************ ESP-BLE-MESH ************ :link_to_translation:`en:[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 :doc:`ble-mesh-architecture`；有关各自 API 的信息，请参见 :doc:`ESP-BLE-MESH API Reference <../../api-reference/bluetooth/esp-ble-mesh>`。 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 `_ 。 .. note:: 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>`。 .. _getting-started-with-ble-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 :ref:`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 :example:`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。 .. _get-started-ble-mesh-check-hardware: 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: :code:`idf.py menuconfig` > ``Example Configuration`` > ``Board selection for ESP-BLE-MESH`` 选择特定的开发板。 .. note:: 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 :example:`bluetooth/esp_ble_mesh/ble_mesh_node` 示例文件夹，运行 :code:`idf.py menuconfig` 选择所使用的开发板，然后运行 :code:`idf.py build` 编译示例。 步骤 3. 下载应用 """"""""""""""""" :example:`bluetooth/esp_ble_mesh/ble_mesh_node` 示例编译成功后，用户可以运行 :code:`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**。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-device-power-on.png :align: center 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。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-scanner.png :align: center :height: 370 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。 .. note:: 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**。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-identify-provision.png :align: center :height: 370 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. .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-config-complete.png :align: center :height: 370 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。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-initial-config-fail.png :align: center :height: 370 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。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-reconnect-initial-config.png :align: center :height: 370 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。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-reconnect-three.png :align: center :height: 370 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。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-model-bind-appkey.png :align: center :height: 370 nRF Mesh - Model Bind AppKey .. note:: 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 :example:`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**. .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-generic-onoff.png :align: center :height: 370 nRF Mesh - 通用开关控制 下图展示了打开了不同色灯的开发板。 .. figure:: ../../../_static/ble-mesh-three-nodes-on.png :align: center 3 个上电的 ESP-BLE-MESH 节点 .. note:: 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-examples: ESP-BLE-MESH 示例 =================== * :example:`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:`example code `。 * :example:`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:`example code `。 * :example:`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:`example code `。 * ESP-BLE-MESH 快速配网 - :example:`Client ` 和 :example_file`Server ` - 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:`example client code ` 和 :example:`example server code `。 * :example:`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:`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:`example node code `。 .. _esp-ble-mesh-demo-videos: 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 ========================= * :ref:`ble-mesh-faq-provisioner-development` * :ref:`ble-mesh-faq-node-development` * :ref:`ble-mesh-faq-ble-mesh-and-wi-fi-coexistence` * :ref:`ble-mesh-faq-fast-provisioning` * :ref:`ble-mesh-faq-log-help` * :ref:`ble-mesh-faq-example-help` * :ref:`ble-mesh-faq-others` 相关文档 ======== .. toctree:: :maxdepth: 1 ble-mesh-feature-list ble-mesh-architecture ble-mesh-faq 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 `__ .. _ESP32-DevKitC: https://www.espressif.com/en/products/hardware/esp32-devkitc/overview .. _ESP-WROVER-KIT: https://www.espressif.com/en/products/hardware/esp-wrover-kit/overview