Conception avec Bluetooth Mesh :configuration requise pour l'appareil

Dans les articles précédents de cette série, nous avons discuté de ce qu'est Bluetooth Mesh (partie 1), de son fonctionnement (partie 2) et de ce qui le rend privé et sécurisé (partie 3). Toutes les fonctionnalités puissantes offertes par Bluetooth Mesh en font un réseau sécurisé à faible consommation qui offre également une grande interopérabilité.

Cela dit, ces fonctionnalités rendent également la mise en œuvre de Bluetooth Mesh un peu complexe. Si un concepteur de système devait gérer toutes ces complexités, il faudrait des centaines d'années-homme d'efforts pour déployer un produit. Au-delà de cela, les applications IoT sont très larges. Cela signifie que chaque application nécessite un ensemble légèrement différent de périphériques et de puissance de traitement du processeur. Par exemple, si vous concevez des produits pour la maison intelligente, certains sont alimentés par batterie tandis que d'autres sont alimentés par le mur, certains sont à forte intensité analogique tandis que d'autres nécessitent une puissance de traitement étendue avec de nombreux périphériques numériques.

Le développement de micrologiciels est souvent le plus gros investissement pour tout projet de développement de systèmes. Même si les systèmes sont différents, certains des efforts du micrologiciel peuvent être réutilisés dans toutes les conceptions si la famille de silicium utilisée reste inchangée. Ainsi, il est important de choisir un appareil/une plate-forme pour votre premier produit après une vérification préalable afin de maximiser la réutilisation de l'IP et de tirer parti du micrologiciel existant. Dans cet article, nous aborderons certains des points à prendre en compte lors de la sélection d'un appareil pour votre prochaine application Bluetooth Mesh.

À un niveau élevé, trois éléments clés sont nécessaires pour tout développement et déploiement d'applications Bluetooth Mesh. Ces pièces sont :

• Matériel
• Logiciel/Firmware
• Application mobile

Matériel

Lors de la sélection d'une plate-forme pour vos produits Bluetooth Mesh, la première et la plus importante étape consiste à étudier les capacités de l'appareil. Il est important de considérer le long terme lors du choix de l'appareil. Prenons un exemple pour comprendre pourquoi. La figure 1 montre un exemple de système de maison intelligente.

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Figure 1 :Un exemple de système de maison intelligente utilisant le Bluetooth Mesh. (Source :Cypress)

Comme vous le voyez ici, il existe divers appareils dans ce réseau, notamment des ampoules, un ventilateur, un thermostat et un contrôleur de stores. Une maison intelligente réelle peut utiliser une plus grande variété de produits Bluetooth Mesh tels que des interrupteurs, des gradateurs, des capteurs de présence, des contrôleurs de gicleurs, etc. Si vous concevez des produits pour la maison intelligente, vous devrez peut-être concevoir des produits répondant à toutes ces applications. Ainsi, même si vous travaillez sur une application de commutateur intelligent, il est important de définir également d'autres produits.

Chacune de ces applications a des exigences de conception différentes. Il en va de même pour d'autres segments tels que l'automatisation des bâtiments. Idéalement, vos conceptions peuvent être basées sur une plate-forme qui répond à la majorité de ces exigences d'application. De plus, vous devriez avoir la possibilité de mettre à niveau ou de rétrograder les options en fonction de l'application sans nécessiter une refonte complète du micrologiciel.

Examinons certaines des fonctionnalités/spécifications du silicium qui doivent être prises en compte avant de choisir un appareil pour le développement de votre application Bluetooth Mesh.

Puissance de transmission et sensibilité de réception – L'une des caractéristiques importantes de tout appareil sans fil est sa puissance de transmission et sa sensibilité de réception. La puissance de transmission et la sensibilité de réception définissent le bilan de liaison de l'appareil et la distance à laquelle un appareil peut communiquer avec d'autres nœuds du réseau. Bien que Bluetooth Mesh soit destiné à étendre la portée du réseau, la puissance de transmission et la sensibilité de réception limitent la distance entre les nœuds individuels du réseau.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, tous les produits ne sont pas identiques et les exigences varient en fonction de l'application. Avoir une puissance de transmission plus élevée consomme également plus de courant. Vous devrez peut-être limiter la puissance de transmission pour les applications alimentées par batterie afin de réduire la consommation d'énergie et d'augmenter la durée de vie de la batterie. Les applications telles que les capteurs de température et d'humidité, les commutateurs intelligents, etc. sont généralement alimentées par batterie. Il peut être avantageux d'utiliser une puissance d'émission plus faible dans ces cas. D'un autre côté, les applications alimentées par le mur peuvent prendre en charge une puissance de transmission plus élevée pour étendre la portée du réseau. Ainsi, pour les applications alimentées par le mur, il est important de choisir un appareil pouvant prendre en charge jusqu'à 10 dBm de puissance de transmission.

Un appareil compatible Mesh doit être capable de prendre en charge une puissance de transmission inférieure pour les applications alimentées par batterie et une puissance de transmission supérieure pour les applications alimentées par le mur. C'est une bonne idée de choisir une famille d'appareils qui offre différentes options d'alimentation de transmission dans une empreinte similaire et avec des ressources similaires. Cela vous permet de modifier uniquement la nomenclature sans avoir à apporter de modifications à la mise en page, simplifiant ainsi la conception de nouveaux produits et accélérant le délai de mise sur le marché.

Une puissance de transmission plus élevée est généralement prise en charge à l'aide d'un amplificateur de puissance intégré (IPA). Une IPA, cependant, a un coût supplémentaire. Pour réduire le coût de la nomenclature, le développeur peut passer à un appareil à faible coût avec une puissance de transmission inférieure dans la même empreinte pour les applications alimentées par batterie, si une telle option est disponible. Par exemple, pour répondre à cette exigence, Cypress fournit le CYW20819 qui prend en charge une puissance de transmission jusqu'à +4 dBm et un autre appareil CYW20820 qui prend en charge une puissance de transmission jusqu'à 10 dBm dans un boîtier compatible avec les broches avec le même ensemble de fonctionnalités.

Consommation électrique – La consommation d'énergie doit être étudiée avec le plus grand soin pour chaque application, qu'elle soit alimentée par le mur ou par batterie. Pour rendre les produits respectueux de l'environnement, les organismes de réglementation exercent une pression constante pour réduire la consommation d'énergie, même avec des appareils alimentés par le mur. Si votre produit ne répond pas aux exigences de consommation d'énergie spécifiées, vous ne pourrez peut-être pas vendre le produit.

Il existe divers facteurs qui doivent être examinés lors de l'examen de la consommation d'énergie d'un appareil. Le premier est la consommation d'énergie radio pendant la transmission et la réception. La plupart des nœuds Bluetooth Mesh recherchent en permanence les paquets. Ainsi, ces appareils sont en mode réception près de 100 % du temps, ce qui fait de la consommation électrique du récepteur l'un des paramètres les plus importants à prendre en compte lors du choix d'un appareil pour les applications Mesh.

La consommation d'énergie de transmission est une autre spécification importante étant donné que les appareils maillés qui agissent comme un relais doivent transmettre les messages reçus. La consommation d'énergie d'émission doit être examinée à la puissance d'émission maximale prise en charge de l'appareil. Certains appareils ont tendance à mieux fonctionner avec une puissance de transmission plus faible que lorsqu'ils sont utilisés avec une puissance de transmission plus élevée.

Les fournisseurs prennent en charge différents modes basse consommation dans leurs appareils. Il est important de comprendre ce qui est nécessaire pour votre application afin que vous puissiez estimer avec précision la consommation d'énergie moyenne en fonction du temps que l'appareil est susceptible de passer en mode actif et dans d'autres modes de faible consommation.

Puissance de traitement – C'est généralement une bonne idée de choisir un appareil avec une bonne puissance de traitement. Certaines applications telles que les ampoules LED peuvent nécessiter un traitement rapide et une modification de l'état des LED (On/Off ou couleur) en fonction des demandes des utilisateurs. Comme les appareils consomment le moins d'énergie dans leurs modes de faible consommation, l'utilisation d'un processeur plus rapide permet d'effectuer les tâches rapidement. Ainsi, l'appareil peut se mettre en veille plus longtemps, ce qui réduit la consommation électrique globale moyenne.

Mémoire – Les exigences de taille de flash et de RAM varient en fonction de l'application choisie. Il est important de trouver une famille de produits qui offre une empreinte mémoire flexible. L'implémentation Mesh devrait permettre au code d'application d'être porté entre des appareils avec une empreinte mémoire différente sans aucun effort supplémentaire. Cela vous permet de sélectionner un appareil à moindre coût pour vos applications qui nécessitent moins de mémoire. En outre, certains appareils ont une ROM pour stocker la pile Bluetooth et les pilotes de périphériques. Cela libère Flash pour l'utilisation des applications. Cela signifie que les appareils avec ROM interne et Flash sont généralement mieux adaptés aux produits Bluetooth Mesh.

Périphériques – Comme nous l'avons mentionné précédemment, différents périphériques peuvent être nécessaires pour différentes applications. Par exemple, une ampoule intelligente peut avoir besoin de trois ou quatre modulateurs de largeur d'impulsion (PWM) pour le contrôle des LED RGB/RGBW, d'un convertisseur analogique-numérique (ADC) pour la mesure de la température à l'aide d'une thermistance et d'une interface I2C pour servir de interface de contrôleur de capteur infrarouge passif (PIR). D'un autre côté, un thermostat nécessite un CAN et un bloc de gestion de l'alimentation pour prendre en charge les modes basse consommation. Lors de la sélection d'une plate-forme pour vos produits, cela permet de répertorier les besoins potentiels en périphériques pour toutes les applications et d'identifier un appareil qui leur convient le mieux.

Prise en charge étendue de la température et de la température industrielle – Certaines applications telles que l'éclairage nécessitent la prise en charge d'une température étendue (jusqu'à +105° C) étant donné la dissipation de puissance élevée entre les LED et le sous-système AC-DC. Pour cette raison, il est important de choisir une famille d'appareils qui offre le produit à la fois dans des niveaux de température industriels et étendus.

Logiciel

Le logiciel est un élément vraiment important qui doit être étudié. Par logiciel, nous entendons non seulement un IDE et des chaînes d'outils, mais également le kit de développement logiciel (SDK) sous-jacent. L'IDE doit être facile à utiliser, comme les IDE basés sur Eclipse couramment utilisés.

Le SDK nécessite une attention particulière. Bluetooth Mesh a plusieurs modèles et types de nœuds. L'utilisation d'un modèle et d'un type de nœud particuliers dépend de l'application. Pour qu'un produit soit qualifié de Bluetooth Mesh, le modèle sous-jacent et le type de nœud doivent également être qualifiés. Certains fournisseurs ne disposent pas de tous les modèles et types de nœuds Bluetooth Mesh qualifiés. Si l'application nécessite un modèle qui n'est pas qualifié, il incombe au développeur de suivre l'intégralité du processus de qualification. Cela nécessite que le développeur comprenne parfaitement la spécification Bluetooth Mesh et investisse du temps et de l'argent supplémentaires dans le processus de qualification. Il est de la responsabilité du fournisseur de silicium Mesh d'abstraire cette complexité et de fournir une solution entièrement qualifiée Bluetooth Mesh. Ainsi, avant de sélectionner un appareil pour votre application Bluetooth Mesh, consultez le site Web Bluetooth SIG pour savoir quels modèles de mesh et quels nœuds sont qualifiés pour un appareil particulier.

Une fois que vous avez identifié un périphérique qui prend en charge tous les modèles de maillage et types de nœuds, il est judicieux de découvrir quels exemples de code de référence sont disponibles. Les exemples de code lancent le développement avec une nouvelle technologie que vous n'avez jamais utilisée auparavant.

Applications mobiles

L'idée de l'IoT est de connecter des objets de manière à ce qu'ils soient facilement accessibles aux utilisateurs. Presque toutes les applications IoT nécessitent une application mobile, tout comme les applications IoT basées sur Bluetooth Mesh. Qu'il s'agisse de contrôler une ampoule ou de lire la température à partir d'une station de surveillance météorologique, les utilisateurs souhaitent accéder aux appareils et les contrôler à l'aide de leur téléphone. Pour faciliter cela, les fournisseurs de silicium doivent fournir des applications mobiles iOS et Android pour leur produit Bluetooth Mesh.

Idéalement, le code source est fourni pour ces applications afin que vous puissiez effectuer des personnalisations pour tenir compte des modifications spécifiques à votre marque et à votre produit. Si le fournisseur de silicium ne fournit pas ces applications, vous devrez développer ces applications à partir de zéro. Les coûts de développement d'applications peuvent s'élever à plus de 200 000 $ pour chaque application, sans compter l'impact sur le délai de mise sur le marché de votre produit.

Vous pouvez également regarder la vidéo En savoir plus sur Bluetooth Mesh pour apprendre à créer un réseau Bluetooth Mesh et communiquer avec lui.

Dans le prochain et dernier article de cette série, nous discuterons de l'opportunité d'utiliser un appareil au silicium ou un module pour votre application Bluetooth Mesh, et nous décrirons les facteurs qui influent sur la décision de choisir entre ces deux alternatives.