Bluetooth Mesh로 설계:노드 통신

이 기사 시리즈의 첫 번째 기사에서는 Bluetooth Mesh와 Bluetooth Mesh에서 지원하는 기본 노드 및 기능 유형에 대한 개요를 제공했습니다. 이 기사에서는 Bluetooth Mesh 네트워크 내에서 통신이 발생하는 방식과 Bluetooth Mesh로 응용 프로그램을 설계하는 동안 이해해야 하는 다양한 개념을 다룹니다.

한 노드에서 다른 노드로의 통신

Bluetooth Mesh는 관리 플러드를 사용합니다. 한 노드에서 다른 노드로 메시지를 전송하는 작업. Managed Flood는 메시지가 목적지에 도달할 수 있도록 충분한 중복성을 포함하는 다중 경로 구현입니다.

기본 플러드 구현에서 모든 노드는 수신하는 모든 메시지를 맹목적으로 중계합니다. Bluetooth 메시 관리 플러드 작업은 캐시된 목록에 모든 메시지를 추가하여 메시 장치가 이전에 받은 메시지를 릴레이하는 것을 방지합니다. 메시지가 수신되면 목록과 비교하여 확인되고 이미 있는 경우 무시됩니다. 또한 각 메시지에는 네트워크에서 메시지를 릴레이할 수 있는 횟수를 제한하는 TTL(Time-to-Live) 값이 포함됩니다. 어떤 장치에서 메시지를 수신한 다음 릴레이(최대 126회)할 때마다 TTL 값이 1씩 감소합니다.

Bluetooth 메시는 게시 및 구독 기반 통신 을 구현합니다. 다른 유형의 제품이 들을 필요가 없는 장치의 메시지에 신경쓰지 않고 네트워크에서 공존할 수 있도록 하는 접근 방식입니다. 게시자 노드는 게시자에 가입한 노드에만 메시지를 보내고 이러한 메시지에 대해 조치를 취합니다. 이 작업의 예는 집 안의 여러 방에서 사용하는 것입니다. 각 방은 해당 방에 대한 특정 조명 스위치의 메시지를 구독할 수 있습니다. 또한 메시지는 유니캐스트, 멀티캐스트 및/또는 브로드캐스트가 될 수 있습니다. 즉, 메시지가 네트워크의 하나, 소수 또는 모든 노드에 도달할 수 있습니다.

그림 1은 CYBT-213043-MESH 평가 키트를 사용한 Bluetooth 메시 게시 및 구독 기반 통신 구현의 예를 보여줍니다. CYBT-213043-MESH 키트는 CYBT-213043-02 모듈을 사용하여 Bluetooth 메시 통신을 구현합니다. 온보드 사용자 버튼 및 RGB LED와 함께 평가 보드는 각각 Bluetooth 메시 스위치 및 Bluetooth 메시 전구를 모방합니다.

그림 1. 연결된 조명에 대한 Bluetooth Mesh 게시 및 구독의 예. (출처:사이프러스)

그림과 같이 왼쪽에서 첫 번째 스위치는 식당 그룹에 메시지를 게시합니다. 오른쪽에서 첫 번째와 두 번째 전구는 다이닝룸 그룹에만 가입했습니다. 그러나 세 번째 전구는 식당 및 주방 그룹의 메시지를 구독했습니다. 따라서 스위치 1이 메시지를 게시하면 처음 세 개의 전구(식당 및 주방)를 제어할 수 있습니다. 그러나 스위치 2가 메시지를 게시하면 세 번째 전구(주방)만 제어할 수 있습니다.

메시 노드 아키텍처

이제 노드 간에 메시지가 전달되는 방식에 대해 이미 논의했으므로 기능 수준에서 Bluetooth Mesh 노드 아키텍처를 살펴보고 Bluetooth Mesh 장치를 상호 운용 가능하게 만드는 요소를 살펴보겠습니다.

요소 노드의 기능을 정의합니다. 모든 노드에는 "기본 요소"라는 요소가 하나 이상 있습니다. 예를 들어 전구에는 일반적으로 하나의 요소가 있습니다. 이 요소는 노드의 On/Off 및 밝기 제어 기능을 노출합니다. 또 다른 예로는 점유 센서가 통합된 조도 조절이 가능한 전구가 있습니다. 이 노드에는 두 개의 요소가 있습니다. 첫 번째 요소는 조명 기능에 사용되고 두 번째 요소는 센서 기능에 사용됩니다. 이 경우 기본 요소는 조명 기능입니다.

노드 내의 모든 요소에는 유니캐스트 주소라고 하는 고유한 주소가 있습니다. 이를 통해 각 요소는 동일한 노드 내의 다른 요소와 독립적으로 처리될 수 있습니다. 그림 2는 두 노드 유형의 예를 보여줍니다. 첫 번째는 하나의 요소만 포함하고 다른 하나는 두 개의 요소를 포함합니다. 그림 2는 또한 다음 섹션에서 논의되는 추가 개념과 Bluetooth Mesh 구현에서 이들이 서로 어떻게 관련되어 있는지 보여줍니다.

그림 2. 하나와 두 개의 요소가 있는 노드. (출처:사이프러스)

모든 블루투스 메시 노드는 하나 이상의 메시 모델을 사용합니다. 주어진 노드의 기능을 정의합니다. 모델은 일반 Bluetooth 장치의 서비스와 유사합니다. 메시 모델에는 클라이언트 모델, 서버 모델 및 제어 모델(단일 모델에서 클라이언트와 서버를 모두 구현)의 세 가지 유형이 있습니다.

서버 모델 하나 이상의 요소에 걸쳐 하나 이상의 상태를 가질 수 있습니다. 서버 모델은 클라이언트 노드에서 읽거나 제어할 수 있는 장치의 요소 상태를 노출합니다. 예를 들어 Bluetooth 메시 전구는 서버 모델을 사용합니다. 이 응용 프로그램에서는 On/Off 서버 또는 Light Lightness Server를 사용할 수 있습니다. On/Off 서버 모델은 전구의 현재 상태를 노출하고 클라이언트의 입력에 따라 상태를 변경하여 전구의 상태를 On과 Off 사이에서 전환합니다. Light Lightness Server를 사용하는 경우 클라이언트가 전구의 현재 상태를 읽고 밝기를 제어하며 켜기 또는 끄기로 전환할 수 있습니다. 서버 모델의 또 다른 애플리케이션은 클라이언트가 센서 상태를 읽을 수만 있도록 허용하지만 상태 변경을 허용하지 않는 센서 노드입니다.

클라이언트 모델 다른 노드가 서버 노드의 상태를 요청 및/또는 변경하기 위해 메시지를 보낼 수 있습니다. 클라이언트 모델이 있는 애플리케이션의 가장 일반적인 예는 Bluetooth 메시 스위치입니다. Bluetooth 메시 스위치는 On/Off 클라이언트 모델을 사용할 수 있습니다. 서버 장치의 현재 상태를 요청하거나 상태를 켜기 또는 끄기로 변경하라는 메시지를 보낼 수 있습니다. 또 다른 예로는 레벨 클라이언트를 사용하는 블루투스 메시 디머가 있습니다. 스위치의 기능을 넘어 이 모델을 사용하면 전구 밝기 제어와 같은 서버 출력 수준을 제어할 수 있습니다.

대부분의 응용 프로그램에서 서버 및 클라이언트 모델은 수신된 메시지 또는 사용자 입력을 기반으로 작동하는 일부 제어 코드와 함께 사용해야 합니다. 서버 및/또는 클라이언트 모델과 제어 논리의 조합으로 제어 모델이 생성됩니다. .

Bluetooth 메시 모델은 다른 모델의 기능을 확장할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 기능이 다른 메시 노드를 동일한 메시지로 제어할 수 있습니다.

조명 응용 프로그램의 예를 들어 보겠습니다. 밝기를 제어할 수 있는 전구는 일반적으로 Light Lightness Server 모델을 사용합니다. 일부 전구는 일반 수준 서버 모델을 사용하여 출력 전력과 밝기를 제어할 수 있습니다. 켜기/끄기 기능만 있는 기본 Bluetooth 메시 전구는 켜기/끄기 서버 모델을 사용할 가능성이 높습니다. 그러나 Light Lightness Server 모델은 On/Off 서버 모델과 레벨 서버 모델의 기능을 확장합니다. 즉, On/Off 클라이언트가 보낸 On/Off 메시지는 사용된 모델에 관계없이 세 가지 전구 유형 모두의 상태를 제어합니다.

요소의 조건은 상태에 저장됩니다. . 각 State는 특정 유형의 값입니다. 값 외에도 상태에는 해당 상태와 관련된 동작이 있습니다. 이러한 상태는 Bluetooth SIG에 의해 정의됩니다. 예를 들어 On/Off 전구의 On/Off 서버 또는 스프링클러 컨트롤러에는 ON 및 OFF의 두 값 중 하나를 가질 수 있는 일반 OnOff라는 상태가 있습니다. 이것은 전구 또는 스프링클러 컨트롤러와 같은 장치에 유용합니다. '일반'이라는 용어는 이 상태와 그 동작이 다양한 종류의 메시 장치에서 유용할 수 있음을 나타내는 데 사용됩니다.

Bluetooth Mesh 통신에 대한 자세한 내용과 Bluetooth Mesh 디자인을 시작하는 방법에 대한 자세한 내용은 Bluetooth Mesh에 대해 자세히 알아보기 동영상을 시청할 수도 있습니다.

이 기사 시리즈의 다음 기사에서는 Bluetooth Mesh의 개인 정보 및 보안 기능을 살펴보겠습니다.