【基于ESP32-C2和LoRa LLCC68芯片实现的自定义Mesh网络方案，支持128节点和8级路由跳数】

原创已于 2025-10-12 16:49:10 修改 · 312 阅读

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于 2025-10-12 16:42:39 首次发布

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以下是基于ESP32-C2和LoRa LLCC68芯片实现的自定义Mesh网络方案，支持128节点和8级路由跳数。代码分为ESP-IDF固件和Python测试工具两部分。

ESP-IDF固件实现（C语言）

网络配置参数

// mesh_config.h
#define MAX_NODES 128
#define MAX_HOPS 8
#define LORA_FREQ 868000000  // 868MHz EU频段
#define NETWORK_ID 0xABCD    // 自定义网络标识符

数据包结构

typedef struct {
    uint16_t src_addr;
    uint16_t dest_addr;
    uint8_t hop_count;
    uint8_t payload[100];
    uint32_t crc;
} mesh_packet_t;

LoRa初始化

// lora_driver.c
void lora_init() {
    Radio.Init();
    Radio.SetChannel(LORA_FREQ);
    Radio.SetTxConfig(MODEM_LORA, 20, 0, 5, 7, 1, 8, false, true, 0, 0, false, 3000);
    Radio.SetRxConfig(MODEM_LORA, 0, 5, 7, 1, 8, 0, false, 0, true, 0, 0, false, true);
}

路由表管理

// routing_table.c
typedef struct {
    uint16_t node_addr;
    uint8_t hop_count;
    int16_t rssi;
    uint32_t last_seen;
} routing_entry_t;

routing_entry_t routing_table[MAX_NODES];

void update_routing_table(uint16_t src, uint8_t hops, int16_t rssi) {
    // 查找或创建路由条目
    // 实现TTL和路由更新逻辑
}

数据包转发

// mesh_forwarding.c
void forward_packet(mesh_packet_t *pkt) {
    if(pkt->hop_count >= MAX_HOPS) return;
    
    pkt->hop_count++;
    // 修改源地址为当前节点
    // 重新计算CRC
    Radio.Send((uint8_t *)pkt, sizeof(mesh_packet_t));
}

Python测试工具

串口通信类

# serial_interface.py
import serial

class LoRaSerial:
    def __init__(self, port, baudrate=115200):
        self.ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1)
        
    def send_packet(self, dest, payload):
        cmd = f"SEND {dest:04X} {payload}\n"
        self.ser.write(cmd.encode())
        
    def read_packets(self):
        while self.ser.in_waiting:
            line = self.ser.readline().decode().strip()
            if line.startswith("RECV"):
                _, src, hops, data = line.split(maxsplit=3)
                yield int(src,16), int(hops), data

网络模拟测试

# network_test.py
import random
from serial_interface import LoRaSerial

def test_network(port):
    node = LoRaSerial(port)
    node_id = random.randint(1, 128)
    
    # 注册节点
    node.send_packet(0x0000, f"REG {node_id}")
    
    # 随机发送测试数据
    for _ in range(10):
        dest = random.randint(1, 128)
        payload = f"TEST {random.randint(1000,9999)}"
        node.send_packet(dest, payload)
        
    # 接收数据
    for src, hops, data in node.read_packets():
        print(f"From {src:04X} (hops:{hops}): {data}")

关键实现要点

地址分配机制

采用16位地址空间（0x0001-0x0080），网关节点使用0x0000作为特殊地址。新节点加入时向网关发送注册请求获取动态地址。

路由协议设计

使用改进的洪泛算法(Controlled Flooding)：

每个数据包携带跳数计数器
节点维护最近消息ID缓存防止重复转发
根据RSSI值选择最优路径

功耗优化

// 深度睡眠唤醒接收
void enter_low_power() {
    Radio.Standby();
    esp_sleep_enable_timer_wakeup(1000000); // 1秒唤醒
    esp_deep_sleep_start();
}

测试验证流程

编译并烧录固件到3个以上ESP32-C2开发板
使用Python脚本创建虚拟网络拓扑

# topology_test.py
import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt

G = nx.Graph()
G.add_edges_from([(1,2),(2,3),(3,4),(4,5)])
nx.draw(G, with_labels=True)
plt.show()

监控网络性能指标

# performance_monitor.py
import time

class NetworkStats:
    def __init__(self):
        self.packet_count = 0
        self.latency_sum = 0
        
    def update(self, hops, latency):
        self.packet_count += 1
        self.latency_sum += latency
        print(f"Avg latency: {self.latency_sum/self.packet_count:.2f}ms")
        print(f"Avg hop count: {hops:.2f}")