Ontwerpen met Bluetooth Mesh:Node-communicatie

De eerste aflevering van deze artikelreeks gaf een overzicht van Bluetooth Mesh en de basisknooppunten en functietypen die hierdoor worden ondersteund. Deze aflevering behandelt hoe communicatie plaatsvindt binnen het Bluetooth Mesh-netwerk en verschillende concepten die belangrijk zijn om te begrijpen bij het ontwerpen van een applicatie met Bluetooth Mesh.

Communicatie van het ene knooppunt naar het andere

Bluetooth Mesh gebruikt een beheerde overstroming operatie om berichten van het ene knooppunt naar het andere over te dragen. Managed flood is een implementatie met meerdere paden die net genoeg redundantie bevat om ervoor te zorgen dat een bericht zijn bestemming bereikt.

In een basis-flood-implementatie geeft elk knooppunt blindelings elk bericht door dat het ontvangt. De Bluetooth Mesh Managed Flood-bewerking voorkomt dat Mesh-apparaten eerder ontvangen berichten doorsturen door alle berichten toe te voegen aan een gecachte lijst. Wanneer een bericht wordt ontvangen, wordt het vergeleken met de lijst en genegeerd als het al aanwezig is. Bovendien bevat elk bericht een Time-to-Live (TTL)-waarde die het aantal keren dat een bericht in het netwerk kan worden doorgestuurd, beperkt. Elke keer dat een bericht wordt ontvangen en vervolgens doorgestuurd (tot een maximum van 126 keer) door een apparaat, wordt de TTL-waarde met 1 verlaagd.

Bluetooth mesh implementeert een publicatie- en abonnementsgebaseerde communicatie aanpak om ervoor te zorgen dat verschillende soorten producten naast elkaar kunnen bestaan ​​in een netwerk zonder last te hebben van berichten van apparaten waarnaar ze niet hoeven te luisteren. Een Publisher Node stuurt berichten naar alleen nodes die zich hebben geabonneerd op de Publisher en zal op deze berichten reageren. Een voorbeeld van deze operatie is het gebruik in verschillende kamers in uw huis. Elke kamer kon zich abonneren op de berichten van de specifieke lichtschakelaars voor die kamer. Bovendien kunnen berichten unicast, multicast en/of broadcast zijn, wat inhoudt dat een bericht één, enkele of alle nodes in het netwerk kan bereiken.

Afbeelding 1 toont een voorbeeld van Bluetooth Mesh Publish- en Subscription-gebaseerde communicatie-implementatie met behulp van de CYBT-213043-MESH Evaluation-kits. De CYBT-213043-MESH-kit gebruikt de CYBT-213043-02-module om Bluetooth Mesh-communicatie te implementeren. In combinatie met de ingebouwde gebruikersknop en RGB-led bootsen evaluatieborden respectievelijk Bluetooth Mesh Switch en Bluetooth Mesh Bulb na.

Figuur 1. Bluetooth Mesh Publish and Subscribe voorbeeld voor aangesloten verlichting. (Bron:Cypress)

Zoals te zien is in de afbeelding, publiceert de eerste schakelaar van links de berichten naar de Eetkamergroep. De eerste en tweede lamp van rechts zijn alleen geabonneerd op de Dining Room-groep. De derde lamp heeft zich echter geabonneerd op de berichten van de groepen Eetkamer en Keuken. Dus wanneer Switch 1 de berichten publiceert, kunnen de eerste drie lampen (eetkamer en keuken) worden aangestuurd. Wanneer Switch 2 de berichten publiceert, kan echter alleen de derde lamp (Keuken) worden bediend.

Architectuur van meshknooppunten

Laten we, zoals we al hebben besproken hoe berichten tussen knooppunten worden gecommuniceerd, eens kijken naar de Bluetooth Mesh-knooppuntarchitectuur op functioneel niveau en kijken wat Bluetooth Mesh-apparaten interoperabel maakt.

Elementen de functionaliteit van een knooppunt definiëren. Elk knooppunt heeft ten minste één element dat het "primaire element" wordt genoemd. Een gloeilamp heeft bijvoorbeeld over het algemeen één Element. Dit element onthult de aan/uit- en helderheidsregelingsfuncties van het knooppunt. Een ander voorbeeld is een dimbare gloeilamp met geïntegreerde aanwezigheidssensor. Dit knooppunt heeft twee elementen. Het eerste element wordt gebruikt voor de verlichtingsfunctie en het tweede voor de sensorfunctie. Het primaire element zou in dit geval de verlichtingsfunctie zijn.

Elk element binnen een node heeft een uniek adres, ook wel een unicast-adres genoemd. Hierdoor kan elk Element onafhankelijk van andere Elementen binnen hetzelfde knooppunt worden geadresseerd. Afbeelding 2 toont voorbeelden van beide typen knooppunten - de eerste met slechts één element en de andere met twee elementen. Afbeelding 2 toont ook aanvullende concepten die in de volgende secties worden besproken en hoe ze aan elkaar gerelateerd zijn in de Bluetooth Mesh-implementatie.

Figuur 2. Knooppunten met één en twee elementen. (Bron:Cypress)

Elk Bluetooth Mesh-knooppunt gebruikt een of meer mesh-Modellen die de functionaliteit van een bepaald knooppunt definiëren. Modellen zijn analoog aan Services in gewone Bluetooth-apparaten. Er zijn drie soorten mesh-modellen:clientmodellen, servermodellen en besturingsmodellen (die zowel een client als een server in één model implementeren).

Een servermodel kan een of meer toestanden hebben die een of meer elementen overspannen. Het servermodel onthult de apparaatstatus van elementen die kunnen worden gelezen of beheerd door een clientknooppunt. Een Bluetooth Mesh-lamp maakt bijvoorbeeld gebruik van een servermodel. In deze toepassing kan ofwel een On/Off Server of Light Lightness Server worden gebruikt. Een On/Off Server-model zal de huidige status van de lamp weergeven en de status wijzigen op basis van de invoer van de klant om de status van de lamp tussen Aan en Uit te schakelen. Als een Light Lightness-server wordt gebruikt, kan een klant de huidige status van de lamp lezen, de helderheid regelen en deze in- of uitschakelen. Een andere toepassing van het servermodel zou een sensorknooppunt zijn waarmee de client alleen de sensorstatus kan lezen, maar niet toestaat dat de status ervan wordt gewijzigd.

Een Cliëntmodel staat andere knooppunten toe om berichten te verzenden om de status van een serverknooppunt op te vragen en/of te wijzigen. Het meest voorkomende voorbeeld van een applicatie met een Client Model is een Bluetooth Mesh Switch. Een Bluetooth Mesh Switch kan het On/Off Client-model gebruiken. Het kan de huidige status van een serverapparaat opvragen of een bericht sturen om de status in Aan of Uit te zetten. Een ander voorbeeld is een Bluetooth Mesh Dimmer die de Level Client gebruikt. Naast de mogelijkheden van een schakelaar, biedt dit model ook controle over het niveau van de output van de server, zoals het regelen van de helderheid van de lamp.

In de meeste toepassingen moeten Server- en Client-modellen worden gebruikt in combinatie met een besturingscode die werkt op basis van de ontvangen berichten of gebruikersinvoer. Een combinatie van Server en/of Client model en een besturingslogica resulteert in een Control Model .

Bluetooth Mesh-modellen kunnen de functionaliteit van andere modellen uitbreiden. Met deze mogelijkheid kunnen Mesh-knooppunten met verschillende mogelijkheden door hetzelfde bericht worden bestuurd.

Laten we het voorbeeld van verlichtingstoepassingen nemen. Een lamp waarmee de helderheid kan worden geregeld, maakt meestal gebruik van het Light Lightness Server-model. Sommige lampen kunnen het Generic Level Server Model gebruiken om het uitgangsvermogen en dus de helderheid te regelen. Een standaard Bluetooth Mesh-lamp met alleen aan / uit-mogelijkheden zou waarschijnlijk het aan / uit-servermodel gebruiken. Het Light Lightness Server-model breidt echter de functionaliteit van het On/Off Server-model en het Level Server-model uit. Dat betekent dat een aan/uit-bericht dat door een aan/uit-client wordt verzonden, de status van alle drie de lamptypen regelt, ongeacht het gebruikte model.

De voorwaarden van een Element worden opgeslagen in de Staten . Elke staat is een waarde van een bepaald type. Naast de waarden hebben staten gedragingen die bij die staat horen. Deze statussen worden gedefinieerd door de Bluetooth SIG. Een aan/uit-server in een aan/uit-lamp of een sprinklercontroller heeft bijvoorbeeld een status met de naam Generic OnOff die een van twee waarden kan hebben:AAN en UIT. Dit is handig voor apparaten zoals gloeilampen of sprinklercontrollers. De term 'Generiek' wordt gebruikt om aan te geven dat deze status en zijn gedrag nuttig kunnen zijn in verschillende soorten Mesh-apparaten.

U kunt ook de video Meer informatie over Bluetooth Mesh bekijken voor meer informatie over Bluetooth Mesh-communicatie en hoe u aan de slag kunt gaan met een Bluetooth Mesh-ontwerp.

In de volgende aflevering van deze serie artikelen onderzoeken we de privacy- en beveiligingsfuncties van Bluetooth Mesh.