Bluetooth 메시로 설계:노드 및 기능 유형

논란의 여지 없이 BLE(Bluetooth Low Energy)는 IoT 공간을 지배하고 있습니다. 스마트 홈, 가정 건강 관리 및 자산 추적과 같은 애플리케이션은 BLE의 저전력 기능을 통해 큰 이점을 얻습니다. 그러나, 장치 간의 BLE 통신은 일대일 또는 일대다로 제한되었습니다. 또한 BLE의 배포는 범위가 제한되어 특히 가정과 같이 일부 장치가 다른 장치에 비해 여러 벽 뒤에 숨겨져 있을 수 있는 환경에서 어려운 작업입니다. 이러한 요인으로 인해 한 곳에서 집 전체를 제어하기가 어려웠습니다.

모든 노드가 여러 장치에서 메시지를 수신하고 여러 장치로 메시지를 보낼 수 있도록 다대다 통신이 필요합니다. 예를 들어, 여러 대의 휴대폰을 사용하여 제어해야 하는 4개의 전구 그룹을 생각해 보십시오. 또한 조광기 및/또는 점유 센서에서 설정 메시지를 수신할 수 있어야 합니다. 이를 위해서는 다대다 통신이 필요합니다.

BLE가 스마트 홈, 스마트 빌딩 및 스마트 시티와 같은 애플리케이션에서 가장 유용하려면 개발자는 다대다 통신과 범위를 확장하는 메커니즘이 필요하며 일부 장치는 작은 배터리를 사용하여 작동할 수 있습니다. Bluetooth Mesh는 이러한 문제를 해결합니다.

Bluetooth Mesh는 게이트웨이 없이도 휴대폰이나 태블릿에서 Bluetooth Mesh 네트워크의 노드에 직접 액세스할 수 있기 때문에 선호하는 홈 자동화 기술로 떠오르고 있습니다. 각 스마트 홈은 다양한 공급업체의 제품을 활용할 수 있으므로 상호 운용성은 모든 스마트 홈 배포의 성공 열쇠입니다. 정의된 사용 사례(모델)에 대한 표준 메시지 형식을 통해 다른 BLE Mesh 제품과의 빠른 배포 및 상호 운용성을 보장할 수 있습니다.

5개의 기사로 구성된 이 시리즈에서는 Bluetooth Mesh를 이해하는 데 필요한 주요 개념에 대해 설명합니다. Bluetooth Mesh의 저전력 기능, 개인 정보 보호 및 보안 기능, 스마트 홈 애플리케이션을 위한 장치 선택 방법에 초점을 맞춥니다. 이 시리즈의 첫 번째 기사에서는 Bluetooth 메시 네트워크의 핵심 요소에 대해 설명합니다.

블루투스 메시 네트워크

Bluetooth 메시 네트워크는 여러 기능 유형이 있는 노드로 구성됩니다. 그림 1은 Bluetooth 메시 네트워크의 상위 수준 표현을 제공합니다. 그림에서 볼 수 있듯이 다음과 같은 기능 유형의 노드가 있습니다.

<울>

릴레이 노드/기능

저전력 노드(LPN)/기능

친구 노드/기능

프록시 노드/기능

제공자

더 큰 이미지를 보려면 클릭하세요.

그림 1:Bluetooth 메시 네트워크(출처:Cypress)

각 노드는 하나 이상의 기능 유형을 지원할 수 있습니다. 예를 들어, 이 네트워크의 R+F 노드는 Relay와 Friend 기능을 지원합니다. 마찬가지로 R+P 노드는 릴레이 및 프록시 기능을 지원합니다.

릴레이 기능 노드가 광고 전달자를 통해 메시지를 릴레이할 수 있습니다. 일반적으로 벽 전원이 공급되는 모든 노드에는 광고 패킷을 지속적으로 수신하고 다른 노드로 중계하는 데 필요한 전력이 있으므로 중계 기능이 포함될 가능성이 높습니다. 사용 중인 릴레이 기능의 예로는 홈 오토메이션 애플리케이션의 스마트 전구 또는 벽 전원 조명 스위치가 있습니다. 반면에 작은 배터리로 작동하는 노드는 Rx가 지속적으로 켜져 있고 장치가 보급된 패킷을 수신해야 하기 때문에 릴레이 기능이 없을 가능성이 높습니다. 그렇게 하면 배터리가 빨리 소모됩니다.

저전력 노드 기능 블루투스 메시의 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 릴레이 기능이 있는 노드와 달리 저전력 노드 기능이 있는 노드는 보급된 패킷을 계속 수신할 필요가 없습니다. 저전력 노드 기능이 있는 노드는 장치의 저전력 모드에서 대부분의 시간을 보내는 반면 Friend 노드는 대신 메시지를 수집합니다. 저전력 노드는 정의된 간격으로 깨어나고 Friend 노드에 ping을 보내 보류 중인 메시지가 있는지 확인합니다. Friend Node와 통신한 후 저전력 노드는 저전력 절전 상태로 돌아갑니다. 이것은 배터리로 작동하는 애플리케이션에 유용한 기능입니다. 홈 자동화의 센서 노드, 소매점의 가격표 등과 같은 애플리케이션은 저전력 노드 기능의 이점을 누릴 수 있습니다.

친구 기능이 있는 노드 네트워크에서 중계되고 연관된 저전력 노드를 위한 모든 메시지를 수신합니다. Friend 노드는 이러한 메시지를 저장하고 저전력 노드가 Friend 노드를 깨우고 쿼리할 때 연결된 저전력 노드에 전달합니다. Friend Node는 하나 이상의 저전력 노드에 대한 메시지를 저장해야 하므로 Friend Node는 다른 노드 유형보다 더 많은 메모리가 필요할 수 있습니다. 필요한 메모리 양은 폴링 작업 중에 저전력 노드와 통신할 Friend 노드에 저장하는 데 필요한 데이터/명령의 양에 따라 다릅니다.

프록시 기능 스마트폰 또는 Wi-Fi-Bluetooth Mesh 게이트웨이와 같은 장치가 Mesh 네트워크와 통신할 수 있도록 합니다. 프록시 기능이 있는 노드는 Bluetooth 메시를 직접 지원하지 않는 장치의 메시 네트워크 진입점입니다. 블루투스 메시 네트워크에서 메시지는 광고 전달자를 통해 중계됩니다. 프록시 기능을 사용하면 노드가 GATT(일반 ATTribute)와 광고 베어러 간에 메시지를 릴레이할 수 있습니다. Bluetooth 메시 네트워크에서 여러 노드가 프록시 기능을 지원할 수 있습니다. 프록시 기능을 지원하는 모든 노드는 GATT 연결을 통해 스마트폰/PC의 인터페이스 역할을 할 수 있습니다. 하나의 프록시 노드가 다운되더라도 프록시 장치에서 전체 네트워크가 격리되지 않도록 여러 프록시 노드를 갖는 것이 좋습니다. 이 기능은 Bluetooth Mesh를 ZigBee와 같은 다른 Mesh 기술에 비해 더욱 강력하게 만듭니다.

블루투스 메시 네트워크에서 프로비저닝 네트워크에 새 노드를 추가하는 프로세스입니다. 프로비저닝에는 의도하지 않은 장치가 네트워크에 프로비저닝되지 않도록 하기 위해 여러 단계가 필요합니다. 프로비저닝되지 않은 장치는 미리 결정된 간격으로 비콘을 보냅니다. 프로비저닝 장치는 프로비저닝되지 않은 장치를 찾아 선택하면 프로비저닝 프로세스를 시작합니다. 그림 1의 예에서 스마트폰과 태블릿은 네트워크에서 프로비저닝 장치 역할을 합니다.

Bluetooth 사양에 따라 모든 노드가 필수는 아닙니다. 즉, 장치는 모든 노드/기능 유형을 지원하지 않고도 Bluetooth Mesh 인증을 받을 수 있습니다. 가장 일반적으로 실리콘 공급업체는 Bluetooth SIG 인증 Friend 및 저전력 노드 기능을 지원하지 않습니다. 이로 인해 배터리로 구동되는 블루투스 메시 애플리케이션을 지원하기가 어렵습니다.

Bluetooth 메시 장치에서 지원하는 Bluetooth 메시 노드/기능 유형을 찾으려면 Bluetooth SIG 웹사이트로 이동하여 '제품 찾기'를 클릭하십시오. 그런 다음 지원되는 노드/기능 유형을 알고 싶은 제품을 입력하십시오.

예를 들어, Cypress Bluetooth 메시 모듈 CYBT-413034-02에서 지원되는 노드/기능 유형을 찾으려면 제품 검색에 입력하면 선언 ID, QDID, 회사, 제품, 사양 이름 및 목록이 표시됩니다. 제품의 날짜입니다. 이 경우 선언 ID(예:D040142)를 클릭합니다. 이 페이지는 장치에서 지원하는 레이어 목록을 제공합니다. 거기에서 'ICS 세부 정보 보기'를 클릭합니다. 그러면 핵심 프로토콜 계층과 프로필 및 서비스 목록이 표시됩니다. 각 기능을 클릭하여 지원되는 기능을 확인할 수 있습니다. 메시 프로필이 지원되는 경우 기존 프로필 아래에 나열됩니다.

이제 MESH(메시 프로파일)를 클릭합니다. 역할 및 버전 목록, 노드 역할 요구 사항 및 기능이 지원되는지 여부를 제공합니다. CYBT-413043-02에 대한 세부 정보를 찾는 동안 Bluetooth SIG 웹 사이트의 다음 스크린샷은 이 모듈이 역할 아래 나열된 노드 및 제공자 역할을 모두 지원한다는 것을 보여줍니다(그림 2 참조). 또한 네트워크 계층 기능에 표시된 대로 릴레이 기능을 지원합니다(그림 3 참조). Friend 및 저전력 노드 기능은 상위 전송 계층 기능에 표시된 대로 지원됩니다(그림 4 참조). 프록시 기능은 프록시 기능에 표시된 대로 지원됩니다(그림 5 참조).

이 장치는 이러한 모든 노드 기능 유형을 지원하지만 주석에 따르면 이러한 노드 유형의 대부분은 선택 사항입니다. 예를 들어, 광고 전달자가 지원되는 경우 릴레이, 친구 및 저전력 노드 기능은 선택 사항입니다. 그러나 효율적인 블루투스 메시 네트워크를 위해서는 이러한 모든 유형의 기능이 필요합니다.

더 큰 이미지를 보려면 클릭하세요.

그림 2:특정 제품의 역할 및 버전은 Bluetooth SIG 웹사이트에 표시됩니다. 이 경우 제품은 노드 및 제공자 역할을 모두 지원합니다. (출처:Cypress)

더 큰 이미지를 보려면 클릭하세요.

그림 3:Bluetooth SIG 웹사이트는 특정 제품에 대한 노드 역할 기능도 보여줍니다. 이 경우 제품은 릴레이 기능을 지원합니다. (출처:Cypress)

더 큰 이미지를 보려면 클릭하세요.

그림 4:Friend 및 저전력 노드 기능은 상위 전송 계층 기능에 표시된 대로 이 제품에서 지원됩니다. (출처:Cypress)

더 큰 이미지를 보려면 클릭하세요.

그림 5:프록시 기능은 프록시 기능에 표시된 대로 지원됩니다. (출처:사이프러스)

Bluetooth Mesh 노드 및 기능 유형과 Bluetooth Mesh 디자인을 시작하는 방법에 대한 자세한 내용은 Learn More about Bluetooth Mesh 비디오를 시청할 수도 있습니다.

이 시리즈의 다음 기사에서는 Bluetooth Mesh 네트워크에서 통신이 발생하는 방식과 각 애플리케이션 부문에서 제품을 상호 운용할 수 있도록 하는 Mesh 모델과 같은 다양한 개념에 대해 설명합니다.