Bluetooth Mesh

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。

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についてその他知りたい場合、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 SoCの比較