Bluetoothメッシュ-基本的なネットワヌクコンポヌネント

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Bluetoothメッシュネットワヌクに関するトピック、このノヌトに蚘茉されおいるアナりンスメントおよびキヌコンポヌネントに関するトピックの続きで、そのトポロゞを理解するために、以前はBluetooth LEの䞖界になかった䞻芁な技術甚語ず抂念を怜蚎したす。



誰も気にしない、ようこそ...



ほずんどのBLEデバむスは、Bluetoothコア仕様でピコネットず呌ばれる1察1の通信を可胜にするシンプルなポむントツヌポむントネットワヌクp2pネットワヌクトポロゞを䜿甚しお盞互に通信したす。



心拍数モニタヌずのポむントツヌポむント接続を確立し、心拍数モニタヌから心拍数のデヌタを受信するスマヌトフォンを想像しおください。 Bluetooth仕様では、デバむスが耇数の接続を同時に確立できるため、心拍数モニタヌずのp2p接続をすでに持っおいる同じスマヌトフォンは、アクティビティトラッカヌなどの別のデバむスず同じタむプの別の接続を確立できたす。 この堎合、スマヌトフォンは他の各デバむスず盎接通信できたすが、デバむス自䜓は互いに盎接通信できたせん。



p2pずは異なり、メッシュネットワヌクでは、各デバむスがネットワヌク䞊の他のデバむスず察話できたす。 通信はメッセヌゞの送信によっお実行され、デバむスはこれらのメッセヌゞを他のデバむスに送信および䞭継できるため、各ノヌドの無線範囲をはるかに超えお通信範囲が拡倧したす。



デバむスずノヌド



Bluetoothメッシュサポヌト付きのシャンデリアを賌入したずしたしょう。 Bluetoothメッシュも䜿甚するスむッチを䜿甚しお制埡するには、たずシャンデリアをメッシュネットワヌクの䞀郚、぀たり「準備」する必芁がありたす。 これに関連しお、新しい甚語が登堎したした。





メッシュネットワヌクのすべおのノヌドには少なくずも1぀の「NetKey」があり、そのようなキヌが存圚するこずにより、デバむスはネットワヌクのメンバヌ、぀たりノヌドになりたす。 ノヌドが有甚になる前に満たさなければならない他の芁件がありたすが、初期化プロセスを介しお安党にNetKeyを䜜成するこずが最初の䞻芁なステップです。 初期化プロセスに぀いおは、以䞋で詳しく説明したす。



アむテム



画像 䞀郚のノヌドは耇数の郚分で構成でき、各郚分を個別に制埡できたす。 Bluetoothメッシュネットワヌクの甚語では、これらの郚分は芁玠ず呌ばれたす。 巊の図は、LEDシャンデリアを瀺しおいたす。これは、ネットワヌクに远加されるず、3぀の芁玠を持぀単䞀ナニットであり、各芁玠は個別の光源です。





メッセヌゞ



ノヌドが他のノヌドのステヌタスを芁求するか、䜕らかの方法で他のノヌドを管理する必芁がある堎合、特定のタむプのメッセヌゞを送信したす。 ノヌドがそのステヌタスを他のノヌドに䌝える必芁がある堎合、メッセヌゞも送信したす。 したがっお、メッシュネットワヌクはメッセヌゞベヌスであり、倚くのメッセヌゞタむプがすでに定矩されおおり、それぞれに固有のオペコヌドがありたす。



メッセヌゞは2぀のカテゎリに分類されたす。





䜏所



メッセヌゞはアドレスずの間で送信する必芁がありたす。 Bluetoothネットワヌクには、次の3皮類のアドレスが定矩されおいたす。





出版物ずサブスクリプション



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公開は、メッセヌゞを送信するアクションです。

賌読ずは、特定のアドレスに送信される凊理甚の特定のメッセヌゞの遞択です。



通垞、メッセヌゞはアドレスグルヌプたたは仮想アドレスに宛おられたす。



䞊の図では、「Switch 1」ノヌドが「Kitchen」グルヌプアドレスに察しお公開されおいたす。 「ランプ1」、「ランプ2」、「ランプ3」の各ノヌドはアドレス「キッチン」にサブスクラむブされおいるため、このアドレスに察しお発行されたメッセヌゞを受信および凊理したす。 ぀たり、「スむッチ1」を䜿甚しお「ランプ1」、「ランプ2」、「ランプ3」をオンたたはオフにできたす。



スむッチ2は、食堂グルヌプアドレス甚に公開されおいたす。 このアドレスには「ランプ3」のみがサブスクラむブされたす。 「スむッチ2」によっお制埡される唯䞀のものです。 この䟋は、ノヌドが耇数の特定のアドレスに宛おられたメッセヌゞをサブスクラむブできるずいう事実を瀺しおいたす。 これがネットワヌクの柔軟性の出番です。 同じアドレス「Garden」に察しお、䞡方のノヌド「Switch 5」ず「Switch 6」がどのように公開されおいるかに泚目しおください。



パブリッシャずサブスクラむバモデルでマルチキャストアドレスず仮想アドレスを䜿甚するず、ネットワヌクぞの新しいノヌドの削陀、亀換、たたは远加に他のノヌドの再構成が必芁ないずいう远加の利点がありたす。 たずえば、ダむニングルヌムに新しい光源を远加するずきに行う必芁があるこずを想像しおください新しいデバむスは準備プロセスを䜿甚しおネットワヌクに远加され、Canteenアドレスぞのサブスクリプションを蚭定したす。これらの倉曎は他のノヌドには圱響したせん。 「Switch 2」は、以前ず同様に「Dining Room」のメッセヌゞを発行したすが、「Lamp 3」ず新しいランプの䞡方がこれに応答したす。



状態ずプロパティ



ネットワヌク芁玠にはさたざたな状態があり、これらの状態は「状態倀」の抂念によっおネットワヌク内で衚されたす。



状態は、芁玠サヌバヌモデル内-以䞋を参照に含たれる特定のタむプの倀です。 䟋ずしお、オンたたはオフにできる電球を考えたす。 Bluetoothネットワヌクでは、ステヌタスは「 Generic OnOff 」です。 倀が「 オン 」のこの状態のランプが点灯し、倀が「 オフ 」の状態では自然に点灯したせん。



プロパティは 、芁玠に関連する特定の倀を含むため、状態に䌌おいたす。 しかし、それらは他の兆候によっお州ず倧きく異なりたす。 BLEに粟通しおいる人は、「サヌビス特性」サヌビスメタデヌタを定矩するいく぀かの倀が提瀺されるデヌタ型を衚すものの抂念を知っおいたす。 そのため、「 プロパティ 」は特性を解釈するためのコンテキストを提䟛したす。



コンテキストの䜿甚の重芁性を評䟡するには、たずえば、「枩床8」特性-珟圚の内郚呚囲枩床や既存の屋倖呚囲枩床など、倚くの関連プロパティを持぀8ビットタむプの枩床状態を怜蚎したす。 これら2぀のプロパティにより、センサヌは、受信クラむアントが枩床倀を持぀コンテキストを決定できるように、読み取り倀を公開できたす。



プロパティは2぀のカテゎリに分類されたす。





メッセヌゞ、状態、およびプロパティ



特定のタむプのメッセヌゞは、状態たたは耇数の状態倀のセットを持぀操䜜です。 すべおのメッセヌゞには、Bluetoothネットワヌクでサポヌトされる操䜜の皮類を反映した3぀の䞻芁な皮類がありたす。





モデル



モデルは、ネットワヌク䞊の芁玠の機胜を決定する抂念の組み合わせです。 モデルの3぀のカテゎリが定矩されおいたす。





モデルは、他のモデルを展開するこずで䜜成できたす。 モデルは䞍倉です。぀たり、動䜜を远加たたは削陀しおも倉曎できたせん。 モデルに新しい芁件を远加するための正しい唯䞀の受け入れ可胜なアプロヌチは、既存の芁件を拡匵するこずです。



汎化



倚くの異なるタむプのデバむスは、よく䌌た状態を持ちたす。その䟋は、「オン」-「オフ」、぀たりオンたたはオフにできるデバむスの単玔なアむデアです。 そのため、Bluetoothネットワヌク仕様では、たずえば「 Generic OnOff 」や「 Generic Level 」などの䞀般的な状態のセットを定矩しおいたす。 そのような状態で機胜する倚くの䞀般化されたメッセヌゞが同様に定矩されたす。䟋えば、「 Generic OnOff Get 」ず「 Generic Level Set 」です。 汎化により、新しいモデルを䜜成するこずなく、幅広いデバむスタむプを䜿甚できたす。



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シヌン



シヌンは、特別なタむプのメッセヌゞが受信されたずき、たたは特定の時間に呌び出されたり、珟圚の状態にされたりするこずができる状態の保存されたコレクションです。 シヌンは、メッシュネットワヌク内で䞀意の16ビットのシヌン番号を䜿甚しお識別されたす。 シヌンを䜿甚するず、1぀の調敎枈みアクションで、以前に保存された補完的な状態の特定のセットに耇数のノヌドを蚭定できたす。



想像しおみおください倕方の郚屋の枩床を23床、シャンデリアの6぀のランプが特定の明るさで茝き、テヌブルのランプが心地よい枩かみのある黄色に蚭定されおいるずしたす。 ノヌドをこれらの状態に手動で蚭定した埌、構成アプリケヌションを䜿甚しおこれらの状態をシヌンずしお保存し、埌でシヌンに関連する察応するメッセヌゞを送信するか、スケゞュヌルされた時間に自動的に呌び出すこずで、芁求に応じおこのシヌンを呌び出すこずができたす



初期化



前述のように、初期化プロビゞョニングは、デバむスがメッシュネットワヌクに接続しおノヌドになるプロセスです。 このプロセスにはいく぀かの段階があり、さたざたなセキュリティキヌの䜜成に぀ながり、それ自䜓が安党なプロセスです。 初期化は、タブレットなどのデバむス䞊のアプリケヌションを䜿甚しお実行されたす。 初期化プロセスの制埡に䜿甚されるデバむスは、「 プロビゞョナヌ 」ず呌ばれたす。 準備プロセスは、以䞋で説明する5぀のステップで構成されたす。



  1. 「 私は灯台です 」ビヌコン。 Bluetoothネットワヌクのさたざたな機胜をサポヌトするために、新しいタむプのGAPプロファむル反転GAP AD、特にMesh BeaconタむプADが远加されたした。 準備されおいないデバむスは、反転型のパッケヌゞでこのタむプを䜿甚しお、オン゚アでの可甚性を瀺したす。 デバむスがそのようなデヌタの送信を開始するには、ナヌザヌは、たずえばボタンの組み合わせを抌すか、䞀定時間ボタンを保持するこずにより、デバむスを匷制的にこのモヌドにする必芁がありたす。



  2. 招埅状 この時点で、初期化プロセスの制埡に䜿甚されるデバむスが招埅を送信したす。 Mayakデバむスは、招埅に応じお、自身に関する情報を送信したす。



  3. 公開鍵の亀換 。 䞡方のデバむスは、盎接たたはOOB垯域倖方匏を䜿甚しお公開鍵を亀換したす。



  4. 認蚌 この段階では、䜕らかの圢でネットワヌクに入るこずになっおいるデバむスは、ナヌザヌに乱数を衚瀺したす。 ナヌザヌはこの番号を制埡デバむスに入力し、その埌、2぀のデバむス間で暗号化されたデヌタの特定の亀換が行われたす。 この亀換の結果は、2぀のデバむスの盞互認蚌です。



  5. 提䟛されるデヌタの分垃 。 認蚌が完了するず、NetKeyセキュリティキヌの生成など、初期化プロセスを完了するために必芁なデヌタのその埌の亀換を保護するために䜿甚されるセッションキヌが䜜成されたす。 初期化が完了するず、準備されたデバむスが所有者になりたす

    • ネットワヌクキヌ「NetKey」。
    • 「IVむンデックス」ず呌ばれるネットワヌクセキュリティ蚭定。
    • ナニキャストアドレス、専甚制埡デバむス。




その埌、デバむスはノヌドになりたす。



特城



ネットワヌク内のすべおのノヌドは、指定されたネットワヌク䞊でメッセヌゞを送受信できたすが、ノヌドにはいく぀かの远加機胜がありたす。 ノヌドはこれらの远加機胜の䞀郚たたはすべおをサポヌトしおいないか、サポヌトしおいない可胜性があり、サポヌトされおいる機胜はいずれかの時点で有効たたは無効になる堎合がありたす。

これらの機胜をリストしたす。





次の図は、このネットワヌクのプロキシノヌドを介したメッシュノヌドずの盞互䜜甚を瀺しおいたす。



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システムアヌキテクチャ、ネットワヌクセキュリティ、および動䜜䞭の動䜜の説明に぀いおは、最埌の郚分で怜蚎したす。



ご枅聎ありがずうございたした。



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