BLE Mesh 组网方案

Bluetooth Mesh 标准

Bluetooth Mesh 是蓝牙技术联盟（SIG）于 2017 年发布的标准，基于 BLE 广播实现多跳网状网络。

核心特性

多对多通信：
  传统 BLE：一对一（主从）
  BLE Mesh：多对多（任意节点间通信）

消息传播：
  Flooding（泛洪）：消息向所有邻居广播
  TTL 控制：防止消息无限传播（最大 127 跳）
  
安全性：
  网络层加密：AES-128 CCM
  应用层加密：独立密钥
  重放攻击防护：序列号机制
  
低功耗支持：
  Friend 节点：为低功耗节点缓存消息
  低功耗节点：大部分时间睡眠，定期向 Friend 节点查询

智能照明 Mesh 方案

系统架构

手机 App（配置和控制）
    ↓ BLE GATT（通过 Proxy 节点）
Proxy 节点（网关）
    ↓ BLE Mesh 广播
┌─────────────────────────────────────────┐
│              BLE Mesh 网络               │
│  [灯1] ←→ [灯2] ←→ [灯3] ←→ [灯4]    │
│    ↕         ↕         ↕         ↕      │
│  [灯5] ←→ [灯6] ←→ [灯7] ←→ [灯8]    │
│                                         │
│  [开关1]    [开关2]    [传感器1]         │
└─────────────────────────────────────────┘

节点配置（Provisioning）

配网流程：
  1. 新设备广播 Unprovisioned Beacon
  2. Provisioner（手机/网关）发现新设备
  3. 建立安全通道（ECDH 密钥交换）
  4. Provisioner 分配网络密钥、设备密钥、单播地址
  5. 设备加入网络，开始正常通信

地址类型：
  单播地址（0x0001-0x7FFF）：每个节点唯一
  组播地址（0xC000-0xFEFF）：一组节点
  广播地址（0xFFFF）：所有节点

发布/订阅模型

灯光控制示例：
  开关节点：发布到组地址 0xC001（"客厅灯组"）
  灯节点1：订阅 0xC001
  灯节点2：订阅 0xC001
  灯节点3：订阅 0xC001
  
  按下开关 → 发布 Generic OnOff Set 到 0xC001
  → 所有订阅该地址的灯同时响应

工业传感器 Mesh

大型仓库传感器网络

场景：10000m² 仓库，部署 200 个温湿度传感器

传统方案（Wi-Fi）：
  需要 20+ 个 Wi-Fi AP
  每个 AP 成本约 2000 元
  总成本：40,000+ 元
  
BLE Mesh 方案：
  传感器节点：200 个（每个约 100 元）
  网关节点：2-3 个（每个约 500 元）
  总成本：21,500 元
  节省：约 50%
  
优势：
  - 成本低
  - 部署灵活（无需布线）
  - 自愈网络（节点故障自动绕路）

传感器节点实现

// nRF52840 BLE Mesh 传感器节点（使用 nRF5 SDK）
#include "nrf_mesh.h"
#include "generic_sensor_server.h"
#include "app_timer.h"

// 传感器数据
typedef struct {
    int16_t temperature;  // 0.01°C 分辨率
    uint16_t humidity;    // 0.01% 分辨率
} SensorData;

// 传感器服务器实例
static generic_sensor_server_t sensor_server;

// 读取传感器数据
static void read_sensor(SensorData *data) {
    // 读取 SHT31 传感器
    float temp, hum;
    sht31_read(&temp, &hum);
    
    data->temperature = (int16_t)(temp * 100);
    data->humidity = (uint16_t)(hum * 100);
}

// 定时发布传感器数据
static void sensor_publish_timer_handler(void *p_context) {
    SensorData data;
    read_sensor(&data);
    
    // 发布到 Mesh 网络
    generic_sensor_server_status_publish(&sensor_server, 
                                          (uint8_t *)&data, 
                                          sizeof(data));
}

// 初始化
void sensor_node_init(void) {
    // 初始化 BLE Mesh
    nrf_mesh_init_params_t init_params = NRF_MESH_INIT_PARAMS_DEFAULT;
    nrf_mesh_init(&init_params);
    
    // 注册传感器服务器
    generic_sensor_server_init(&sensor_server, 0);
    
    // 启动定时发布（每60秒）
    app_timer_create(&sensor_timer, APP_TIMER_MODE_REPEATED, 
                     sensor_publish_timer_handler);
    app_timer_start(sensor_timer, APP_TIMER_TICKS(60000), NULL);
    
    // 启动 Mesh
    nrf_mesh_enable();
}