MESH

Bluetooth 메시를 사용하여 Bluetooth 저에너지 스마트 응용 제품 설계 - 1부

MESH 1.0

• 추가 하드웨어가 필요하지 않으며, 모든 Bluetooth 저에너지 칩(v4.0, 4.1, 4.2, 5)에서 실행할 수 있습니다
• 일부 업체는 이미 이 사양의 고유한 펌웨어 구현 및 연관된 개발 도구를 통해 Bluetooth 메시 1.0을 지원하고 있습니다.

기존 BLE 단점

• Bluetooth 저에너지 솔루션은 동시에 사용할 수 있는 연결 수가 제한되어 있습니다(일반적으로 8개)
• 제한된 수보다 더 많은 전구로 조명을 설치하면 단일 명령으로 제어할 수 없으며, 대기 시간이 발생합니다.
• 넓은 집에서는 먼 곳에 있는 전구가 중앙 컨트롤러의 범위를 벗어날 수 있습니다.

메시 네트워크에서는 개별 주변 장치와 통신하는 중앙 장치 대신, 여러 노드를 연결하는 양방향 채널에서 호핑하여 네트워크의 한 지점에서 다른 지점으로 메시지가 전달됩니다. 이러한 방식으로 메시 네트워킹은 수십 개의 연결된 장치를 동시에 제어할 수 있고, 범위 제한을 극복하며, 중복해서 구축할 수 있으므로 중요한 장점을 제공합니다

Bluetooth 저에너지는 Bluetooth 코어 사양 버전 4.0의 일부로 도입된 이후 버전 4.1, 4.2, 5를 통해 수정되었습니다. Bluetooth 5에서는 범위, 처리량, 동보 통신 및 공존 개선 사항이 도입되었습니다. 기존(4.0, 4.1, 4.2, 5)의 모든 Bluetooth 저에너지 칩은 펌웨어 업그레이드만으로도 Bluetooth 메시를 실행하도록 수정될 수 있으므로, 현장 설치를 통해 새로운 기술을 이용할 수 있습니다.

최대 32,000개 노드를 지원할 수 있습니다.

노드가 연결되면 전체 대역폭 채널로 이동하지 않고 어드버타이징 채널을 이용하여 정보를 계속 전송하여 단순성을 유지하고 대기 시간을 줄입니다.

이 방식의 단점은 처리량이 제한된 세 개의 주파수가 모든 트래픽을 처리하므로 네트워크 대역폭이 감소하고 정체 위험이 있다는 것입니다. 정체를 처리하는 데 다음 두 메커니즘이 사용됩니다.

• 첫 번째 메커니즘은 특정 패킷을 전달할 수 있는 횟수를 정의하는 TTL(‘Time-To-Live’) 카운터입니다(일반적인 값은 3단계).
• 두 번째 메커니즘은 메시 주변을 완전히 순환한 패킷을 캡처하는 패킷 캐시로, 이 시점에서는 추가 전송이 불필요하다고 가정합니다.

개발자는 노드가 패킷을 수신할 수는 있지만 전달할 수는 없는 계전기 기능을 유지하는 옵션 대역폭을 사용할 수 있습니다. 단점은 유연성이 없다는 것입니다

모델은 ‘발행 및 구독’ 시스템을 통해 서로 통신합니다. 발행은 메시지를 보내는 것이며, 노드는 처리를 위해 특정 주소로 전송된 메시지를 구독하도록 구성됩니다.

Silicon Labs는 또한 Bluetooth 메시와 함께 EFR32 Blue Gecko Bluetooth 시험용 키트를 제공합니다. 프로토타입 메시 네트워크를 구축할 경우 3개 ~ 4개의 키트를 구매할 것을 권장합니다. 이 키트는 Silicon Labs의 EFR32MG1 Bluetooth 저에너지 SoC를 기반으로 합니다. 개발자는 하드웨어 외에도, Bluetooth SDK와 Bluetooth 메시 SDK가 필요하며 둘 모두 회사 웹 사이트에서 다운로드할 수 있습니다.

Silicon Labs의 Bluetooth 메시 기술을 시작하고 실행하려면 Simplicity Studio IDE가 필요합니다. 개발 도구에는 사전 컴파일된 데모, 응용 참고 사항 및 예가 포함되어 있습니다. 스마트폰 애플리케이션에서 Android 앱을 사용하여 Bluetooth 메시 노드를 제공, 구성, 제어할 수 있습니다

Bluetooth 메시를 사용하여 Bluetooth 저에너지 스마트 응용 제품 설계 - 2부

Bluetooth 메시는 Bluetooth 핵심 사양을 보완하는 사양이므로, 판매업체가 이를 지원하도록 해당 BLE(Bluetooth 저전력) 물리층(PHY) 또는 소프트웨어 스택을 업데이트하지 않아도 됩니다. 하지만 Bluetooth 메시를 추가하려면 판매업체가 고객을 위해 고유한 스택 구현을 도입해야 합니다.

예를 들면 BLE 판매업체인 Nordic Semiconductor의 경우 nRF5 SDK for Mesh를 도입했습니다. 이 키트에는 메시 응용 분야용 구동기, 라이브러리 및 사례를 엄선해 놓은 Bluetooth 메시 스택이 포함되어 있습니다. SDK는 Segger Microcontroller Systems 및 CMake의 SEGGER Embedded Studio를 포함한 여러 IDE(통합 개발 환경) 및 컴파일러에서 작동합니다.

Bluetooth 메시는 BLE의 모든 버전(예: 4.0, 4.1, 4.2 및 5)과 호환되므로, Nordic의 메시 SDK도 그 모든 BLE 칩에서 작동하게 될 것입니다. 하지만 현재 버전은 이 회사의 최신 nRF52 Series BLE 솔루션(예: 미드레인지 Bluetooth 5 호환 nRF52832 칩)에서만 작동합니다

메시를 개발하려면 메시 환경과 통신하고 메시 환경을 시뮬레이션하기 위해 적어도 3개(4개 이상 선호)의 장치가 필요합니다. 원칙적으로는 여러 DK를 사용하여 메시에 노드를 나타낼 수 있지만, 그렇게 하면 개발 하드웨어 비용이 크게 늘어나는 단점이 있습니다. 대안은 DK를 한 개 사용하고 테스트 및 확인된 BLE 모듈(대상 장치를 기반으로 함)을 구입하여 추가 노드를 형성하는 것입니다. Nordic nRF52832를 사용하여 개발하려면 Rigado의 BMD-300 또는 Laird의 BL652-SA-01-T/R이 좋은 모듈 옵션입니다.