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蓝牙低功耗网状网络(BLE Mesh)

浏览次数:449发布时间:2023-08-26

微信小程序BLE MESH API接口:

视频演示:https://v.youku.com/v_show/id_XNjM4MjkwMjg0OA==.html

转载自微信官方文档

蓝牙低功耗网状网络(BLE Mesh)是建立在蓝牙低功耗(BLE)协议基础上的一种通信协议,它允许大量 BLE 设备组成一个网状网络,在足够大的物理覆盖范围内实现设备之间的互联与协同控制,从而满足多设备场景下的通信需求。

BLE Mesh 通信协议支持低功耗、可扩展性、灵活性、高可靠性、安全性等优秀特性,在智能家居、智能照明、工业自动化、医疗健康、环境监测等领域具有广泛的应用价值。

一、基础概念
  • (1)BLE Mesh 网络

    BLE Mesh 网络是一种多对多的网络拓扑结构,网络中的设备节点通过「发布 / 订阅机制」收发消息。

  • (2)设备配网

    未配网 BLE Mesh 设备需要完成配网操作后,才能加入 BLE Mesh 网络并成为设备节点,与网络中的其他节点进行消息通信。帮助 BLE Mesh 设备完成配网操作的设备叫做「启动配置设备」。

  • (3)设备节点

    未配网 BLE Mesh 设备经过配网操作后,就成为了 BLE Mesh 网络中的设备节点。设备节点一般都具有中继、代理、好友、低功耗等特性中的一个或多个。

    设备节点由多个元素构成,每个元素包含了多个模型,而每个模型定义了节点的基本功能,比如节点所需要的状态、控制状态的消息以及处理消息所产生的动作等。节点功能的实现是基于模型的,模型可分为 SIG 模型和自定义模型,前者由 SIG 定义,而后者由开发者定义。模型也可基于消息的发送 / 接收方分为客户端模型与服务端模型。

  • (4)Mesh 地址

    BLE Mesh 网络中的设备节点之间想要进行消息通信,就需要为每个节点分配地址用于消息的收发。Mesh 地址主要分为单播地址、组播地址、虚拟地址三种。

    单播地址是在设备配网成功后由「启动配置设备」分配的。单播地址可能会出现在消息的来源 / 目标地址字段中。发送到单播地址的消息只能由拥有该单播地址的元素进行处理。

    组播地址是 BLE Mesh 网络中的一种多播地址,通常用于将设备节点进行分组。如果发送带有组播地址的消息,所有订阅过该组播地址的设备节点都会收到该消息。

    虚拟地址与特定的 UUID 标签相关联,可以用作模型的发布地址或订阅地址

  • (5)Mesh 消息

    Mesh 消息分为控制消息与接入消息。控制消息是与 BLE Mesh 网络操作有关的消息,例如心跳和好友的请求消息。接入消息允许客户端模型检索或设置服务端模型中的状态值,或被服务端用于报告状态值。

    Mesh 消息是 BLE Mesh 网络中数据传输的基本单位,由操作码(opcode)和携带参数(parameters)组成,前者用于标识消息的用途唯一性,后者可以存储有效数据,例如目标地址、设备状态等。

  • (6)代理设备

    如果想要不是 BLE Mesh 设备的其他设备(例如手机)也能成为 BLE Mesh 网络中的一员,可以通过与代理设备节点进行 GATT 连接,借助代理设备实现在 BLE Mesh 网络中收发各种消息。

二、「小程序 BLE Mesh 插件」使用流程

在小程序中,基于标准 BLE Mesh 通信协议,以小程序插件形式提供了 BLE Mesh 的基础能力。开发者可以通过「小程序 BLE Mesh 插件」实现 BLE Mesh 设备的本地快速配网、控制管理、网络共享等功能。平台提供了「接口文档」与「示例小程序」,方便开发者接入使用。

(1)接入插件

在使用插件前,首先需要在小程序管理后台的「设置 - 第三方服务 - 插件管理」中添加插件,开发者可以登录小程序管理后台,通过 appid - wx013447465d3aa024 查找插件并添加。然后在 app.json 文件中声明指定版本的插件。关于小程序插件的具体介绍可参考「使用插件」。

目前只有申请了「工具—设备管理」服务类目的小程序才能使用「小程序 BLE Mesh 插件」。

  

"plugins": {

  "ble-mesh-plugin": {

    "version": "latest",

    "provider": "wx013447465d3aa024"

  }

}

通过 requirePlugin 方法才能获取「小程序 BLE Mesh 插件」的相关接口。例如可以像下面这样调用:

const { getMeshBLEManager } = requirePlugin('ble-mesh-plugin')

(2)初始化 BLE Mesh 蓝牙配置器

在使用小程序 BLE Mesh 相关能力前,需要初始化 BLE Mesh 蓝牙配置器,用于扫描发现周围的 BLE Mesh 设备。

const meshBLEManager = getMeshBLEManager()

 

meshBLEManager.init().then(({ enabled }) => {

  if (!enabled) {

    wx.showModal({

      title: '错误',

      content: '未启用蓝牙功能, 请打开蓝牙后重试',

      showCancel: false,

    })

  }

})

(3)扫描发现 BLE Mesh 设备

BLE Mesh 蓝牙配置器初始化后,需要通过 meshBLEManager.startScanMeshDevice 扫描 BLE Mesh 设备,如果在附近扫描到设备就会回调 meshBLEManager.onMeshDeviceFound 事件,返回扫描到的 BLE Mesh 设备实例。由于扫描设备操作比较耗费系统资源,请在搜索到需要的设备后及时调用 meshBLEManager.stopScanMeshDevice 停止扫描。

meshBLEManager.onMeshDeviceFound((res) => {

  // 扫描到的 BLE Mesh 设备

  console.log(res.device)

  // 找到需要的设备后,停止扫描操作

  meshBLEManager.stopScanMeshDevice()

})

 

// 开始扫描 BLE Mesh 设备

meshBLEManager.startScanMeshDevice({

  allowDuplicatesKey: false,

})

(4)创建 BLE Mesh 网络

想要实现多个 BLE Mesh 设备之间的互联与协同控制,就需要先创建一个 BLE Mesh 网络。

createMeshNetwork({ name: 'mesh_network' }).then((res) => {

  // 创建 BLE Mesh 网络后会生成唯一的网络标识id,用于后续的网络管理、设备配网、设备消息通信等功能。

  console.log(res.networkId)

})

(5)共享 BLE Mesh 网络

开发者可以通过 exportMeshNetworks 与 importMeshNetworks 实现 BLE Mesh 网络数据的导入导出,让多个小程序用户可以控制管理同一网络下的 BLE Mesh 设备。此外调用 getMeshNetworks 还可以获取当前存在的所有 BLE Mesh 网络列表。

// 导出 BLE Mesh 网络数据

const { restoreData } = exportMeshNetworks({ data: [{ name: 'mesh_network' }] })

// 导入 BLE Mesh 网络数据

importMeshNetworks({ restoreData })

// 获取当前存在的 BLE Mesh 网络列表

const networks = getMeshNetworks() // [{ name: 'network_name', networkId: 'network_id' }]

注意:在通过 exportMeshNetworks 导出 BLE Mesh 网络数据后,可能需要对数据进行持久化存储。为了保证网络安全,开发者应该将数据加密后再执行存储操作,然后在导入时将数据解密。

在通过 importMeshNetworks 将 BLE Mesh 网络数据导入新用户小程序时,由于 iOS 系统限制,同一台 BLE Mesh 设备,不同用户获取到的蓝牙 deviceId 不同,导致无法建立代理设备连接。此时需要设备端在配网成功后持续广播 Node Identity 蓝牙广播包,方便小程序插件识别设备节点,更新蓝牙 deviceId 。

(6)BLE Mesh 网络管理

通过 getMeshNetworkManager 可以获取 BLE Mesh 网络管理配置器,它包括了创建 / 删除 BLE Mesh 群组、获取 BLE Mesh 网络中所有节点的单播地址列表以及组播地址列表等功能。

// 获取 BLE Mesh 网络管理配置器

const meshNetworkManager = getMeshNetworkManager({ networkId: 'network_id' })

// 创建 BLE Mesh 群组

const group = meshNetworkManager.createGroup({ name: 'group_name' })

// 删除 BLE Mesh 群组

meshNetworkManager.removeGroup({ name: 'group_name' })

// 获取组播地址列表

const groups = meshNetworkManager.getGroups()

[{

  name, // BLE Mesh 群组名称

  address, // BLE Mesh 组播地址

  nodes, // BLE Mesh 组播地址下绑定的设备节点信息

}]

// 获取单播地址列表

const unicasts = meshNetworkManager.getUnicasts()

[{

  deviceId, // BLE Mesh 设备id

  name, // BLE Mesh 设备名称

  localName, // BLE Mesh 设备广播数据段中的 LocalName 数据段

  address, // BLE Mesh 设备单播地址

}]

(7)BLE Mesh 设备配网

想要实现 BLE Mesh 设备配网,首先需要获取 BLE Mesh 设备入网配置器 provisioningManager ,然后通过 provisioningManager.provision 完成配网操作。此外还可以通过 provisioningManager.batchProvision 实现一键配网多个 BLE Mesh 设备。当 BLE Mesh 设备完成配网操作后,才算真正加入了 BLE Mesh 网络。

// 获取 BLE Mesh 设备入网配置器

const provisioningManager = getProvisioningManager({ networkId: 'network_id' })

// 单个 BLE Mesh 设备配网

await provisioningManager.provision({

  unprovisionedDevice, // 未配网的 BLE Mesh 设备实例

  authenticationMethod: AuthenticationMethod.NoOOB, // 配网时的 OOB 安全认证方式

})

// 多个 BLE Mesh 设备批量配网

await provisioningManager.batchProvision({

  unprovisionedDevices, // 未配网的 BLE Mesh 设备实例数组

})

(8)BLE Mesh 设备消息通信

在完成 BLE Mesh 设备配网后,如果想要和设备进行消息通信,实现控制设备与获取设备信息等功能。首先应该获取 BLE Mesh 代理设备客户端配置器 proxyClientManager ,在开启蓝牙扫描的情况下使用 proxyClientManager.hasProxyServer 确认周围是否存在可用的代理设备,然后通过 proxyClientManager.addAppKeyToNode 和 proxyClientManager.bindAppKeyToModel 将 BLE Mesh 网络中的 AppKey 绑定到目标设备的 Server 模型上,最后发送标准的 BLE Mesh 消息,用于改变目标设备 Server 模型上的状态或者检索相关信息。

/ 获取 BLE Mesh 代理设备客户端配置器

const proxyClientManager = getProxyClientManager({ networkId: 'network_id' })

// 检查周围是否存在可用的代理设备 Server

const hasProxyServer = proxyClientManager.hasProxyServer

if (hasProxyServer) {

  // 添加 AppKey 到目标设备

  await this.proxyClientManager.addAppKeyToNode({

    destination, // 目标设备的单播地址

  })

  // 绑定 AppKey 到目标设备的 GenericOnOffServer 模型上

  await proxyClientManager.bindAppKeyToModel({

    destination, // 目标设备的单播地址

    modelId: ModelIds.GenericOnOffServer, // 标准 GenericOnOffServer 模型的 modelId

  })

  // 获取目标设备的 GenericOnOffServer 模型上的开关状态

  const resGet = await proxyClientManager.getOnOffStatus({

    destination, // 目标设备的单播地址或组播地址

  })

  console.log(resGet.source, resGet.message.isOn)

  // 控制目标设备的 GenericOnOffServer 模型上的开关状态

  const resSet = await proxyClientManager.setOnOffStatus({

    destination, // 目标设备的单播地址或组播地址

    status, // 需要设置的开关状态

  })

  console.log(resSet.source, resSet.message.isOn)

 // 开发者还可以通过自定义 BLE Mesh 消息,发送接收最基础的 opcode parameters ,来实现例如 Vendor Model 的功能。

  proxyClientManager.onMessage(({ source, opcode, parameters }) => {

    // handle mesh message

  })

  proxyClientManager.send({

    destination, // 目标设备的单播地址或组播地址

    opcode, // 操作码

    parameters, // 携带参数

  })

}

三、注意事项

  • (1)1.开发者可以通过「小程序 BLE Mesh 插件」示例小程序 ,快速接入小程序 BLE Mesh 能力。
  • (2)关于小程序 BLE Mesh 能力的详细描述,请查阅「小程序 BLE Mesh 插件」接口文档。
  • (3)请尽量使用「小程序 BLE Mesh 插件」latest 版本,以保证功能完善、稳定可用。
  • (4)目前「小程序 BLE Mesh 插件」只提供了 BLE Mesh 的基础能力,后面会根据开发者需要持续迭代更新。
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