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Nordicは様々なメモリ容量と機能セットを組み合わせたBluetooth Mesh対応SoCを提供しています。これにより、設計要件に応じて最適なSoCを選択できます。Nordic製品は、スマートホーム、産業オートメーション、IoT等、幅広いアプリケーションに使用できます。

Bluetooth Mesh

ネットワークにおける同時マルチキャスト(多対多)通信に基づくネットワーク技術。

主な特長

  • 全ての必須およびオプション機能を備えた、認証済みBluetooth Mesh v1.0.1スタック
  • 全てのBluetooth Mesh v1.0.1モデルをサポート
  • アドバタイジング ベアラとGATTベアラを介したネットワーキング
  • 標準GATT/GAP接続とBluetooth Meshの同時接続
  • セキュアなバックエンドOTAファームウェア アップグレードのサポート

ソフトウェア

Bluetooth® Mesh は、Bluetooth Low Energy の能力を拡張する最先端のメッシュ ネットワーキング技術です。数千ものノードを持つネットワークにおいてもパワフルな同時マルチキャスト(多対多)通信を可能にします。照明、センサ ネットワーキング、予測保守、資産追跡、位置情報といったアプリケーションに大きな機能向上が期待できます。

Bluetooth Mesh はマネージド フラッディング メッシュです。これは、大規模なネットワークでメッセージを配信するための、シンプルで信頼性の高いアプローチです。ソースからデスティネーションまで複数の経路を持つことで信頼性を確保し、単一障害点はありません。Bluetooth Mesh では、ネットワーク層とアプリケーション層で別々に暗号化を行うため、ネットワーク管理者はマルチレベルのアクセス制御を組み込むことができます。

セキュリティ

Bluetooth Mesh はセキュリティを最優先に設計されており、既知のあらゆる攻撃から保護する産業グレードのセキュリティを提供します。デバイス ネットワーク全体とさまざまなデバイスグループをカバーする包括的なセキュリティは必須です。セキュリティとネットワーク デバイスのプライバシーをさらに強化する追加機能が用意されています。さらに、Bluetooth® Mesh のセキュリティ アーキテクチャは全て一般公開されています。Bluetooth Mesh 技術では、ネットワーク層とアプリケーション層で別々の暗号化を用います。

Bluetooth Mesh プロトコル 1.1 と新機能

Bluetooth Mesh プロトコル仕様 v1.1 の最新リリースおよび関連仕様は、コアユースケース、新機能、機能拡張のさらなる規格化により、業界の要求に応えました。最新の改善点を備えた Bluetooth Mesh は、Mesh Device Firmware Upgrade(Mesh DFU)、リモート プロビジョニング、Binary Large Object(BLOB)転送の規格を定義しています。これらの機能は、システムのインストールと保守に関連した複雑さとコストを削減することを目的としています。Bluetooth Mesh プロトコル v1.1 には、さらにいくつかの新機能、機能拡張、セキュリティの改善も追加されています。

Bluetooth NLC

Bluetooth Networked Lighting Control (NLC)は、照明器具、センサー、制御デバイスのインターフェイスを規格化する Bluetooth Mesh プロファイルのセットです。NLC は無線層、プロトコル層、デバイス層の規格化をカバーする無線照明制御用のフルスタック規格です。Bluetooth NLC は、マルチベンダーの相互運用性と無線照明制御の大規模ネットワークを可能にします。NLC プロファイルは、以下のデバイスタイプの規格を定義しています: 環境光センサー、基本的な明度コントローラー、基本的なシーンセレクター、調光制御、電力量モニター、人感センサー

nRF Connect SDK は、サンプルにより全ての NLC プロファイルをサポートしています。詳細は「開発ソフトウェア」タブを参照してください。

トポロジと役割

Bluetooth Mesh は、メッセージのベアラまたはトランスポートとして Bluetooth Low Energy を使用します。Bluetooth Mesh のメッセージは、Bluetooth LE アドバタイズメントまたは GATT パケットにカプセル化され、アドバタイジング ベアラまたは GATT ベアラ(接続)と呼ばれます。通常のノードはアドバタイズメント ベアラを使用しますが、スマートフォンがネットワークに接続するときは、通常 GATT ベアラを使用します。スマートフォンは 1 つのノードに接続し、そのノードはメッセージをネットワークに中継します。

下図は Bluetooth Mesh のノードの役割を示しています:

  • N: ノードは最も基本的な役割です。アドバタイジング ベアラのみを使用し、受信機は常に ON です。メッセージの再送信はしません。
  • RN:リレーノードはアドバタイジング ベアラのみを使用し、メッセージを再送信しない時、受信機は常に ON です。ネットワークのレンジを拡張し、複数リレーノード間でメッセージをホップできるようにします。
  • P: プロキシノードはリレーノードと同じ機能を持っていますが、GATT ベアラを使用して、例えばスマートフォンに接続することもできます。Bluetooth Mesh スタックと Bluetooth LE スタックを実行します。
  • FN: フレンドノードはリレーノードと同じ機能を持っていますが、1 つまたは複数のローパワーノードとフレンドシップを確立できます。フレンドシップを確立したローパワー ノードのメッセージを格納します。
  • LPN: ローパワーノードはアドバタイジング ベアラを使用し、受信機はほとんど OFF になっています。一定間隔で復帰し、フレンドノードにメッセージをポーリングします。ネットワークにメッセージを送信する場合はいつでも復帰できます。
  • GATT 接続は、GATT 接続を介してプロキシノードに接続するノードを表します。

Bluetooth Mesh

Bluetooth Mesh について詳しく知りたい場合、「Bluetooth Mesh の概念」セクションと「Mesh Profile」仕様を読むことをお勧めします。

完全なソリューション

Bluetooth Mesh は Bluetooth LE の上に構築されているため、Bluetooth Mesh 製品を開発するのであれば、Bluetooth Low Energy (SoC)のナンバーワン サプライヤーの製品を評価すべきです。

Nordic は、Bluetooth Mesh をサポートする SoC を幅広く提供しています。SoC のメモリサイズと機能セットは各種取り揃えており、製品要件に最適なものを選択することができます。SoC だけでなく、開発ハードウェア、ソフトウェア、ツール類も提供しているため、製品設計が容易になるだけでなく、市場投入までの期間も短縮できます。Nordic は、照明およびセンサーネットワーク用の幅広いアプリケーションモデルとサンプルに加え、全ての必須機能とオプションの機能をサポートした認証済み Bluetooth Mesh スタックを提供します。ぜひ製品設計の基礎としてください。また、iOS および Android 向けの無料のソースコードとしてモバイルアプリ nRF Mesh を提供しています。これは、お客様独自のアプリの出発点として最適です。このアプリを使うと、評価およびテスト段階で Mesh ノードをプロビジョニング、設定、制御できます。

弊社では、Nordic SoC を使用して Bluetooth Mesh 製品を開発するお客様に手厚い技術サポートを提供しています。製品開発プロセス全体を通してお客様をサポートします。

以下で、Nordic Bluetooth Mesh ソリューションをご覧ください。

先進の Bluetooth Mesh SoC

7 つの nRF52 シリーズの SoC のうち、4 つが Bluetooth Mesh に対応しています。その 4 つともパワフルで高効率の 64 MHz Arm Cortex-M4 CPU を備えています。フラッシュメモリは 256 KB ~ 1024 KB、RAM は 32 KB ~ 256 KB です。nRF52 シリーズは、よりシンプルで低コストのオプションと先進のオプションを両方提供しますが、両方とも超低消費電力です。nRF52 シリーズは製品ポートフォリオの基盤とするには理想的なプラットフォームです。ハードウェアおよびソフトウェア アーキテクチャが似ているためソフトウェアの移植性に優れており、ソフトウェアの再利用性の向上、開発期間の短縮、開発コストの低減につながります。

nRF5340 SoCは Nordic の Bluetooth Low Energy フラッグシップです。Arm® Cortex®-M33 プロセッサを 2 個実装した世界初の無線 SoC です。2 個の柔軟なプロセッサ、最高 105℃ の動作温度、先進のセキュリティ機能を兼ね備えており、業務用照明、センサーネットワーク、資産追跡等の Bluetooth Mesh アプリケーションに最適です。nRF5340 はオールインワン SoC であり、最上級の nRF52 シリーズの機能のスーパーセットを実装しています。Bluetooth 5.4 対応、高速 SPI、QSPI、USB、消費電流を最小限に抑えながら、より高い性能、より大容量のメモリ、より高い集積度等の特長を実現しています。また、trusted execution(信頼可能な実行)、root-of-trust(信頼の基点)、secure key storage(セキュアな鍵の保管)といったセキュリティ機能も備えています。

nRF52 および nRF53 シリーズは全てフラッシュベースの SoC です。フラッシュメモリを採用していることで、製品の柔軟性とアップグレード性が得られます。OTA DFU (over-the-air device firmware upgrade)を利用して工場またはフィールドで再プログラム可能です。これにより、いつでもどこでも製品のアップデートと機能の追加が可能となります。

Bluetooth Mesh

Bluetooth Mesh SoC の比較

  nRF5340 nRF52840 nRF52833 nRF52832 nRF52820
CPU 128 MHz Arm Cortex-M33 + 64 MHz Arm Cortex-M33 64 MHz Arm Cortex-M4 with FPU 64 MHz Arm Cortex-M4 with FPU 64 MHz Arm Cortex-M4 with FPU 64 MHz Arm Cortex-M4
Flash 1 MB + 256 KB 1 MB 512 KB 512/256 KB 256 KB
RAM 512 KB + 64 KB 256 KB 128 KB 64/32 KB 32 KB
Arm TrustZone Yes Yes      
Arm CryptoCell 312 310      
Root-of-Trust Yes Yes      
Secure key storage Yes        
High-Speed SPI Yes Yes Yes    
TWI/SPI/UART 4xTWI/SPI/UART +TWI/SPI/UART 2xTWI/SPI, SPI, 2xUART 2xTWI/SPI, SPI, 2xUART 2xTWI/SPI, SPI, 2xUART 2xTWI/SPI, UART
QSPI Yes Yes      
USB Yes Yes Yes   Yes
PWM, PDM, I2S Yes Yes Yes Yes  
ADC, Comparator Yes Yes Yes Yes COMP
Operating temperature -40 to 105 °C -40 to 85 °C -40 to 105 °C -40 to 85 °C -40 to 105 °C
Supply voltage range 1.7 to 5.5 V 1.7 to 5.5 V 1.7 to 5.5 V 1.7 to 3.6 V 1.7 to 5.5 V
Packages 7x7 mm aQFN94 (48 GPIOs) 4.4x4.0 mm WLCSP95 (48 GPIOs) 7x7 mm aQFN73 (48 GPIOs) 3.5x3.6 mm WLCSP94 (48 GPIOs) 7x7 mm aQFN73 (42 GPIOs) 5x5 mm QFN40 (18 GPIOs) 3.2x3.2 mm WLCSP (42 GPIOs) 6x6 mm QFN48 (32 GPIOs) 3.0x3.2 mm WLCSP50 (32 GPIOs) 5x5 mm QFN40 (18 GPIOs)

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