ESP-BLE-MESH

[English]

概述

蓝牙 mesh 网络实现了无线设备的“多对多”通讯，其可用于建立包含大量设备的网络。

设备能将数据中继至不在初始设备无线电覆盖范围内的其他设备。这样，mesh 网络就能够覆盖非常大的物理区域，并且囊括大量设备。Mesh 网络非常适用于楼宇自动化、传感器网络和其他物联网解决方案，这些情景下数以十计、百计、千计的设备需要与其他设备进行安全可靠的通信。

蓝牙 mesh 并非无线通信技术，而是一种网络技术。该技术基于一种无线通讯协议栈，即低功耗蓝牙。

ESP-BLE-MESH 基于 Zephyr 蓝牙 Mesh 协议栈的顶端，其实现支持设备配网和节点控制，同时也实现了代理、中继、低功耗和朋友等节点功能。

有关 ESP-BLE-MESH 架构实现的信息，请参见 ESP-BLE-MESH 架构；有关各自 API 的信息，请参见 ESP-BLE-MESH API Reference。

ESP-BLE-MESH 的实现和认证基于最新的 Mesh Profile v1.0.1 。有关 ESP-BLE-MESH 认证的细节，请参考 此处 。

注解

如果您在寻找 ESP32 基于 Wi-Fi 的 mesh 方案，请查阅乐鑫的另一款产品 ESP-MESH。更多相关信息及文档，请参见:doc:ESP-MESH <../../api-reference/network/esp_mesh>。

ESP-BLE-MESH 快速入门

该章节旨在帮助您基于乐鑫的 ESP32 开发板搭建 ESP-BLE-MESH 网络。

我们将会展示如何搭建并运行一个包含 3 个节点的小型 ESP-BLE-MESH 网络，其中包含设备配网、节点配置，以及向特定节点上的 Generic OnOff Server Model 发送开关灯命令。

如果您是第一次接触 ESP-IDF，请参见 esp-idf :doc:../../get-started/index 来设置开发环境，编译、烧写和运行示例应用程序。

硬件及软件准备

硬件：

• 3 块 ESP32 开发板，请参见 options。

• 连接开发板的 USB 线。

• ESP-IDF 开发环境。

• 运行 Android 或 iOS 的手机或平板。

软件：

• 下载至 ESP32 开发板的示例应用 bluetooth/esp_ble_mesh/ble_mesh_node。

• 手机 App: nRF Mesh Android 或 iOS 版本。除 nRF Mesh 的 App，以下 App 也支持 ESP-BLE-MESH：

  • EspBleMesh Android App

  • Silicon Labs Android 或 iOS App

安装

以下详细步骤可指导您完成安装过程。

步骤 1. 检查硬件

ESP32-DevKitC 和 ESP-WROVER-KIT 开发板均支持 ESP-BLE-MESH。您可以通过 menuconfig: idf.py menuconfig > Example Configuration > Board selection for ESP-BLE-MESH 选择特定的开发板。

注解

如果您打算使用 ESP32-DevKitC 开发板，请将 RGB 灯焊接至 GPIO 管脚 25、26 和 27。

步骤 2. 配置软件

进入 bluetooth/esp_ble_mesh/ble_mesh_node 示例文件夹，运行 idf.py menuconfig 选择所使用的开发板，然后运行 idf.py build 编译示例。

步骤 3. 下载应用

bluetooth/esp_ble_mesh/ble_mesh_node 示例编译成功后，用户可以运行 idf.py flash 将编译生成的二进制文件下载至 3 块开发板中。

当开发板上电后，RGB 灯会变为 绿色。

ESP-BLE-MESH 设备上电

步骤 4. 设备配网

在该章节中，我们将使用 nRF Mesh Android App 演示如何配网设备。用户也可以从 App Store 下载其 iOS 版本。

4.1 扫描 (scanner)

扫描 (Scanner) 是 nRF Mesh App 搜索蓝牙通信范围内未配网设备的功能。打开 App，点击底部的扫描按钮 Scanner。App 就会开始扫描设备，很快，我们便可在屏幕上看到 3 个未配网设备。

nRF Mesh - 扫描

4.2 识别

用户可以选择任何一个未配网设备，此时 App 会尝试和该设备建立连接。连接成功（有时可能需要尝试多次），且发现相应的 ESP-BLE-MESH GATT 服务后，用户可以在屏幕中看到识别按钮 IDENTIFY。IDENTIFY 操作告诉用户哪个设备将被配网。

注解

IDENTIFY 需要设备侧的支持，然后才能用来识别当前正在配网的设备。当前如果点击识别按钮 IDENTIFY，除了串口输出的 log，在当前的 example 中设备侧不会有其他现象。

点击识别按钮 IDENTIFY 后，用户可以看到配网按钮 PROVISION。

nRF Mesh - 识别 - 配网

4.3 配网

点击配网按钮 PROVISION，App 会开始配网设备。当设备配网成功后，开发板上的 RGB 灯会熄灭，此时 App 会执行以下几个步骤：

1. 和该节点（设备配网后成为节点）断开连接

2. 尝试和该节点重新建立连接

3. 连接成功并且发现了相应的 ESP-BLE-MESH GATT 服务

4. 获取节点的 Composition Data 并且给该节点添加 AppKey

当以上所有的步骤完成后，节点初始配置完成. 此时点击 OK，用户可以看见节点的单播地址分配成功，并且其 Composition Data 也被成功解析.

nRF Mesh - 配置完成

有时在上述步骤 2 中，App 可能与节点连接失败。这种情况下，用户点击 OK 后可以看到，节点只有单播地址被成功分配，Composition data 并没有被成功获取。此时用户需要点击右上角的连接按钮 CONNECT，屏幕上会显示原先配网的节点，用户需要选择该节点并与其建立连接。

nRF Mesh - 初始配置失败

连接成功后，App 会显示获取 Composition Data 以及添加 AppKey 的按钮。

nRF Mesh - 重连 - 初始配置

如果该设备是 App 配网的第二个或第三个节点，此时点击连接按钮 CONNECT 后，用户可以在屏幕中看到 2 个或 3 个节点。这种情况下，用户可以选择其中的任何一个节点建立连接，连接成功后可以返回至主界面选择需要配置的节点。

这里给出了一个 3 个节点的示例。

• 左侧图片表示第三个设备成功配网，但是 App 没有和其成功建立连接。当 App 尝试去重新连接第三个节点时，界面上会出现 3 个节点。

• 右侧图片表示和节点成功建立连接后，App 显示这 3 个节点的信息。用户可以看到 App 已经获取了第一个和第二个节点的 Composition Data，但是对于第三个节点，只有单播地址被成功分配而节点的 Composition Data 未知。

nRF Mesh - 重连 - 3 个节点

4.4 配置

当成功配网和初始配置完成后，用户可以配置节点的其余信息，例如将 AppKey 绑定至每个元素 (element) 的每个模型 (model) 中、设置模型的发布信息等。

下图展示了如何将 AppKey 绑定至 Primary Element 中的 Generic OnOff Server Model 上。

nRF Mesh - Model Bind AppKey

注解

用户不需要将 AppKey 绑定至 Configuration Server Model，因为该模型使用 DevKey 在 Upper Transport Layer 中对消息进行加密。

Step 5. 运行网络

当 3 个元素中的 Generic OnOff Server Models 均成功绑定 AppKey 后，用户可以使用 App 开关 RBG 灯。

在 bluetooth/esp_ble_mesh/ble_mesh_node 示例中，第一个 Generic OnOff Server Model 用来控制 红色，第二个用来控制 绿色，同时第三个用来控制 蓝色.

nRF Mesh - 通用开关控制

下图展示了打开了不同色灯的开发板。

3 个上电的 ESP-BLE-MESH 节点

注解

对于 nRF Mesh iOS App [version 1.0.4]，当节点包含超过一个元素时，App 表现不正确。如果用户尝试打开或者关闭第 2 个或第 3 个 Generic OnOff Server Model，App 会将相应的消息发送至第 1 个 Generic OnOff Server Model。

ESP-BLE-MESH 示例

• ESP-BLE-MESH 节点 - 展示了将 ESP-BLE-MESH 作为拥有 Configuration Server model 和 Generic OnOff Server model 的节点设备的用法。然后，ESP-BLE-MESH Provisioner 可以配网设备，控制表示开/关状态的 RGB 灯，示例请见 example code 。

• ESP-BLE-MESH 客户端模型 - 展示了 Generic OnOff Client model 如何在节点内工作。节点拥有 Configuration Server model、Generic OnOff Server model 和 Generic OnOff Client model，示例请见：example code 。

• ESP-BLE-MESH Provisioner - 展示了设备如何充当 ESP-BLE-MESH Provisioner 以配网设备。Provisioner 拥有 Configuration Server model、Configuration Client model 和 Generic OnOff Client model，示例请见 example code 。

• ESP-BLE-MESH 快速配网 - Client 和 :example_file`Server <bluetooth/esp_ble_mesh/ble_mesh_fast_provision/fast_prov_server/tutorial/BLE_Mesh_Fast_Prov_Server_Example_Walkthrough.md>` - 该示例用于演示快速配网。配网 100 个设备费时不超过 60 秒，示例请见：example client code 和 example server code 。

• Wi-Fi 和 ESP-BLE-MESH 共存 - 该示例用于演示 Wi-Fi 和 ESP-BLE-MESH 共存的功能。简而言之，用户可在运行 ESP-BLE-MESH 时使用 Wi-Fi，示例请见 example code 。

• ESP-BLE-MESH 节点控制台 - 该演示实现 ESP-BLE-MESH 节点的基本功能。在演示中，Provisioner 可以扫描、验证节点，节点可以回复 Provisioner 的获取/设置消息，示例请见：example node code 和 example provisioner code 。

ESP-BLE-MESH 演示视频

• Provisioning of ESP-BLE-MESH nodes using Smartphone App

• Espressif Fast Provisioning using ESP-BLE-MESH App

• Espressif ESP-BLE-MESH and Wi-Fi Coexistence

ESP-BLE-MESH 常见问题手册

• 1. Provisioner 开发

• 2. 节点开发

• 3. ESP-BLE-MESH 和 Wi-Fi 共存

• 4. 快速配网

• 5. Log 帮助

• 6. 示例帮助

• 7. 其他

相关文档

• ESP-BLE-MESH Feature List
• ESP-BLE-MESH 架构
• ESP-BLE-MESH 常见问题手册
• ESP-BLE-MESH Terminology

蓝牙 SIG 文档

• BLE Mesh Profile Specification

• BLE Mesh Model Specification

• An Intro to Bluetooth Mesh Part 1 / Part 2

• The Fundamental Concepts of Bluetooth Mesh Networking, Part 1 / Part 2

• Bluetooth Mesh Networking: Friendship

• Management of Devices in a Bluetooth Mesh Network

• Bluetooth Mesh Security Overview

• Provisioning a Bluetooth Mesh Network Part 1 / Part 2

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