블루투스 메시 설계: 노드, 기능, 상호운용성 이해하기

블루투스 저에너지(BLE)는 저전력 프로파일로 스마트 홈, 홈 헬스케어 기기, 자산 추적 솔루션을 구동하며 IoT 생태계의 중추가 되었습니다. 하지만 전통적인 BLE는 일대일 또는 일대다 링크로 제한되며, 짧은 범위 때문에 신호가 벽과 장애물을 통과해야 하는 다실 환경에서 단일 지점에서 모든 기기를 제어하기 어렵습니다.

많은 IoT 배포에 필요한 것은 진정한 다대다 통신입니다. 모든 노드가 여러 피어로부터 수신하고 여러 피어에게 브로드캐스트할 수 있어야 합니다. 여러 스마트폰으로 제어되면서 디머나 점유 센서로부터 '설정' 명령도 듣는 4개의 스마트 전구 그룹을 상상해보세요. 전통적인 BLE로는 이 요구사항을 충족할 수 없습니다.

블루투스 메시는 메시 전체 다대다 라우팅, 범위 확장, 저전력 동작을 추가하면서도 기기가 작은 배터리로 실행될 수 있게 하여 이러한 과제를 해결합니다. 모든 노드가 게이트웨이 없이 전화기나 태블릿에서 직접 접근 가능하고, 표준 메시지 포맷(Models로 알려짐)이 벤더 간 신속하고 상호운용 가능한 배포를 보장하기 때문에 홈 자동화의 선호 기술이 되었습니다.

이 기사는 블루투스 메시의 핵심 개념을 다루는 5부작 시리즈의 첫 번째입니다. 저전력 기능, 프라이버시와 보안 기능, 스마트 홈 애플리케이션에 적합한 디바이스 선택 방법을 탐구할 예정입니다. 오늘은 블루투스 메시 네트워크를 구성하는 기본 요소에 초점을 맞춥니다.

블루투스 메시 네트워크 아키텍처

블루투스 메시 네트워크는 다음 기능 유형 중 하나 이상을 제공할 수 있는 노드들로 구성됩니다:

• 릴레이 노드/기능
• 저전력 노드(LPN)/기능
• 프렌드 노드/기능
• 프록시 노드/기능
• 프로비저너

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그림 1: 블루투스 메시 네트워크 (출처: Cypress)

노드는 여러 기능을 결합할 수 있습니다. 예를 들어 "R+F"로 표시된 노드는 릴레이와 프렌드를 모두 지원하고, "R+P" 노드는 릴레이와 프록시를 지원합니다.

릴레이 기능

릴레이 기능은 노드가 광고 베어러를 통해 메시지를 전달할 수 있게 합니다. 지속적으로 깨어 있을 수 있는 벽면 전원 디바이스가 릴레이 노드의 이상적 후보입니다. 예: 스마트 전구, 벽면 마운트 스위치. 배터리 구동 노드는 지속적인 청취가 배터리를 빠르게 소모하므로 일반적으로 릴레이를 생략합니다.

저전력 노드(LPN) 기능

LPN은 대부분의 시간을 딥 슬립으로 유지해야 하는 배터리 구동 디바이스를 위해 설계되었습니다. 모든 패킷을 청취하는 대신, LPN은 정해진 간격으로 깨어나 프렌드 노드에 대기 중인 메시지를 폴링한 후 다시 잠듭니다. 이 아키텍처는 센서 노드, 소매 가격표, 기타 저에너지 애플리케이션에 완벽합니다.

프렌드 기능

프렌드 노드는 하나 이상의 LPN을 위한 메모리 버퍼 역할을 합니다. LPN을 위한 메시지를 수신하여 저장하고, LPN이 깨어나 프렌드에 쿼리할 때 전달합니다. 여러 메시지 큐를 보유해야 하므로 프렌드 노드는 다른 노드 유형보다 더 많은 RAM이 필요할 수 있습니다.

프록시 기능

프록시 기능은 스마트폰이나 Wi-Fi 메시 게이트웨이처럼 네이티브로 메시를 지원하지 않는 디바이스에 메시 네트워크를 노출합니다. 프록시 노드는 GATT(블루투스 저에너지 일반 속성 프로파일)와 광고 베어러를 연결하여 비-메시 디바이스가 메시지를 주고받을 수 있게 합니다. 여러 프록시 노드 배포로 복원력을 보장합니다. 하나가 오프라인이 되어도 네트워크에 도달할 수 있습니다.

프로비저닝

프로비저닝은 새 노드를 네트워크에 안전하게 추가하는 과정입니다. 비프로비저닝 디바이스는 비콘을 브로드캐스트합니다. 프로비저닝 디바이스(보통 스마트폰이나 태블릿)가 비콘을 감지하고 디바이스를 인증한 후 노드의 네트워크 키를 설치합니다. 이 단계는 무단 디바이스가 메시에 합류하는 것을 방지합니다.

블루투스 사양에 따르면 디바이스는 모든 기능 유형을 지원하지 않아도 메시 인증을 받을 수 있습니다. 많은 실리콘 벤더가 프렌드와 저전력 기능을 생략하는데, 이는 배터리 구동 애플리케이션을 방해할 수 있습니다.

제품에서 지원되는 기능 찾기

특정 디바이스가 어떤 노드/기능 유형을 지원하는지 확인하려면 Bluetooth SIG 웹사이트를 방문하여 Find a Product를 선택하고 디바이스를 검색하세요. 예를 들어 Cypress CYBT-413034-02를 입력하면 Declaration ID(예: D040142)가 표시됩니다. ID를 클릭하면 지원되는 레이어, 역할, 기능 목록이 나옵니다. 아래는 이 과정을 보여주는 Cypress 모듈의 스크린샷입니다.

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그림 2: 특정 제품의 역할과 버전이 Bluetooth SIG 웹사이트에 표시됩니다. 이 경우 제품은 Node와 Provisioner 역할을 모두 지원합니다. (출처: Cypress)

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

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그림 4: 이 제품은 상위 전송 계층 기능 아래 프렌드와 저전력 노드 기능을 지원합니다. (출처: Cypress)

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그림 5: 프록시 기능이 프록시 기능 아래 표시된 것처럼 지원됩니다. (출처: Cypress)

Cypress 모듈은 위 모든 기능을 보여주지만, 이들 중 다수가 선택 사항임을 기억하세요. 특히 배터리 구동 디바이스를 포함하는 견고한 메시 네트워크를 위해서는 릴레이, 프렌드, 저전력, 프록시 노드를 가능한 한 통합하는 것이 좋습니다.

더 깊이 이해하려면 Learning More about Bluetooth Mesh 비디오를 시청하여 노드와 기능 유형이 실제에서 어떻게 작동하는지 확인하세요.

다음 기사에서는 블루투스 메시 네트워크를 통한 통신 흐름과 애플리케이션 세그먼트 간 디바이스 상호운용성을 가능하게 하는 메시 모델을 살펴보겠습니다.