendship可以由Lowpower节点自行决定，可以根据信号强度、先后顺序等因素。
接收到 LowPower 的 Friend Poll 应答后，Friend 节点回复 Friend Update，正式建立友谊；
至此两者之前便建立了Friendship关系，LowPower节点休眠后，网络内发往LowPower的消息会由Friend节点进行缓存，当LowPower节点从休眠唤醒后，会从Friend节点中将缓存的消息读出来。

总结

蓝牙Mesh中的Upper层主要用于将应用层数据，封装并解密后传给网络层，以及将接收到的网络层数据进行解析和解密并传递给应用层， Upper层是网络层和应用层中非常重要的一部分。