Cosa sono le reti mesh per ESP32?

Cosa sono le reti mesh #

Le reti mesh sono reti wireless in cui i dispositivi sono connessi tra loro in modalità peer-to-peer. Questo significa che ogni dispositivo può comunicare direttamente con qualsiasi altro dispositivo nella rete, senza bisogno di un server centralizzato.

Vengono spesso usate per applicazioni IoT in cui è necessario collegare un gran numero di dispositivi in un’area topografica estesa. Le reti mesh offrono una serie di vantaggi rispetto alle reti Wi-Fi tradizionali:

Vantaggi delle reti mesh #

• Scalabilità: Le reti mesh possono essere facilmente scalate per aggiungere nuovi dispositivi.
• Resilienza: Le reti mesh possono continuare a funzionare anche se alcuni dispositivi vengono scollegati o danneggiati.
• Efficienza energetica: Le reti mesh utilizzano meno energia rispetto alle reti Wi-Fi tradizionali.

Svantaggi delle reti mesh #

Le reti mesh presentano anche alcuni svantaggi, tra cui:

• Complessità: La configurazione e la gestione delle reti mesh può essere più complessa rispetto alle reti Wi-Fi tradizionali.
• Performance: Le reti mesh possono avere prestazioni inferiori rispetto alle reti Wi-Fi tradizionali, soprattutto per applicazioni che richiedono un elevato throughput di dati.

In questo post vedremo come con la scheda micontroller ESP32 sia facile creare reti mesh di piccole e grandi dimensioni. Anzitutto vediamo di quali librerie software abbiamo bisogno.

Il software di sistema #

Esistono diverse librerie che possono essere utilizzate per creare reti mesh con ESP32. Una delle librerie più popolari è painlessMesh. Questa libreria è facile da usare e offre una vasta gamma di funzionalità.

A livello operativo, pur avendo risolto il node della libreria, rimangono alcuni passaggi da risolvere:

1 - Installare la libreria painlessMesh.

2 - Programmare ogni dispositivo ESP32 con il codice per creare una rete mesh.

3 - Accendere i dispositivi ESP32.

4 - Una volta che i dispositivi ESP32 saranno accesi, si connetteranno tra loro automaticamente per formare la rete mesh.

In Robotdazero poniamo sempre un forte accento sulle applicazioni ambientali e anche in questo caso abbiamo pensato a delle applicazioni pratiche per controllare e combattere (almeno a livello di informazione) i danni dell’inquinamento.

Monitoraggio ambientale con le reti mesh #

Le reti mesh possono essere utilizzate per monitorare i livelli di inquinamento, la qualità dell’aria e altri dati ambientali. Vediamo un esempio di partenza su come rilevare e condividere valori ambientali:

Ecco un programma C++ per effettuare il monitoraggio ambientale con le reti mesh per ESP32:

Il codice sorgente #

#include <painlessMesh.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BME280.h>

// Definizione dei parametri della rete mesh
#define MESH_SSID "my-mesh-network"
#define MESH_PASSWORD "my-mesh-password"
#define MESH_PORT 5555

// Definizione dei parametri del sensore
#define SEALEVELPRESSURE_HPA 1013.25

// Crea un oggetto mesh
Mesh mesh;

// Crea un oggetto sensore BME280
Adafruit_BME280 bme;

// Funzione per inizializzare il sensore BME280
void initSensor() {
  // Inizializza la comunicazione I2C
  Wire.begin();

  // Inizializza il sensore BME280
  bme.begin(0x76);
}

// Funzione per acquisire i dati dal sensore BME280
void readSensor() {
  // Acquisisce la temperatura
  float temperature = bme.readTemperature();

  // Acquisisce la umidità
  float humidity = bme.readHumidity();

  // Acquisisce la pressione
  float pressure = bme.readPressure() / SEALEVELPRESSURE_HPA;

  // Stampa i dati acquisiti
  Serial.println("Temperatura: " + String(temperature) + " °C");
  Serial.println("Umidità: " + String(humidity) + "%");
  Serial.println("Pressione: " + String(pressure) + " hPa");
}

// Funzione per inviare i dati al nodo gateway
void sendData() {
  // Crea un messaggio
  String message = String(temperature) + "," + String(humidity) + "," + String(pressure);

  // Invia il messaggio al nodo gateway
  mesh.sendBroadcast(message);
}

// Funzione per eseguire il loop principale
void loop() {
  // Verifica se il dispositivo è connesso alla rete mesh
  if (!mesh.isConnected()) {
    // Tenta di connettersi alla rete mesh
    mesh.connect(MESH_SSID, MESH_PASSWORD, MESH_PORT);
  }
  // Acquisisce i dati dal sensore BME280
  readSensor();
  // Invia i dati al nodo gateway
  sendData();
  // Attende 1 secondo prima di eseguire il loop successivo
  delay(1000);
}

// Funzione per inizializzare la rete mesh
void setup() {
  // Inizializza la seriale
  Serial.begin(115200);
  // Inizializza il sensore BME280
  initSensor();
  // Inizializza la rete mesh
  mesh.init(MESH_SSID, MESH_PASSWORD, MESH_PORT);
  // Imposta il dispositivo come nodo router
  mesh.setRouter(true);
  // Imposta il dispositivo come nodo gateway
  mesh.setRoot();
}

La fase di setup inizializza la seriale, il sensore BME280 e la rete mesh. La funzione loop, molto semplice, acquisisce i dati dal sensore BME280 e li invia i dati al nodo gateway.

Quindi attende 1 secondo prima di eseguire il loop successivo. Per utilizzare questo programma, è necessario collegare un sensore BME280 al dispositivo ESP32. Il sensore BME280 è un sensore ambientale che misura la temperatura, l’umidità e la pressione. Quando il programma “entra a regime”, l’ESP32 acquisisce i dati dal sensore li invia al gateway e il nodo gateway può a sua volta inviare ad una app come la nostra “Kaspian” per visualizzare i dati acquisiti.

Ecco un esempio di output del programma: #

Temperatura: 22.5 °C Umidità: 45% Pressione: 1013.25 hPa

Le reti mesh per ESP32 risolvono in economia il difficile problema di rilevare dati su una zona geografica estesa come potrebbe essere un terreno agricolo e sono una valida alternative alle schede LoRa per la tramissione di dati in formato Json.

I progressi della tecnologia “mesh” fanno comunque intravedere l’utilizzo dell’ESP32 anche per trasmettere foto ad alta risoluzione e video a bassa risoluzione, cosa del tutto impensabile per il protocollo LoRa. #

R.118.2.3.1