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乐鑫进军 BLE Mesh 领域

乐鑫进军 BLE Mesh 领域 芯片之家
2019-01-24
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导读:以下是我们 ESP BLE Mesh SDK 的 Demo 测试视频,来先睹为快吧!


2019 年 1 月 14 日,乐鑫 BLE Mesh SDK 正式通过了蓝牙技术联盟 (BQB) 认证。



「向上滑动查看完整 BLE Mesh SDK 认证证书」


以下是我们 ESP BLE Mesh SDK 的 Demo 测试视频,来先睹为快吧!


1. 什么是 BLE Mesh?

Mesh 网络是一种组网的拓扑结构,其中每个节点彼此通信连接。它的扩展性强,可以有效避免单点故障。


蓝牙技术联盟在 2017 年 7 月 19 日正式,宣布支持 Mesh 网络。BLE Mesh 不依赖于蓝牙 5.0, 它是基于蓝牙 4.0 设计的, 所以市场上绝大部分的现有蓝牙设备可以通过 OTA 升级来支持蓝牙 Mesh 的功能。


BLE Mesh 利用可控的网络泛洪方式 (Managed flooding) 进行信息传输。网络泛洪的优势在于无需特定设备专门扮演集中式路由器的角色。网络可至多可包含数千台 BLE Mesh 设备,设备之间相互进行信息的传递。它不仅可以用于智能家居的解决方案,也适用于楼宇自动化、传感器网络和资产追踪等需要让数以万计个设备在可靠、安全的环境下传输的解决方案。


BLE Mesh 和 Wi-Fi Mesh


功耗低,支持设备多,低延迟是 BLE Mesh 的显著优势,而传输数据速度快,可支持远程控制则是 Wi-Fi Mesh 的特性。BLE Mesh 和 Wi-Fi Mesh 各自适合不同的市场,共同丰富着物联网时代。在选择的时候应该针对不同的需求去选择相应的协议,以充分发挥其特性并且提升产品的性能。



ESP32 上可以实现 BLE Mesh 和 Wi-Fi 共存,这使得 BLE Mesh 节点不仅可以控制 BLE Mesh 网络中的节点, 也可以连接云服务, 实现远程控制。


乐鑫也于 2018 年 7 月正式发布了基于 ESP32 的 ESP-MDF, 详细可见往期文章:《继蓝牙组网之后的新技术:Wi-Fi Mesh 组网》


2. BLE Mesh 的优势与应用

BLE Mesh 中的 Friend 节点, Low Power Node 可以保证节点的低功耗性,并且其模组成本较低。部署 BLE Mesh 网络的过程非常简单,只需要用智能手机作为管理者授权设备就可以连入 Mesh 网络,同时还保证了安全性。


BLE Mesh 网络的安全性是强制性的,使用经过验证的安全算法对添加到网络的设备进行配置,所有通信信息都需要使用 128-bit AES-CCM 进行加密和认证,网络层和应用层分别有自己独立的密钥。为了防止重放攻击,蓝牙技术联盟已经强制要求每条消息都有新的序列号,并且它对每条信息进行模糊处理。ECDH 技术用于防止中间人(MITM)攻击,还可以通过秘钥刷新功能把已删除的设备加入黑名单从而阻止废弃设备的垃圾桶攻击。


BLE Mesh 在智能家居解决方案领域日益普及。BLE Mesh 被认为是 IoT 的一种可扩展的,更为可靠的,软件级解决方案。例如家庭自动化设备就需要低能量网络技术来相互交互和交换信息。如今,低功耗蓝牙已被广泛应用,常见的有蓝牙遥控器、心率监测、蓝牙手表、手环等。应用场景如便携式手机、平板,健康领域,智能家庭领域以及穿戴领域。


蓝牙技术联盟做出预测,到 2022 年,蓝牙智能楼宇设备的出货量将达到每年 3.6亿。这还只是一个开始,BLE Mesh 还有望帮助机器人行业,基于 AI 的机器人能够通过蓝牙网络相互通信。该技术还有望用于各种其他应用,包括能源管理,教育领域,智能城市应用,传感器网络,工业自动化和 IIoT(工业物联网)。



3. 什么是 ESP BLE Mesh?

在BLE Mesh 标准协议发布后,乐鑫低功耗蓝牙团队马上开始着手研究相关协议,并尝试开发 ESP BLE Mesh SDK。经过一年多的开发, ESP BLE Mesh 已经全面支持 BLE Mesh 的各项 Features,并且通过了蓝牙官方 BQB 认证。



ESP BLE Mesh 是在 Zephyr BLE Mesh 的基础上进行开发。Zephyr 项目是一个 Linux 基金会托管的协作项目,在全球有 400+ 的开发者为这项目做研发,所以相比于从零开始开发,乐鑫有一个很好的基础版本,这相当于站在了一个巨人的肩膀上。


乐鑫在 Zephyr BLE Mesh 的基础上通过跟客户的交流开发了现在的 ESP BLE Mesh SDK,相比当初移植的版本,增加了支持的 Features ,提高了性能。



ESP  BLE Mesh SDK 的性能和专项优化如下:

  • 支持 Mesh Node (节点)

  • 支持 Mesh Provisioner (配网者)

  • 实现 Generic Server Models 和 多数 Client Models

    • Generic Client Models

    • Lighting Client Models

    • Sensor Client Models 等

  • 实现 Fast Provisioning Model

  • WiFi-蓝牙共存优化

    • 能够在连接 Wi-Fi 播放音乐的前提下,同时无延时地控制 100+ 节点设备

  • “快速 OTA”  和 “Client & Server Models 无阻塞同时运行”

[ Fast Provisioning Model 提高了BLE Mesh 配网速度,可在50s 内完成 100 个节点的全部配网工作。 ]


秉承乐鑫开源开放的精神,ESP BLE Mesh 的全部代码,包括协议实现,性能优化,示例代码以及不断增加的文档,都将开放给用户。


预计将于 ESP-IDF 4.0 上面发布,敬请期待!


相关资源:

ESP BLE Mesh 认证证书链接:

https://launchstudio.bluetooth.com/ListingDetails/76255

蓝牙技术联盟 Mesh 协议:

https://www.bluetooth.com/specifications/mesh-specifications




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