高通BLE Mesh网络解决方案

作者：上海润欣科技股份有限公司创研社

引言

为了迎接物联网时代的到来，Bluetooth SIG组织在2016年推出了Bluetooth 5.0，2017年又在Bluetooth 5.0的基础上推出了Mesh协议标准。说起蓝牙Mesh协议的历史，咱们还要从CSR（2015年已被高通收购）说起。CSR于1998年创建于英国剑桥，主要研发GPS和蓝牙芯片，公司的英文全称是“Cambridge Silicon Radio”。2015年高通斥资24亿美元收购CSR公司，其中高通最看重的CSR公司资产就是CSR的核心技术--CSRMesh。在高通的支持下，包括完全贡献出CSRMesh源代码，蓝牙联盟很快的推出了蓝牙Mesh标准。

高通显然是Bluetooth Mesh最大的玩家，硬件产品覆盖了Node节点和协议转换网关。软件产品包括Bluetooth Mesh协议栈和手机APP。

1、 适用于Node节点的CSR102X A06

CSR102X A06主要特点如下：

• BLE 5.0 SOC，支持1M PHY

• 16位 RISC内核MCU, 支持高达16 Mb外部SPI flash, 80KB RAM, 192KB ROM, 60KB OTP

• 15个数字PIO, 1个模拟AIO, 多种串行外设总线SPI, I²C, I²S等

• 支持正交编码器, 3D shutter/LED PWM模块, 键盘扫描，LCD驱动器，IR红外编码器, 10位辅助ADC

• 接收灵敏度-87 dBm

• 最大输出功率+4 dBm

• 支持电池直接供电

• 宽电压供电：0.9 - 3.6V

• 5种功耗模式

• 支持DTM信令测试模式

• 高通最新发布的SDK v3.1.1已经全面支持了Bluetooth Mesh

• 封装形式：36脚 5 x 5 x 0.65 mm 0.5 mm pitch QFN和LGA

图1 CSR1024 Lighting Mesh Node开发板

图2 Bluetooth Mesh典型应用场景Lighting

CSR102X A06 Mesh协议栈完全符合Bluetooth SIG的Mesh Profile Bluetooth Specification 1.0，支持如下特性：

1. Bearers

a. Advertising bearer

b. GATT bearer (Provisioning Server, Proxy Server)

2. Provisioning

3. Network Layer

a. Relay Feature

b. Proxy Feature

4. Transport Layer

a. Segmentation and Reassembly

b. Heartbeat

c. Friend feature

d. Low power feature

5. Access Layer

6. Foundation Models

a. Configuration Client and Server

b. Health Client and Server

7. Mesh Beacons

2、 面向WiFi-BLE/Zigbee协议转换的小网关QCA4020

QCA4020主要特性如下：

• 集成WLAN PA和LNA，最大输出功率19dBm，专用的WLAN天线

• BLE和Zigbee共享PA，Zigbee最大输出功率21dBm，BLE最大输出功率10dBm

• Zigbee和BLE Rx分时复用，共享一根天线

• 3.3V单电压供电

• 多种串行外设总线：SPI master/slave , SDIO master/slave, HSUART, I2S, I2C

• 多种通用外设：8-channel PWM, 12-bit/8-channel 1 MSPS ADC, 4-wire JTAG debugging and extra GPIOs for application-specific use

• 支持通过SDIO/SPI/UART总线与外部MCU通信

• 专用的USB接口，配合高通QDART软件包，用于RF测试，工厂自动化测试等功能

图3 Mesh网络结构图

图4 QCA4020最小系统示意图

图5 QCA4020通用开发板

QCA4020 SDK中QMesh的文件结构如下：

手机APP应用界面介绍

图6 安卓APP开始界面

图7 准备进行配网的设备列表

图8 设备正在配网

图9 配网完成

从以上方案介绍可以看出，它已经覆盖Bluetooth Mesh的完整生态，有完备的软硬件开发工具和开发文档，终端设备厂家可以通过与上海润欣科技合作，实现一站式的解决方案。目前已有多个行业大客户正在评估和开发基于高通Bluetooth Mesh的产品，比如智能家电、智能照明和智能传感器等产品。