Concevoir avec Bluetooth Mesh :communications de nœuds

Le premier volet de cette série d'articles a fourni un aperçu de Bluetooth Mesh et des types de nœuds et de fonctionnalités de base pris en charge par celui-ci. Cet article couvre la façon dont la communication se produit au sein du réseau Bluetooth Mesh et divers concepts qu'il est important de comprendre lors de la conception d'une application avec Bluetooth Mesh.

Communication d'un nœud à un autre

Bluetooth Mesh utilise une inondation gérée opération pour transférer des messages d'un nœud à un autre. Le flux géré est une implémentation multi-chemins qui inclut juste assez de redondance pour garantir qu'un message atteint sa destination.

Dans une implémentation d'inondation de base, chaque nœud relaie aveuglément chaque message qu'il reçoit. L'opération d'inondation gérée par Bluetooth Mesh empêche les appareils Mesh de relayer les messages reçus précédemment en ajoutant tous les messages à une liste mise en cache. Lorsqu'un message est reçu, il est comparé à la liste et ignoré s'il est déjà présent. De plus, chaque message comprend une valeur de durée de vie (TTL) qui limite le nombre de fois qu'un message peut être relayé sur le réseau. Chaque fois qu'un message est reçu puis relayé (jusqu'à un maximum de 126 fois) par n'importe quel appareil, la valeur TTL est décrémentée de 1.

Le maillage Bluetooth implémente une communication basée sur la publication et l'abonnement approche pour s'assurer que différents types de produits peuvent coexister dans un réseau sans être dérangés par des messages provenant d'appareils qu'ils n'ont pas besoin d'écouter. Un nœud d'éditeur envoie des messages uniquement aux nœuds qui se sont abonnés à l'éditeur et agira sur ces messages. Un exemple de cette opération est l'utilisation dans différentes pièces de votre maison. Chaque pièce pourrait s'abonner aux messages des interrupteurs d'éclairage spécifiques à cette pièce. De plus, les messages peuvent être monodiffusion, multidiffusion et/ou diffusion, ce qui signifie qu'un message peut atteindre un, quelques-uns ou tous les nœuds du réseau.

La figure 1 montre un exemple de mise en œuvre de communication basée sur la publication et l'abonnement Bluetooth Mesh à l'aide des kits d'évaluation CYBT-213043-MESH. Le kit CYBT-213043-MESH utilise le module CYBT-213043-02 pour mettre en œuvre la communication Bluetooth Mesh. En combinaison avec le bouton utilisateur intégré et la LED RVB, les cartes d'évaluation imitent respectivement le Bluetooth Mesh Switch et Bluetooth Mesh Bulb.

Figure 1. Exemple de publication et d'abonnement Bluetooth Mesh pour l'éclairage connecté. (Source :Cypress)

Comme le montre la figure, le premier commutateur à partir de la gauche publie les messages vers le groupe Salle à manger. Les première et deuxième ampoules en partant de la droite ont souscrit uniquement au groupe Salle à manger. Cependant, la troisième ampoule s'est abonnée aux messages des groupes Salle à manger et Cuisine. Ainsi, lorsque Switch 1 publie les messages, les trois premières ampoules (Salle à manger et Cuisine) peuvent être contrôlées. Cependant, lorsque Switch 2 publie les messages, seule la troisième ampoule (Kitchen) peut être contrôlée.

Architecture des nœuds de maillage

Maintenant, comme nous avons déjà discuté de la façon dont les messages sont communiqués entre les nœuds, examinons l'architecture des nœuds Bluetooth Mesh au niveau fonctionnel et voyons ce qui rend les appareils Bluetooth Mesh interopérables.

Éléments définir la fonctionnalité d'un nœud. Chaque nœud a au moins un élément appelé « élément principal ». Par exemple, une ampoule a généralement un élément. Cet élément expose les fonctionnalités d'activation/désactivation et de contrôle de la luminosité du nœud. Un autre exemple est une ampoule à intensité variable avec un détecteur de présence intégré. Ce nœud aura deux éléments. Le premier élément est utilisé pour la fonction d'éclairage et le second pour la fonction de capteur. L'élément principal, dans ce cas, serait la fonction d'éclairage.

Chaque élément au sein d'un nœud a une adresse unique, connue sous le nom d'adresse de monodiffusion. Cela permet à chaque élément d'être adressé indépendamment des autres éléments au sein du même nœud. La figure 2 montre des exemples des deux types de nœuds - le premier avec un seul élément et l'autre avec deux éléments. La figure 2 montre également des concepts supplémentaires qui sont discutés dans les sections suivantes et comment ils sont liés les uns aux autres dans la mise en œuvre de Bluetooth Mesh.

Figure 2. Nœuds avec un et deux éléments. (Source :Cypress)

Chaque nœud Bluetooth Mesh utilise un ou plusieurs Modèles de maillage qui définissent la fonctionnalité d'un nœud donné. Les modèles sont analogues aux services des appareils Bluetooth classiques. Il existe trois types de modèles de maillage :les modèles client, les modèles de serveur et les modèles de contrôle (qui implémentent à la fois un client et un serveur dans un seul modèle).

Un modèle de serveur peut avoir un ou plusieurs états couvrant un ou plusieurs éléments. Le modèle de serveur expose l'état des éléments du périphérique qui peuvent être lus ou contrôlés par un nœud client. Par exemple, une ampoule Bluetooth Mesh utilise un modèle de serveur. Dans cette application, un serveur On/Off ou Light Lightness Server peut être utilisé. Un modèle de serveur On/Off exposera l'état actuel de l'ampoule et changera l'état en fonction de l'entrée du client pour basculer l'état de l'ampoule entre On et Off. Si un Light Lightness Server est utilisé, il permettra à un Client de lire l'état actuel de l'ampoule, de contrôler sa luminosité et de l'allumer ou l'éteindre. Une autre application du modèle de serveur serait un nœud de capteur qui permet uniquement au client de lire l'état du capteur mais ne permet pas de modifier son état.

Un modèle client permet à d'autres nœuds d'envoyer des messages pour demander et/ou modifier l'état d'un nœud de serveur. L'exemple le plus courant d'application avec un modèle client est un commutateur maillé Bluetooth. Un commutateur maillé Bluetooth peut utiliser le modèle client On/Off. Il peut soit demander l'état actuel d'un périphérique serveur, soit envoyer un message pour changer l'état en On ou Off. Un autre exemple serait un gradateur Bluetooth Mesh qui utilise le Level Client. Au-delà des capacités d'un interrupteur, ce modèle permet de contrôler le niveau de sortie du serveur, comme le contrôle de la luminosité de l'ampoule.

Dans la plupart des applications, les modèles serveur et client doivent être utilisés avec un code de contrôle qui agit en fonction des messages reçus ou de l'entrée utilisateur. Une combinaison de modèle serveur et/ou client et d'une logique de contrôle donne un modèle de contrôle .

Les modèles Bluetooth Mesh peuvent étendre les fonctionnalités d'autres modèles. Cette capacité permet aux nœuds Mesh avec des capacités différentes d'être contrôlés par le même message.

Prenons l'exemple des applications d'éclairage. Une ampoule qui permet de contrôler la luminosité utilise généralement le modèle Light Lightness Server. Certaines ampoules peuvent utiliser le modèle de serveur de niveau générique pour contrôler la puissance de sortie et donc la luminosité. Une ampoule Bluetooth Mesh de base avec uniquement des capacités On/Off utiliserait probablement le modèle On/Off Server. Cependant, le modèle Light Lightness Server étend les fonctionnalités du modèle On/Off Server et du modèle Level Server. Cela signifie qu'un message On/Off envoyé par un client On/Off contrôlera l'état des trois types d'ampoules quel que soit le modèle utilisé.

Les conditions d'un élément sont stockées dans les États . Chaque État est une valeur d'un certain type. En plus des valeurs, les états ont des comportements qui sont associés à cet état. Ces états sont définis par le Bluetooth SIG. Par exemple, un serveur On/Off dans une ampoule On/Off ou un contrôleur d'arroseur aura un état appelé Generic OnOff qui peut avoir l'une des deux valeurs – ON et OFF. Ceci est utile pour les appareils comme les ampoules ou les contrôleurs de gicleurs. Le terme "Générique" est utilisé pour indiquer que cet état et ses comportements peuvent être utiles dans différents types d'appareils Mesh.

Vous pouvez également regarder la vidéo En savoir plus sur Bluetooth Mesh pour plus d'informations sur la communication Bluetooth Mesh et comment démarrer avec une conception Bluetooth Mesh.

Dans le prochain volet de cette série d'articles, nous explorerons les fonctionnalités de confidentialité et de sécurité de Bluetooth Mesh.