Bluetooth Meshノード通信：堅牢なメッシュネットワークの設計

信頼性の高いBluetooth Meshネットワークを構築するには、ノードがどのようにデータを交換するかを理解することから始まります。この記事では、コア通信メカニズム、ノードアーキテクチャ、多様なデバイス間の相互運用性を可能にするモデルを探ります。

マネージドフラッド——メッシュメッセージングのバックボーン

Bluetooth Meshはマネージドフラッド戦略でメッセージを配信します。すべてのノードがすべてのパケットを繰り返す単純なフラッドとは異なり、マネージドフラッドはキャッシュされたメッセージリストとTime-to-Live（TTL）フィールドを使用して重複を防ぎ、ホップ数を制限します。各ノードは着信パケットをキャッシュと照合し、重複は破棄されます。各メッセージに設定されるTTLは、リレーごとに1ずつデクリメントされ、最大126ホップでキャップされるため、効率的で予測可能な配信が保証されます。

Publish-Subscribe通信

ネットワークをスケーラブルに保ち、デバイスが無関係なトラフィックを処理しないようにするため、Bluetooth MeshはPublish-and-Subscribeモデルを採用しています。パブリッシャーは関心を表明したグループのみにメッセージを送信し、サブスクライバーは自グループ宛てのメッセージのみを受信します。このモデルはユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャストをサポートし、部屋ベースの照明などのシナリオで細かな制御を可能にします。

図1は、Cypress CYBT-213043-MESH評価キットを使用した実装例を示します。スイッチがパブリッシャーとして、電球がDiningグループとKitchenグループのサブスクライバーとして動作します。スイッチ1がDiningグループにパブリッシュすると最初の3つの電球が反応し、スイッチ2がKitchenグループにパブリッシュすると3番目の電球のみを制御します。

図1. 接続照明向けBluetooth Mesh Publish/Subscribe例（出典：Cypress）

ノードアーキテクチャ——Elements、アドレス、Models

各Meshノードは1つ以上のElements（機能的構成ブロック）を含み、デバイス機能を公開します。すべてのElementは一意のユニキャストアドレスを受け取り、独立した制御を可能にします。典型的な電球はオン/オフと明るさのための単一Elementを持ちます。占有センサー付き調光電球なら、照明とセンシングの2つのElementを持ちます。

図2は、1つと2つのElementを持つノードを示し、アドレス空間とElementsとModelsの関係を強調しています。

図2. 1つと2つのElementsを持つノード（出典：Cypress）

Models——Meshの言語

機能はModelsによって定義され、Bluetoothサービスに類似しています。Modelsは3つのカテゴリに分類されます：

• Server Models：Clientsによって読み取りまたは変更可能な状態を公開（例：On/Off Server、Light Lightness Server）
• Client Models：Serversへリクエストやコマンドを送信（例：スイッチで使用されるOn/Off Client）
• Control Models：ClientとServerのロジックをアプリケーションコードと組み合わせ、メッセージに基づいて動作

Server Modelsは、1つ以上のElementsにわたる複数の状態を管理できます。例えば、調光電球はOn/Off ServerとLight Lightness Serverの両方をホストできます。Client Modelsにより、スイッチやディマーのようなデバイスがそれらの状態を照会または変更できます。

Modelsは相互に拡張可能です。Light Lightness ServerはOn/OffとGeneric Level Serversを拡張し、単一のOn/Offコマンドが、基盤となるモデルに関係なくあらゆる電球タイプに影響を与えられるようにします。

States——各Elementの背後にあるデータ

各ElementはBluetooth SIGで定義されるStatesを保持します。Statesは値（例：ON/OFF）と振る舞いを保持します。例えば、スプリンクラーコントローラーのOn/Off ServerはGeneric OnOff状態を公開し、その状態を理解するあらゆるClientが操作できます。

次のステップ——プライバシーとセキュリティ

次回の記事では、Bluetooth Meshの堅牢なプライバシーとセキュリティメカニズムを掘り下げます。これらは、ネットワークを盗聴と不正制御から守るために不可欠です。

より深い洞察を得るには、Learning More about Bluetooth Meshビデオをご覧いただき、独自のMesh対応アプリケーションの設計を開始してください。