Bluetooth Mesh로 설계:장치 요구 사항

이 시리즈의 이전 기사에서 우리는 Bluetooth Mesh가 무엇인지(1부), 작동 방식(2부), 비공개 및 보안이 무엇인지(3부) 논의했습니다. Bluetooth Mesh가 제공하는 모든 강력한 기능은 뛰어난 상호 운용성을 제공하는 안전한 저전력 네트워크를 만듭니다.

즉, 이러한 기능으로 인해 Bluetooth Mesh 구현이 약간 복잡해집니다. 시스템 설계자가 이러한 모든 복잡성을 처리하도록 내버려두면 제품을 출시하는 데 수백 년의 노력이 필요할 것입니다. 그 외에도 IoT 애플리케이션은 매우 광범위합니다. 즉, 각 응용 프로그램에는 약간 다른 주변 장치 집합과 CPU 처리 능력이 필요합니다. 예를 들어, 스마트 홈 제품을 설계하는 경우 일부는 배터리 전원으로, 다른 일부는 벽 전원으로, 일부는 아날로그 집약적인 반면 일부는 많은 디지털 주변기기와 함께 광범위한 처리 능력이 필요합니다.

펌웨어 개발은 ​​시스템 개발 프로젝트에서 가장 큰 투자인 경우가 많습니다. 시스템이 다르더라도 사용된 실리콘 제품군이 변경되지 않은 경우 일부 펌웨어 노력은 설계 전반에 걸쳐 재사용될 수 있습니다. 따라서 IP 재사용을 극대화하고 기존 펌웨어를 활용할 수 있도록 실사 후 첫 번째 제품에 대한 장치/플랫폼을 선택하는 것이 중요합니다. 이 기사에서는 다음 Bluetooth Mesh 애플리케이션을 위한 장치를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 사항에 대해 설명합니다.

높은 수준에서 모든 Bluetooth Mesh 애플리케이션 개발 및 배포에는 세 가지 핵심 요소가 필요합니다. 이 부분은 다음과 같습니다.

• 하드웨어
• 소프트웨어/펌웨어
• 모바일 애플리케이션

하드웨어

Bluetooth Mesh 제품을 위한 플랫폼을 선택할 때 가장 중요한 첫 번째 단계는 장치 기능을 조사하는 것입니다. 장치를 선택할 때 장기적으로 고려하는 것이 중요합니다. 그 이유를 이해하기 위해 예를 들어 보겠습니다. 그림 1은 스마트 홈 시스템의 예를 보여줍니다.

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그림 1:Bluetooth Mesh를 사용하는 스마트 홈 시스템의 예. (출처:사이프러스)

여기에서 볼 수 있듯이 이 네트워크에는 전구, 팬, 온도 조절기 및 블라인드 컨트롤러를 포함하여 다양한 장치가 있습니다. 실제 스마트 홈은 스위치, 조광기, 점유 센서, 스프링클러 컨트롤러 등과 같은 더 다양한 Bluetooth 메시 제품을 사용할 수 있습니다. 스마트 홈 제품을 설계하는 경우 이러한 모든 응용 프로그램에 맞는 제품을 설계해야 할 수도 있습니다. 따라서 스마트 스위치 애플리케이션을 작업 중이더라도 다른 제품도 범위를 지정하는 것이 중요합니다.

이러한 각 응용 프로그램에는 서로 다른 설계 요구 사항이 있습니다. 빌딩 자동화와 같은 다른 부문에서도 마찬가지입니다. 이상적으로는 설계가 이러한 애플리케이션 요구 사항의 대부분을 해결하는 플랫폼을 기반으로 할 수 있습니다. 또한 펌웨어를 완전히 재설계할 필요 없이 애플리케이션을 기반으로 옵션을 업그레이드하거나 다운그레이드할 수 있어야 합니다.

Bluetooth Mesh 애플리케이션 개발을 위한 장치를 선택하기 전에 고려해야 할 몇 가지 실리콘 기능/사양을 살펴보겠습니다.

전송 전력 및 수신 감도 – 모든 무선 장치의 중요한 사양 중 하나는 전송 전력 및 수신 감도입니다. 전송 전력 및 수신 감도는 장치의 링크 예산과 장치가 네트워크의 다른 노드와 통신할 수 있는 거리를 정의합니다. Bluetooth Mesh는 네트워크의 범위를 확장하기 위한 것이지만 전송 전력 및 수신 감도는 네트워크의 개별 노드 간의 거리를 제한합니다.

앞서 언급했듯이 모든 제품이 동일한 것은 아니며 요구 사항은 애플리케이션에 따라 다릅니다. 전송 전력이 높을수록 전류도 더 많이 소모됩니다. 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 늘리기 위해 배터리 구동 애플리케이션에 대한 전송 전력을 제한해야 할 수도 있습니다. 온도 및 습도 센서, 스마트 스위치 등과 같은 애플리케이션은 일반적으로 배터리로 구동됩니다. 이러한 경우 더 낮은 전송 전력을 사용하는 것이 유리할 수 있습니다. 반면에 벽 전원 애플리케이션은 더 높은 전송 전력을 지원하여 네트워크 범위를 확장할 수 있습니다. 따라서 벽면 전원 애플리케이션의 경우 최대 10dBm 전송 전력을 지원할 수 있는 장치를 선택하는 것이 중요합니다.

메시 지원 장치는 배터리 구동 애플리케이션의 경우 더 낮은 전송 전력을 지원하고 벽 전력 애플리케이션의 경우 더 높은 전송 전력을 지원할 수 있어야 합니다. 유사한 설치 공간과 유사한 리소스로 다양한 전송 전력 옵션을 제공하는 장치 제품군을 선택하는 것이 좋습니다. 이를 통해 레이아웃을 변경할 필요 없이 BOM만 변경할 수 있으므로 신제품 설계가 간소화되고 출시 시간이 단축됩니다.

더 높은 전송 전력은 일반적으로 통합 전력 증폭기(IPA)를 사용하여 지원됩니다. 그러나 IPA는 추가 비용이 발생합니다. BOM 비용을 줄이기 위해 개발자는 배터리 구동 애플리케이션에 대해 동일한 공간에서 더 낮은 전송 전력을 가진 저렴한 장치로 전환할 수 있습니다(해당 옵션이 있는 경우). 예를 들어, 이 요구 사항을 해결하기 위해 Cypress는 최대 +4dBm 전송 전력을 지원하는 CYW20819와 동일한 기능 세트의 핀 호환 패키지에서 최대 10dBm 전송 전력을 지원하는 다른 장치 CYW20820을 제공합니다.

전력 소모 – 전력 소비는 벽면 전원이든 배터리 전원이든 모든 애플리케이션에 대해 가장 신중하게 조사해야 합니다. 제품을 친환경적으로 만들기 위해 규제 기관에서는 벽면 전원 장치로도 전력 소비를 줄이도록 끊임없이 압력을 가하고 있습니다. 제품이 지정된 소비 전력 요구 사항을 충족하지 않으면 제품을 판매하지 못할 수 있습니다.

디바이스의 전력 소모를 살펴보면서 검토해야 할 다양한 요소가 있습니다. 첫 번째는 송수신 시 무선 전력 소모입니다. 대부분의 블루투스 메시 노드는 지속적으로 패킷을 검색합니다. 따라서 이러한 장치는 시간의 100%에 가까운 수신 모드에 있으므로 수신기 전력 소비를 메시 애플리케이션용 장치를 선택할 때 고려해야 할 가장 중요한 매개변수 중 하나로 만듭니다.

중계기 역할을 하는 메시 장치가 수신된 메시지를 전달해야 한다는 점을 감안할 때 전송 전력 소비는 또 다른 중요한 사양입니다. 전송 전력 소비는 장치가 지원하는 최대 전송 전력에서 검사해야 합니다. 일부 장치는 높은 전송 전력에서 사용할 때보다 낮은 전송 전력에서 더 나은 성능을 발휘하는 경향이 있습니다.

공급업체는 장치에서 다양한 저전력 모드를 지원합니다. 장치가 활성 및 기타 저전력 모드에서 소비할 가능성이 있는 시간을 기반으로 평균 전력 소비를 정확하게 추정할 수 있도록 애플리케이션에 필요한 것이 무엇인지 이해하는 것이 중요합니다.

처리 능력 – 일반적으로 처리 능력이 좋은 장치를 선택하는 것이 좋습니다. LED 전구와 같은 일부 응용 프로그램은 사용자 요청에 따라 LED 상태(켜기/끄기 또는 색상)에서 빠른 처리 및 수정이 필요할 수 있습니다. 장치가 저전력 모드에서 가장 낮은 전력을 소비하므로 더 빠른 CPU를 사용하면 작업을 빠르게 완료할 수 있습니다. 따라서 장치는 평균 전체 전력 소비를 줄이는 더 긴 시간 동안 절전 모드로 전환될 수 있습니다.

기억 – 플래시 및 RAM 크기 요구 사항은 선택한 애플리케이션에 따라 다릅니다. 유연한 메모리 공간을 제공하는 제품군을 찾는 것이 중요합니다. 메시 구현은 추가 노력 없이 애플리케이션 코드가 다른 메모리 풋프린트를 가진 장치 간에 이식될 수 있도록 해야 합니다. 이를 통해 더 적은 메모리를 필요로 하는 애플리케이션에 대해 더 저렴한 장치를 선택할 수 있습니다. 또한 일부 장치에는 Bluetooth 스택 및 주변 장치 드라이버를 저장하기 위한 ROM이 있습니다. 이렇게 하면 응용 프로그램 사용을 위해 Flash가 해제됩니다. 즉, 내부 ROM 및 플래시가 있는 장치는 일반적으로 Bluetooth Mesh 제품에 더 적합합니다.

주변기기 – 앞서 언급했듯이 다른 애플리케이션에는 다른 주변 장치가 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 스마트 전구에는 RGB/RGBW LED 제어를 위한 3개 또는 4개의 PWM(펄스 폭 변조기), 서미스터를 사용한 온도 측정을 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC), 수동적외선(PIR) 센서 컨트롤러 인터페이스. 반면, 항온장치는 저전력 모드를 지원하기 위해 ADC와 전력 관리 블록이 필요하다. 제품을 위한 플랫폼을 선택할 때 모든 응용 프로그램에 대한 잠재적인 주변 장치 요구 사항을 나열하고 가장 적합한 장치를 식별하는 데 도움이 됩니다.

확장된 온도 및 산업용 온도 지원 – 조명과 같은 일부 애플리케이션은 LED 및 AC-DC 하위 시스템에서 높은 전력 손실을 감안할 때 확장된 온도(최대 +105°C)에 대한 지원이 필요합니다. 이러한 이유로 산업용 및 확장 온도 등급 모두에서 제품을 제공하는 장치 제품군을 선택하는 것이 중요합니다.

소프트웨어

소프트웨어는 조사해야 할 정말 중요한 부분입니다. 소프트웨어란 IDE 및 도구 체인뿐만 아니라 기본 SDK(소프트웨어 개발 키트)를 의미합니다. IDE는 일반적으로 사용되는 Eclipse 기반 IDE와 같이 사용하기 쉬워야 합니다.

SDK는 특별한 주의가 필요합니다. Bluetooth Mesh에는 여러 모델과 노드 유형이 있습니다. 특정 모델 및 노드 유형의 사용은 애플리케이션에 따라 다릅니다. 제품이 Bluetooth 메시 자격을 얻으려면 기본 모델 및 노드 유형도 자격을 충족해야 합니다. 일부 공급업체는 모든 Bluetooth 메시 모델 및 노드 유형이 검증되지 않았습니다. 애플리케이션에 적격하지 않은 모델이 필요한 경우 전체 적격 프로세스를 거쳐야 하는 부담은 개발자에게 있습니다. 이를 위해서는 개발자가 Bluetooth Mesh 사양을 철저히 이해하고 검증 프로세스에 추가 비용과 시간을 투자해야 합니다. 이러한 복잡성을 추상화하고 완전히 Bluetooth Mesh 인증을 받은 솔루션을 제공하는 것은 Mesh 실리콘 공급업체의 책임입니다. 따라서 Bluetooth Mesh 애플리케이션을 위한 장치를 선택하기 전에 Bluetooth SIG 웹사이트를 참조하여 특정 장치에 적합한 메시 모델과 노드를 찾으십시오.

모든 메시 모델 및 노드 유형을 지원하는 장치를 식별했으면 사용 가능한 참조 코드 예제를 찾는 것이 좋습니다. 코드 예제는 이전에 사용하지 않은 새로운 기술로 개발을 시작합니다.

모바일 애플리케이션

IoT의 개념은 사용자가 쉽게 액세스할 수 있도록 사물을 연결하는 것입니다. 거의 모든 IoT 응용 프로그램에는 모바일 응용 프로그램이 필요하며 Bluetooth Mesh 기반 IoT 응용 프로그램도 마찬가지입니다. 전구 제어이든 기상 모니터링 스테이션의 온도 판독이든 사용자는 전화기를 사용하여 장치에 액세스하고 제어하기를 원합니다. 이를 용이하게 하기 위해 실리콘 공급업체는 Bluetooth 메시 제품에 iOS 및 Android 모바일 애플리케이션을 제공해야 합니다.

이상적으로는 이러한 응용 프로그램에 대한 소스 코드가 제공되므로 브랜드 및 제품별 수정 사항을 수용할 수 있도록 사용자 지정할 수 있습니다. 실리콘 공급업체가 이러한 응용 프로그램을 제공하지 않으면 이러한 응용 프로그램을 처음부터 개발해야 합니다. 앱 개발 비용은 제품의 출시 시간에 미치는 영향을 제외하고 각 애플리케이션에 대해 $200,000 이상을 실행할 수 있습니다.

Bluetooth Mesh에 대해 자세히 알아보기 비디오를 시청하여 Bluetooth Mesh 네트워크를 만들고 통신하는 방법을 배울 수도 있습니다.

이 시리즈의 다음이자 마지막 기사에서는 Bluetooth Mesh 애플리케이션에 실리콘 장치를 사용해야 하는지 아니면 모듈을 사용해야 하는지에 대해 논의하고 이 두 가지 대안 중에서 선택하는 데 영향을 미치는 요소에 대해 설명합니다.