阿里云IoT生活物联网平台对低功耗蓝牙通信类型（BLE）的设备，提供了Breeze协议接入方案，可以便捷实现App-设备-云的完整链路。

背景介绍

本文主要介绍在具备低功耗蓝牙（BLE）能力的设备端上，如何集成Breeze协议，并与手机端App建立连接、对BLE设备的身份进行认证、建立BLE设备与手机之间的安全通信通道，以及将BLE设备端数据通过手机App通道推送至云端等。手机端客户端和云端开发请参见蓝牙连接开发指南。

Breeze协议类似于BLE协议栈中的Profile（配置文件），需要适配并运行于BLE协议栈之上。

蓝牙链路图

设备端Breeze SDK

Breeze协议规定了接入阿里云IoT生活物联网平台的BLE设备与移动端App之间的通信协议，为了方便用户实现更快速的接入，生活物联网设备端SDK提供了Breeze协议的代码实现：Breeze SDK，其结构框图如下所示。

设备端Breeze SDK
  • HAL层：Breeze SDK需要适配BLE Stack，HAL层就是用来适配BLE Stack之用，不同的BLE Stack需要适当修改进行移植和适配。
  • 核心组件层：实现了设备端-移动端-云端的认证、通道等逻辑的源码，用户一般不用做修改即可使用。
  • 应用层：Breeze提供了设备OTA通道、辅助Wi-Fi配网通道等，用户需要根据实际场景进行使用。

设备端Breeze SDK代码结构

设备端Breeze SDK随生活物联网设备端SDK对外开源，最新版本请获取最近发布的获取SDK含AliOS Things版本。

代码位于$(SDK Src)/framework/bluetooth/breeze，目录如下。 

.
├── Config.in  //配合meunconfig组件配置
├── breeze.mk  //makefile文档
├── README.md  //readme文档
├── api    //目录，展示给应用的接口为breeze_export.*是Breeze SDK提供的接口; breeze_awss_export.*是蓝牙辅助配网的接口。依照应用场景选择其一使用
├── core  //目录，源码核心实现，包含安全，通道以及扩展指令等的实现
├── hal  //参考移植实现，使用AliOS Things OS, BLE协议栈，以及内部mebdtls和安全部分参考
├── include   //Breeze SDK的头文件

使用开发指南

开发者可以通过SDK提供的HAL接口进行对接，在自己的运行了BLE协议栈的设备上支持Breeze协议。

移植SDK到第三方平台

breeze_hal_sec对接安全部分，包含AES128 CBC加解密算法和SHA256接口。其余部分代码和应用维持不变。参见源代码目录下的hal，将第三方的实现替换此文件夹下的HAL实现：OS、BLE协议栈、Security，定义在$(SDK Src)/framework/bluetooth/breeze/hal下，其余部分代码和应用维持不变。

  • breeze_hal_ble：对接BLE蓝牙协议栈部分接口，包含蓝牙广播，注册Breeze蓝牙服务等
  • breeze_hal_sec：对接安全部分，包含AES128 CBC加解密算法
  • breeze_hal_os：对接不同OS的接口，包含OS timer的资源，KV（存储和读取接口）操作等

API接口列表

详细定义和说明参见蓝牙设备端SDK用户编程接口。

HAL接口列表

详细定义和说明参见蓝牙设备端SDK移植接口。

在生活物联网平台定义产品

由于设备最终要通过生活物联网平台认证，所以需要在生活物联网平台申请对应的产品认证信息。

  1. 创建项目。
    参见创建项目。
  2. 新建产品。

    参见创建产品，并按照以下要求配置。

    • 选择节点类型为设备
    • 选择是否接入网关为是
    • 选择接入网关协议为BLE
    新建产品
  3. 定义产品功能。
    参见功能概述来定义产品的功能。
  4. （可选）在产品-设备调试界面，单击新增测试设备。

    在产品定义界面右边可以看到产品的三个信息：Product Key、Product Secret和Product ID。这对于一型一密设备来说已经足够，但一机一密还需要在产品-设备调试中生成对应同一类型产品的多个设备，根据DeviceName进行区分Device Secret。此时，一机一密需要的五个元素信息都已经获得。

    设备名称

设备端高级应用场景开发

在SDK基础建立安全通道基础上，主要有以下两应用场景：低功耗蓝牙辅助Wi-Fi配网和低功耗蓝牙设备OTA。

蓝牙辅助配网

  • 使用场景

    Wi-Fi设备需要连接Wi-Fi热点（Wi-Fi AP）之后才能与其它设备进行IP通信。对于没有键盘、没有触摸屏、没有Web Server的Wi-Fi IoT设备而言，如何获取Wi-Fi热点的SSID、密码是实现设备远程管理的第一个关键步骤。

    我们将Wi-Fi设备获取到Wi-Fi热点的SSID、密码的步骤称为Wi-Fi配网，蓝牙辅助Wi-Fi配网方案适用于同时支持蓝牙BLE以及Wi-Fi的设备，该方案通过蓝牙BLE通道将Wi-Fi热点的SSID/密码发送给Wi-Fi设备，从而让Wi-Fi设备可以连接到Wi-Fi AP（通常为Wi-Fi无线路由器）。蓝牙辅助Wi-Fi配网的工作原理示意图如下。

    蓝牙链路

    可以很容易得出蓝牙辅助Wi-Fi配网构成。

    • 设备端SDK：设备端硬件支持Combo芯片（同时支持Wi-Fi和BLE），并运行基于Breeze SDK的蓝牙配网例程。
    • 配网手机端SDK：手机集成配套的蓝牙配网SDK或者“云智能”App。
  • 开发流程

    如果您是一个Wi-Fi的模组商或者设备商，您的模组/设备支持蓝牙BLE以及Wi-Fi并且希望集成阿里云IoT生活物联网平台提供的蓝牙辅助Wi-Fi配网功能，可以按照下面的过程进行模组/设备开发。

    蓝牙开发流程
    • 产品注册，参见设备开发流程，并在产品的产品-人机交互的配网引导中增加蓝牙辅助配网的配网方式。
    • 使用“云智能”App与设备端的comboapp开发。如果集成移动端SDK开发自有App的方式，可参见蓝牙连接开发指南。
  • 设备端comboapp开发

    在完成设备移植Breeze SDK步骤后，可参考example/comboapp实现低功耗蓝牙辅助Wi-Fi配网的功能，并将“产品注册”阶段的设备信息设置到comboapp中。

Breeze设备OTA

  • OTA编译配置

    可以参考breezeapp示例，默认已经使能OTA功能。

  • OTA对接移植

    OTA模块代码实现在framework/uOTA/src/device/ble下，包含以下目录。 

    .
├── README.md
├── ble.mk
├── inc   //包含了对外的接口和对接API
│   ├── ais_ota.h
│   ├── ota_breeze.h
│   ├── ota_breeze_export.h
│   ├── ota_breeze_plat.h
│   └── ota_breeze_transport.h
└── src   // OTA内部逻辑的实现
    ├── ota_breeze.c
    ├── ota_breeze_plat.c
    ├── ota_breeze_service.c
    └── ota_breeze_transport.c

    具体对接函数请参见蓝牙设备端SDK OTA接口。

  • OTA调试和使用

    OTA的具体用法请参见蓝牙连接开发指南中“运营中OTA配置”章节。