在调研现有开源方案时发现，支持IEEE 802.11s标准的WiFi网卡可在数据链路层实现Mesh网络接口，并且理论上能够部署B.A.T.M.A.N.方案。然而，对于不支持该标准但具备STA和AP模式的WiFi网卡，仍可通过软件层实现Mesh网络功能。我们将此类方案称为“软Mesh”。目前，尚无通用开源的软Mesh版本。尽管一些嵌入式开发板（如ESP32）具备Mesh功能，但厂家对Mesh功能进行了封包闭源，用户只能使用提供的头文件接口，无法调整其内部实现算法，灵活性大幅降低，在某些场景下难以满足特定业务需求。
在不支持IEEE 802.11s标准的WiFi网卡上，Mesh网络难以直接实现，但在硬件支持WiFi STA和AP模式共存的情况下，Mesh网络的功能可以通过软件定义的方式实现。早期的ESP8266通过easyMesh实现了类似功能，验证了软Mesh的可行性。本Soft Mesh方案旨在为不支持IEEE 802.11s标准但具备STA和AP功能的开发板，提供一种简便的Mesh网络实现方式，使其在数据链路层之外通过软件层支持Mesh网络。
本项目旨在设计并实现一种基于软件的Mesh网络方案，解决不支持IEEE 802.11s标准的WiFi网卡在Mesh组网上的难题。该方案通过软件定义的方式，利用STA和AP模式共存的WiFi功能，以应用层实现Mesh功能。借此方法，提供一种可扩展、易于移植且适用于多种硬件环境的通用Soft Mesh解决方案，为特定开发板及不同通信方式（如蓝牙、星闪）提供便捷的Mesh网络支持。
Soft Mesh方案基于支持STA和AP模式的开发板，其中STA和AP模式不仅限于WiFi通信，还可以抽象出其他通信方式的中继特性，使开发板既可连接其他节点，也可被其他节点连接。为增强适用性，本方案对硬件接口层进行了抽象，使其理论上不受特定硬件限制，便于移植到其他通信方式上（例如蓝牙和星闪）。该方案通过构建高移植性、模块化和自组织的N叉树结构Mesh网络（N代表AP支持的最大连接数），进一步提升了Soft Mesh的可应用性。
Soft Mesh方案通过应用层实现Mesh功能，仅需移植WiFi驱动相关接口并提供标准socket接口即可完成。这种设计不仅实现了WiFi Mesh网络功能，还在代码结构上考虑了高移植性与扩展性。通过解耦硬件接口，Soft Mesh方案具备良好的移植能力，可便捷应用于其他具备中继功能的开发板或其他通信方式。
- 去中心化：网络能够在任意节点崩溃后实现自愈恢复。
- 自组织：节点之间可自主选择连接，自动构建网络。
- 节点互通：实现任意两个节点之间的多跳通信。
- 高移植性：Mesh 网络代码与硬件驱动解耦，支持蓝牙、星闪等其他通信方式。
- 模块化设计：各模块独立开发，便于不同算法的对比和优化。
软件架构如下所示
+-----------------------------------------------------------+
| 应用接口层（API） |
| - Mesh初始化接口 - 数据传输接口 |
| - 广播与单播接口 - 网络状态检查接口 |
+-----------------------------------------------------------+
| 节点管理与优化层（Node Management）待实现 |
| - 节点选举与合并 - 节点负载均衡与优化 |
| - 低功耗休眠管理 - 故障与网络优化 |
+-----------------------------------------------------------+
| 安全与认证层（Security）待实现 |
| - 节点认证 - 数据加密与解密 |
| - 密钥管理 - 安全连接管理 |
+-----------------------------------------------------------+
| 网络状态管理层（Network FSM） |
| - 网络初始化 - STA/AP连接管理 |
| - 根节点创建 - 根节点冲突检测 |
| - 网络扫描 - 邻居节点管理 |
+-----------------------------------------------------------+
| 路由与数据传输层（Routing & Transport） |
| - 路由数据包管理 - MAC/IP绑定管理 |
| - 数据包发送与接收 - 网络拓扑监控与同步 |
+-----------------------------------------------------------+
| 硬件抽象层（HAL） |
| - Wi-Fi配置接口 - AP与STA模式管理 |
| - 数据包收发 - 蓝牙/星闪预留接口 |
+-----------------------------------------------------------+
| 测试层（Test Modules） |
| - Wi-Fi功能测试 - 无线接口测试 |
| - Mesh API测试 - 路由与传输测试 |
| - 网络状态测试 - 路由层消息队列测试 |
+-----------------------------------------------------------+
仓库的目录结构及介绍如下
/soft_mesh
│
├── CMakeLists.txt # 项目根目录的构建文件
├── LICENSE # 开源许可证
├── README.md # 中文README文档
├── README.en.md # 英文README文档
├── /hal # 硬件抽象层（HAL）
│ ├── CMakeLists.txt # 硬件抽象层构建文件
│ ├── /inc # 硬件抽象层头文件
│ │ ├── hal_wifi.h # WiFi操作接口定义
│ │ └── hal_wireless.h # 无线通信接口定义
│ ├── /src # 硬件抽象层实现文件
│ │ ├── CMakeLists.txt # 硬件实现文件构建文件
│ │ ├── hal_wifi.c # WiFi接口实现
│ │ └── hal_wireless.c # 无线通信接口实现
│ └── /test # 硬件抽象层测试文件
│ ├── CMakeLists.txt # 测试文件构建配置
│ ├── test_wifi.c # WiFi功能测试
│ └── test_wireless.c # 无线通信功能测试
│
├── /mesh_api # Mesh网络接口层
│ ├── CMakeLists.txt # Mesh API模块构建文件
│ ├── /inc # Mesh API头文件
│ │ └── mesh_api.h # Mesh核心接口定义
│ ├── /src # Mesh API实现文件
│ │ ├── CMakeLists.txt # Mesh实现文件构建文件
│ │ └── mesh_api.c # Mesh核心接口实现
│ └── /test # Mesh API测试文件
│ ├── CMakeLists.txt # 测试文件构建配置
│ └── test_api.c # Mesh接口测试
│
├── /network # 网络状态管理层
│ ├── CMakeLists.txt # 网络状态管理模块构建文件
│ ├── /inc # 网络状态管理头文件
│ │ └── network_fsm.h # 网络状态机接口定义
│ ├── /src # 网络状态管理实现文件
│ │ ├── CMakeLists.txt # 网络实现文件构建文件
│ │ └── network_fsm.c # 网络状态管理逻辑实现
│ └── /test # 网络状态管理测试文件
│ ├── CMakeLists.txt # 测试文件构建配置
│ └── test_network.c # 网络状态管理接口测试
│
└── /routing_transport # 路由与传输层
├── CMakeLists.txt # 路由与传输层构建文件
├── /inc # 路由与传输层头文件
│ └── routing_transport.h # 路由与传输核心接口定义
├── /src # 路由与传输层实现文件
│ ├── CMakeLists.txt # 路由实现文件构建文件
│ └── routing_transport.c # 数据包路由与传输实现
└── /test # 路由与传输层测试文件
├── CMakeLists.txt # 测试文件构建配置
└── test_routing.c # 路由与传输功能测试
目前该项目是基于Hi3863E开发设计的，请在参考快速上手教程配置好Hi3863的编译环境后，将本仓库的源码放到源码下的application\samples文件夹下，在application\samples\CMakeLists.txt中的适当位置添加下面配置代码
if(DEFINED CONFIG_ENABLE_SOFT_MESH_SAMPLE)
add_subdirectory_if_exist(soft_mesh)
endif()在application\samples\Kconfig的适当位置添加下面的代码
config ENABLE_SOFT_MESH_SAMPLE
bool
prompt "Enable the Sample of soft mesh."
default n
depends on SAMPLE_ENABLE
help
This option means enable the sample of soft mesh.配置成功之后点击系统配置按钮，就能看到加进去的我们的配置代码，启动Enable the sample of soft mesh其前面有一个×表示选择成功，注意一定要关闭其他无线通信的程序，否则其他无线通信的程序会抢用一些硬件相关的函数导致Soft Mesh程序运行失败。
启动该Soft Mesh配置之后，运行重编译执行程序编译。
application\samples\soft_mesh\mesh_api\test\test_api.c是测试API层接口的代码，在application\samples\soft_mesh\mesh_api\test\CMakeLists.txt里面开启对test_api的编译（默认是开启的）
test_api.c的代码如下，该代码创建一个线程执行test_api_task函数，函数首先初始化Mesh网络的配置，然后进入死循环等待入网成功，当入网成功之后，就会非阻塞从消息队列里接收发给该节点的消息，如果收到消息，则回应Hi, Node!
在这个测试场景下，将其中的一个节点烧录广播函数的代码，即取消掉广播函数的注释，该节点会向其他Mesh网络的节点广播数据。
将多个节点节点烧录不广播的代码
将一个节点烧录广播的代码
节点都上电之后通过串口查看对应的效果。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "cmsis_os2.h"
#include "app_init.h"
#include "mesh_api.h"
// 定义宏开关，打开或关闭日志输出
#define ENABLE_LOG 1 // 1 表示开启日志，0 表示关闭日志
// 定义 LOG 宏，如果 ENABLE_LOG 为 1，则打印日志，并输出文件名、行号、日志内容
#if ENABLE_LOG
#define LOG(fmt, ...) printf("LOG [%s:%d]: " fmt "\n", __FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)
#else
#define LOG(fmt, ...) do { UNUSED(fmt); } while (0)
#endif
void test_api_task(void)
{
LOG("test_api_task run...\n");
// 设置Mesh网络的SSID和密码
if(mesh_init("FsrMesh", "12345678") != 0) {
LOG("mesh_init failed.\n");
} else {
LOG("mesh_init successfully.\n");
}
while (1)
{
if (mesh_network_connected() == 0) {
LOG("Mesh network not connected.\n");
osDelay(100);
continue;
}
osDelay(100);
// if (mesh_broadcast("Hello, Mesh!") != 0) {
// LOG("mesh_broadcast failed.\n");
// } else {
// LOG("mesh_broadcast successfully.\n");
// }
char src_mac[7] = {0};
src_mac[6] = '\0';
char data[512] = {0};
if(mesh_recv_data(src_mac, data) == 0) {
LOG("Received data from client: %s, MAC: %s\n", data, src_mac);
}else {
LOG("no data recv.\n");
continue;
}
LOG("say hi to mac: %s\n", src_mac);
mesh_send_data(src_mac, "Hi, Node!");
}
}
/* 创建任务 */
static void sta_sample_entry(void)
{
osThreadAttr_t attr;
attr.name = "test_api_task";
attr.attr_bits = 0U;
attr.cb_mem = NULL;
attr.cb_size = 0U;
attr.stack_mem = NULL;
attr.stack_size = 0x1000;
attr.priority = osPriorityLow4;
if (osThreadNew((osThreadFunc_t)test_api_task, NULL, &attr) == NULL) {
LOG("Create test_api_task failed.\n");
} else {
LOG("Create test_api_task successfully.\n");
}
}
/* 启动任务 */
app_run(sta_sample_entry);本API文档提供了Soft Mesh网络实现中的核心接口，包括Wi-Fi管理、无线通信模块操作、Mesh网络初始化和数据传输、网络状态管理以及路由和数据包传输。以下是主要API的详细说明。为了降低代码的耦合度，对于用户而言，能调用与mesh功能相关的应该只是mesh_api.h的函数，如果需要的功能mesh_api.h未提供，可以自己实现对应的函数，将其封装到mesh_api.c。
为Mesh网络提供核心操作接口，包括初始化、连接状态检测和数据传输：
网络初始化：
mesh_init()：初始化Mesh网络，设置SSID和密码。
数据传输：
mesh_send_data()：向指定MAC地址发送数据。
mesh_broadcast()：向所有节点广播数据。
mesh_recv_data()：接收数据包。
连接状态：
mesh_network_connected()：检查网络连接状态。
此模块管理Mesh网络的路由和数据包传输，支持多节点通信的核心功能：
数据包管理：
generate_data_packet()：生成数据包。
broadcast_data_packet()：广播数据包。
send_data_packet()：向指定MAC地址发送数据包。
路由管理：
route_transport_task()：执行路由传输任务，维护网络拓扑结构。
该模块实现了网络状态机，通过不同状态处理设备的扫描、连接、创建与维护Mesh网络的操作：
状态机管理：
network_fsm_init()：初始化网络状态机。
network_fsm_run()：进入状态机主循环，处理状态转移。
状态处理：
state_scanning()：扫描并选择最佳的Mesh网络。
state_create_root()：创建新的根节点。
此模块为不同类型的无线通信（Wi-Fi、蓝牙、星闪）提供硬件抽象层接口，支持模块初始化、连接、扫描、数据传输等操作。
初始化与管理：
HAL_Wireless_Init()：初始化指定无线通信类型的模块，配置资源。
HAL_Wireless_Deinit()：释放指定无线通信模块的资源。
HAL_Wireless_Start()：启动无线通信模块（如Wi-Fi的STA模式，蓝牙的连接模式）。
HAL_Wireless_Stop()：停止无线通信模块。
AP模式与扫描：
HAL_Wireless_EnableAP()：启用AP模式（如Wi-Fi AP或蓝牙广播），配置SSID、密码、信道等。
HAL_Wireless_DisableAP()：禁用AP模式。
HAL_Wireless_Scan()：扫描指定类型的无线网络，将结果存储在results中。
连接与设备信息：
HAL_Wireless_Connect()：连接到指定的无线设备（如Wi-Fi AP）。
HAL_Wireless_Disconnect()：断开当前无线连接。
HAL_Wireless_GetIP()：获取当前IP地址（Wi-Fi专用）。
HAL_Wireless_GetConnectedDeviceInfo()：获取连接的设备信息（如STA设备的MAC地址、信号强度等）。
HAL_Wireless_GetAPMacAddress()：获取AP模式的MAC地址。
HAL_Wireless_GetNodeMAC()：获取当前节点的MAC地址。
数据传输：
HAL_Wireless_SendData_to_child()：向指定子节点（或上层节点）发送数据。
HAL_Wireless_SendData_to_parent()：向父节点发送数据。
HAL_Wireless_ReceiveData()：接收来自其他节点的数据。
HAL_Wireless_ReceiveDataFromClient()：接收客户端发送的数据，返回MAC地址和数据内容。
服务器管理：
HAL_Wireless_CreateServer()：创建无线接收服务器。
HAL_Wireless_CloseServer()：关闭指定服务器实例。
HAL_Wireless_GetChildMACs()：获取所有子节点的MAC地址，返回子节点数量。
该模块包含Wi-Fi的初始化、连接、配置及数据传输的相关接口，支持STA和AP模式：
初始化与去初始化：
HAL_WiFi_Init()：初始化Wi-Fi模块。
HAL_WiFi_Deinit()：释放Wi-Fi资源。
STA模式：
HAL_WiFi_Connect()：连接到指定的Wi-Fi网络。
HAL_WiFi_GetIP()：获取IP地址。
AP模式：
HAL_WiFi_AP_Enable()：启动AP模式。
HAL_WiFi_GetAPConfig()：获取AP配置信息。
数据传输：
HAL_WiFi_Send_data()：通过Wi-Fi发送数据。
HAL_WiFi_Receive_data()：接收Wi-Fi数据。
这些API涵盖了Soft Mesh网络系统的核心功能，从硬件操作到网络通信、数据传输和路由管理，提供了完整的接口支持。
解答常见问题，提供在运行过程中可能遇到的故障及解决方法。
感谢您对本项目的兴趣和支持！我们欢迎社区成员为本项目贡献代码或提出改进建议。请遵循以下步骤和指南，以确保贡献过程的顺畅：
-
Fork 仓库 在GitHub或Gitee上Fork本项目的仓库到您的个人账号中。
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git clone <你的仓库URL>
cd <项目文件夹>- 创建分支 请为您的更改创建一个新的分支，避免直接在主分支master上进行修改。分支命名应简明扼要，以描述要实现的功能或修复的Bug。
git checkout -b feature/your-feature-name- 遵循代码规范 请确保您的代码符合项目的代码风格和规范，以保持代码的一致性和可维护性。可以使用代码格式化工具（如clang-format）对代码进行格式化。 注释应清晰、简洁，以便其他开发者能快速理解代码逻辑。
- 提交信息规范 项目采用 Conventional Commits 规范，以保持提交历史的清晰性。请按照以下格式编写提交信息：
<type>(<scope>): <subject>- type：提交的类型，用于描述更改的类别。
- scope：更改的范围，可以是模块名称、文件夹或具体功能。
- subject：简要描述更改的内容，使用小写字母并以动词开头。
常用提交类型
| Type | 描述 |
|---|---|
| feat | 新增功能 |
| fix | 修复Bug |
| docs | 文档变更 |
| style | 代码格式变动（不影响代码逻辑，如空格、分号等） |
| refactor | 代码重构（不新增功能或修复Bug） |
| perf | 性能优化 |
| test | 添加、修改测试 |
| chore | 构建过程或辅助工具的变动 |
提交示例
git commit -m "feat(api): add data transmission for child nodes"
git commit -m "fix(network): correct connection timeout issue"
git commit -m "docs(readme): update usage instructions"- 提交 Pull Request 完成代码更改后，请按照以下步骤提交 Pull Request (PR)：
1）Push 更改：将分支中的更改推送到您的远程仓库。
git push origin feature/your-feature-name 2）创建 PR：在主项目的仓库中创建Pull Request，简要描述您的更改内容及其原因。
3）PR 审查：项目维护者将审查您的代码，并在需要时提出改进建议。您可以根据反馈对PR进行更新，直到符合项目要求。
- 提出建议 如有改进建议或发现Bug，欢迎通过Issues标签提交问题。请提供尽可能详细的信息，描述问题复现步骤和可能的解决方法，以便项目维护者能更高效地处理您的反馈。
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