附录02 BLE Mesh协议

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2026-04-25

1 概述

BLE Mesh 是蓝牙技术联盟 (SIG) 在 2017 年发布的基于 BLE 的网状网络协议。与传统的蓝牙点对点连接不同，BLE Mesh 支持多对多 (many-to-many) 通信，节点之间可以通过中继 (Relay) 转发消息，覆盖范围远超单个 BLE 连接。

BLE Mesh 特别适合智能家居、商业照明、传感器网络等场景。

2 核心概念

2.1 节点类型

类型	功能	典型设备
Provisioner	配网器，负责将新设备加入网络（通常是手机 App）	手机 App
Node	普通节点，加入网络后可以发送/接收消息	所有设备的基本功能(除了Provisioner)
Relay	中继节点，转发收到的消息以扩展网络覆盖	常供电设备（灯泡、插座、网关）
Friend	Friend 节点，为低功耗节点缓存消息	常供电设备（灯泡、网关）
Low Power Node	低功耗节点，定期唤醒向 Friend 查询是否有待处理消息	电池供电传感器、无线开关
Proxy	代理节点，允许非 Mesh 设备（如手机）通过 GATT 连接访问 Mesh 网络	网关

本项目节点同时启用了 Relay 和 Friend 功能，也可通过 GATT Proxy 让手机直接连接。

2.2 寻址方式

地址类型	说明
Unicast Address	单播地址，每个元素一个，Provision 时分配 (0x0001~0x7FFF)
Group Address	组播地址，多个节点可订阅同一组 (0xC000~0xFEFF)
Virtual Address	虚拟地址，基于 UUID Hash 生成，用于灵活分组

2.3 模型 (Model)

模型是 BLE Mesh 的基本功能单元，定义了设备能"做什么"。

模型类型	说明
Server	状态持有者，响应 Client 的操作请求
Client	发起操作请求的一方
Control	既可作为 Server 也可作为 Client

2.4 标准模型

蓝牙 SIG 定义了以下标准模型，模型 ID 为 16 位。每个模型有 Server 和 Client 两种角色：Server 持有状态，Client 发起操作。

全部标准模型列表

模型 ID	模型名称	中文名称	功能	本项目使用
`0x0000`	Configuration Server	配置服务器	Mesh 网络配置管理（绑定 AppKey、订阅、发布等）	✅ Server（强制）
`0x0001`	Configuration Client	配置客户端	主动配置其他节点的网络参数	—
`0x0002`	Health Server	健康状态服务器	上报节点健康状态（故障码、Attention Timer 等）	✅ Server
`0x0003`	Health Client	健康状态客户端	查询其他节点的健康状态	—
`0x1000`	Generic OnOff Server	通用开关服务器	基本二值开关控制（ON/OFF）	✅ Server
`0x1001`	Generic OnOff Client	通用开关客户端	主动控制其他节点的开关	—
`0x1002`	Generic Level Server	通用等级服务器	可变数值等级（-32768 ~ +32767）	—
`0x1003`	Generic Level Client	通用等级客户端	主动设其他节点的等级	—
`0x1004`	Generic Default Transition Time Server	默认过渡时间服务器	设定状态的默认过渡时间	—
`0x1005`	Generic Default Transition Time Client	默认过渡时间客户端	主动设默认过渡时间	—
`0x1006`	Generic Power OnOff Server	上电状态服务器	设定节点重新上电后的默认开关状态	—
`0x1007`	Generic Power OnOff Client	上电状态客户端	主动设上电默认开关	—
`0x1008`	Generic Power Level Server	上电等级服务器	设定节点重新上电后的默认等级值	—
`0x1009`	Generic Power Level Client	上电等级客户端	主动设上电默认等级	—
`0x100A`	Generic Battery Server	电池状态服务器	上报电池电量	—
`0x100B`	Generic Battery Client	电池状态客户端	查询电池电量	—
`0x100C`	Generic Location Server	位置服务器	设定节点的全球/本地位置坐标	—
`0x100D`	Generic Location Client	位置客户端	查询/设位置坐标	—
`0x100E`	Generic Admin Property Server	设备属性服务器	存储/管理制造商标识等管理属性	—
`0x100F`	Generic Manufacturer Property Server	制造属性服务器	读取制造商设定的固定属性	—
`0x1010`	Generic User Property Server	用户属性服务器	存储/管理用户可变的属性	—
`0x1011`	Generic Client Property Server	客户端属性服务器	管理上述三类属性的 Client 端	—
`0x1012`	Generic Property Client	属性客户端	主动读取/设属性值	—
`0x1300`	Light Lightness Server	亮度服务器	灯光亮度控制（0~65535）	✅ Server
`0x1301`	Light Lightness Client	亮度客户端	主动控制亮度	—
`0x1302`	Light Lightness Setup Server	亮度设置服务器	带预设值的亮度控制（含 Default/Temperature）	—
`0x1303`	Light CTL Server	色温服务器	色温控制（暖白/冷白混光）	—
`0x1304`	Light CTL Client	色温客户端	主动设色温	—
`0x1305`	Light CTL Temperature Server	色温温度服务器	色温范围管理	—
`0x1306`	Light CTL Setup Server	色温设置服务器	带预设值的色温控制	—
`0x1307`	Light HSL Server	HSL 颜色服务器	色相/饱和度/亮度控制	—
`0x1308`	Light HSL Client	HSL 颜色客户端	主动设颜色	—
`0x1309`	Light HSL Hue Server	色相服务器	色相范围管理	—
`0x130A`	Light HSL Saturation Server	饱和度服务器	饱和度范围管理	—
`0x130B`	Light HSL Setup Server	HSL 设置服务器	带预设值的 HSL 控制	—
`0x130C`	Light xyL Server	xyL 颜色服务器	CIE xy 色度 + 亮度控制	—
`0x130D`	Light xyL Client	xyL 颜色客户端	主动设色度	—
`0x130E`	Light xyL Setup Server	xyL 设置服务器	带预设值的 xyL 控制	—
`0x130F`	Light LC Server	灯光控制器服务器	智能灯光控制器（占空感/日光采集）	—
`0x1310`	Light LC Client	灯光控制器客户端	灯光控制器控制/上报	—
`0x1311`	Light LC Setup Server	灯光控制器设置服务器	带预设值的灯光控制	—
`0x1400`	Sensor Server	传感器服务器	传感器数据上报	—
`0x1401`	Sensor Client	传感器客户端	查询传感器数据	—
`0x1402`	Sensor Setup Server	传感器设置服务器	传感器参数配置	—
`0x1500`	Time Server	时间服务器	提供网络当前时间	—
`0x1501`	Time Client	时间客户端	查询网络时间	—
`0x1502`	Scene Server	场景服务器	场景存储与召回（一键切换灯带整体效果）	—
`0x1503`	Scene Client	场景客户端	管理场景/触发场景切换	—
`0x1504`	Scene Setup Server	场景设置服务器	场景参数配置	—
`0x1505`	Scheduler Server	排程服务器	定时执行预设动作（如每天18:00开灯）	—
`0x1506`	Scheduler Client	排程客户端	管理定时计划	—
`0x1507`	Scheduler Setup Server	排程设置服务器	排程参数配置	—

本项目使用的模型

模型	功能	角色	备注
Configuration Server	Mesh 网络配置管理	Server	强制，处理 AppKey 绑定/订阅/发布等
Health Server	设备健康状态上报	Server	Attention 回调输出日志
Generic OnOff Server	开关控制	Server	收到 SET 后调用 `led_output_set_onoff()`
Light Lightness Server	亮度控制	Server	收到 SET 后调用 `led_output_set_lightness()`

2.5 Vendor 模型

当标准模型无法满足需求时，可使用 Vendor 模型定义自定义功能。Vendor 模型使用 3 字节操作码（1 byte opcode + 2 bytes company_id），Company ID 由蓝牙 SIG 分配。

本项目 Vendor 模型：

Company ID：0x0059 (Nordic Semiconductor)
Model ID：0x0001
功能：灯效切换

3 操作码定义

本项目 Vendor Effect Server 的操作码（3 字节，小端序）：

操作码	含义	参数长度	说明
`0xC10059`	GET	0 字节	查询当前灯效
`0xC20059`	SET	2 字节 `[effect_id][tid]`	切换灯效，带应答
`0xC30059`	SET_UNACK	2 字节 `[effect_id][tid]`	切换灯效，无应答
`0xC40059`	STATUS	2 字节 `[effect_id][count]`	状态回复

操作码由 BT_MESH_MODEL_OP_3(op, company_id) 宏生成。

4 配网流程 (Provisioning)

节点上电 → 发送 Unprovisioned Beacon
  → 手机 App 扫描发现设备
  → App 发起 Provisioning (PB-ADV 或 PB-GATT)
  → 交换密钥、分配 Unicast Address
  → 节点输出 NetKey、AppKey、地址
  → App 通过 Config Client 绑定 AppKey 到模型
  → 模型可收发应用层消息

本项目支持 PB-ADV（通过 BLE 广播信道配网）和 PB-GATT（通过 GATT 连接配网）两种方式。

5 发布/订阅机制

节点模型可以配置"发布地址"和"订阅地址"：

发布 (Publish)：模型将状态变化主动发送到指定的单播/组播地址
订阅 (Subscribe)：模型监听来自指定地址的消息

典型灯带群控场景：所有灯带节点订阅同一组播地址，手机向该地址发送 Set 消息即可同时控制整组灯带。

6 在本项目中的应用

配网:   手机 App (Provisioner) → PB-ADV/PB-GATT → nRF52840 节点
开关:   手机 → Generic OnOff Set → led_output_set_onoff()
亮度:   手机 → Light Lightness Set → led_output_set_lightness()
灯效:   手机 → Vendor Effect Set → led_output_set_effect()
状态:   手机 → Vendor Effect Get → led_output_get_effect_id() + count