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基本的な考え方と用語

Mesh ネットワーク

mesh ネットワーク」という用語は、無線ネットワークのトポロジーの一種であり、各ネットワークノードは、範囲内にある他のノードにデータを中継することで、ネットワーク全体のデータ分配に参加します。mesh Bluetooth mesh ネットワーキングでは、マネージドフラッディングと呼ばれる特殊で高度に最適化されたフラッディングを使用しています。

ルーティング

Mesh ルーティング技術を使用するネットワークは、特定のノードを経由して、選択されたパスに沿ってデータを送信し、目的地に到達します。ルータと呼ばれる専用のデバイスは、データが辿るべき経路を決定する役割を担っています。このようにルーターに依存すると、単一の障害点が発生し、堅牢性や信頼性に欠けるネットワークになる可能性があります。

浸水

Mesh フラッディング技術を使用するネットワークでは、直接射程内のすべてのノードが受信するようにデータをブロードキャストします。次に、それらは、受信したデータを、範囲内の別のセットのノードによって受信されるように再度ブロードキャストすることによって、受信したデータを中継する。データがアドレスされたノードのみが、そのデータに基づいて行動する。

フラッディングとは、メッセージが複数の経路を通って目的地に到達することを意味します。ルータに依存する必要がないため、ネットワークに単一の障害点が存在するリスクが大幅に少なくなります。このため、フラッディングを使用するmesh ネットワークは信頼性が高くなります。

管理された洪水

Bluetooth mesh ネットワーキングは、フラッディングアプローチの強みを活用し、信頼性と効率性の両方を兼ね備えた運用を最適化します。Bluetooth mesh ネットワーキングの設計の多くの特徴は、管理されたフラッディングの効率化に貢献しています。

ハートビート - ハートビートメッセージは、ノードによって定期的に送信されます。ハートビートメッセージは、ハートビートを送信するノードがまだアクティブであることをネットワーク内の他のノードに示します。さらに、ハートビートメッセージにはデータが含まれており、受信ノードが送信者からどれくらい離れているかを、送信者に到達するのに必要なホップ数で判断することができます。この知識は、TTLフィールドを使用して利用することができます。

TTL- TTLは、Bluetooth mesh のすべてのPDUが含むフィールドです。これは、メッセージが中継される最大ホップ数を制御します。TTLを設定することで、必要以上にメッセージが中継されないようにすることで、ノードは中継を制御し、エネルギーを節約することができます。ハートビートメッセージにより、ノードは、公開された各メッセージに対して最適なTTL値が何であるべきかを決定することができます。

メッセージキャッシュ- ネットワークメッセージキャッシュは、すべてのノードで実装されなければなりません。キャッシュには最近見たすべてのメッセージが含まれており、ノードが以前に見て処理したことを示すメッセージがキャッシュ内にあることが判明した場合、そのメッセージは直ちに破棄されます。

友情-Bluetooth mesh ネットワークにおいておそらく最も重要な最適化メカニズムは、フレンドノードと低電力ノードの組み合わせによって提供されます。フレンドノードは、関連する低電力ノードにメッセージを「保存して転送」するサービスを提供します。これにより、低電力ノードはエネルギー効率の良い方法で動作し、関連するフレンドにストアにあるメッセージの配信を依頼した後、無線機のスイッチを「受信モード」でのみオンにすることができます。残りの時間は、データを送信する必要がある場合にのみ、低電力ノードの無線機のスイッチがオンになります。

サブネット - サブネットとは、Bluetooth mesh ネットワークを分割するための仕組みです。これは主にセキュリティを目的としていますが、サブネットを使って送信されたメッセージがそのサブネットを越えて中継されないという利点もあります。これはエネルギーを節約します。


装置

デバイスとは、プロビジョニングされることでネットワークノードおよびメンバー になることが可能なBluetooth デバイスのことです。


ノードとは、プロビジョニングされたBluetooth デバイスのことで、ネットワークのメンバー です。ノードは複数の異なるネットワークに属することがあります。


ネットワーク

mesh ネットワークは、共通のネットワークキーを共有するノードの集合です。


サブネット

ネットワークは、1 つまたは複数のサブネットを含むことができる。サブネットは、例えばホテルの個々の部屋のように、異なるエリアを安全に分離できるようにすることを目的としています。ノードは、サブネットのネットワークキーを所有することにより、サブネットのメンバー となります。ノードは、1つまたは複数のサブネットのネットキーを所有することで、1つまたは複数のサブネットに属することができます。


要素

一般的な要素

要素は、デバイス内のアドレス指定可能な実体である。つまり、それはデバイスの一部であり、エレメントの状態を表す独立した状態値を少なくとも1つ持っていることを意味します。すべてのノードは、少なくとも1つのエレメントを持たなければなりません。ノードによっては、複数のエレメントを持つものもあります。複数のスイッチを含む複合ライトスイッチは、例えば、複数の要素を持つノードであるかもしれません。

主な要素

構成サーバモデルを含むノード内の要素は、プライマリ要素として知られています。


住所

Bluetooth mesh は、個々の要素または要素のセットを識別するために、様々なアドレスタイプのシステムを使用しています。

ユニキャストアドレス

ユニキャストアドレスは、ノードの単一の特定の要素を識別します。プロビジョナーはユニキャストアドレスの割り当てを管理し、ネットワーク内で重複したアドレスが割り当てられないようにします。

グループアドレス

グループアドレスは、1つ以上のエレメントを表すマルチキャストアドレスです。グループアドレスはBluetooth SIG によって定義され、SIG 固定グループアドレスとして知られているか、または動的に割り当てられます。最大256個のSIG 固定グループアドレスが許可されていますが、このうち、執筆時点では4個しか定義されていません。これらは、All-proxies、All-friends、All-relays、All-node と名付けられています。

mesh ネットワークには、最大 16383 個のグループアドレスが存在する可能性があります。

仮想アドレス

仮想アドレスは、1つまたは複数のノードにまたがる1つまたは複数の要素に割り当てられるアドレスです。これは128ビットのUUID値の形をしており、任意のエレメントを関連付けることができ、ラベルによく似ています。

mesh ネットワークには、最大70兆個の仮想アドレスがあるかもしれません。

割り当てられていないアドレス

これは特別なアドレスタイプであり、値は0x0000である。これを使用すると、エレメントがまだ設定されていないか、あるいはユニキャストアドレスが割り当てられていないことを示します。

発行アドレス

メッセージの発行先として使用されるアドレスを「発行アドレス」と呼びます。発行アドレスには、ユニキャストアドレス、事前に設定されたグループアドレス、またはバーチャルアドレスを使用することができます。


宛先(DST)

メッセージを送信するアドレスです。


ソース

メッセージを送信するアドレスです。


ティーティーエル

TTLはTime To Liveの略で、mesh ネットワークPDUのフィールドです。その目的は、受信したメッセージを中継すべきかどうかを制御し、ネットワーク内でメッセージが最終的に中継されるホップ数を制限することです。値がゼロの場合、メッセージは中継されておらず、中継されるべきではないことを示します。これは、ノードが、直接の無線範囲内にある他のノード(Neighbors)にメッセージを送信し、受信ノードがメッセージを中継すべきでないことを示すことができることを意味する。メッセージが2以上のTTLで送信された場合、メッセージが中継されるたびにTTL値がデクリメントされる。値が1の場合、メッセージは少なくとも一度は中継されているかもしれないが、再び中継されるべきではないことを意味します。


隣人

直接の無線範囲内にある(つまりシングルホップで離れている)ノードは「ネイバー」と呼ばれます。


特徴

機能は、ノードの最も基本的な機能のいくつかを定義します。すべてのノードはmesh メッセージを送受信する機能を持っています。ノードまた、オプションで1つ以上の追加機能をサポートすることができ、そのうち、現在定義されているのは以下の機能です。機能は、特定のデバイス上で有効または無効になる可能性があることに注意してください。

リレー特集

より大きなネットワークを可能にするために、広告ベアラを介してmesh メッセージを受信して再送する機能。Relay機能をサポートし、Relay機能を有効にしたノードはRelayノードとして知られています。

プロキシ機能

GATTと広告ベアラの間でmesh メッセージを受信して再送する機能。プロキシ機能をサポートし、プロキシ機能を有効にしたノードプロキシノードと呼びます。

低消費電力の特徴

フレンド機能をサポートしているノードと連携して動作する場合、mesh ネットワーク内で受信機のデューティーサイクルを大幅に削減して動作する能力。低電力機能をサポートし、低電力機能を有効にしたノードは、低電力ノード(LPN)として知られています。

友達の特徴

低消費電力ノードがフレンドノードをポーリングしたときにのみメッセージを配信することで、低消費電力機能をサポートしているノードが効率的に動作するのを助ける機能です。フレンド機能をサポートし、フレンド機能を有効にしているノードは、フレンドノードとして知られています。フレンドと低消費電力ノードの間の関係は、フレンドシップとして知られています。


モデル

モデルは、ステート、ステート遷移ステートバインディング、メッセージ、その他の関連する動作のセットを定義します。ノード内の要素は1つ以上のモデルをサポートしていなければならず、要素が持つ機能を定義するのはモデルまたはモデルです。Bluetooth SIG によって定義されているモデルが多数あり、それらの多くは意図的に「一般的な」モデルとして位置づけられており、幅広いデバイスタイプの中で潜在的な有用性を持っています。

Bluetooth mesh ネットワーク内のすべての通信は、モデル仕様の一部として定義されたメッセージを使用して行われます。

モデルには「サーバー」と「クライアント」の2種類があります。

モデルは他のモデルを拡張することができます。他のモデルを拡張しないモデルを「ルートモデル」と呼びます。ビヘイビアを追加したり削除したりしてモデルを変更することは許可されていません。新しい要件に対する正しい対応は、既存のモデルを拡張することです。

モデルの概念を理解するには、例を考えてみるのが一番です。

最もシンプルな汎用モデルは、Generic OnOff サーバモデルです。これは、Generic OnOff と呼ばれる単一の状態を定義しており、値は 0x00 が Off、0x01 が On を表します。このモデルでは、4種類のメッセージを定義しています。4 つのメッセージは以下の通りです。

  1. 汎用 OnOff 取得
  2. 汎用 OnOff セット
  3. Generic OnOff Set Unacknowledged
  4. 汎用 OnOff ステータス

Generic OnOffGet メッセージは、Generic OnOff サーバモデルをサポートする要素 受信した場合、Generic OnOff状態の現在の値を報告する Generic OnOff 状態メッセージを返します。

Generic OnOff サーバモデルをサポートするElementが受信した場合、Generic OnOffセット メッセージは、Generic OnOff状態 値を変更します。Generic OnOff Setは、エレメントからの応答を要求することを意味するAcknowledged Messageとして知られている。Generic OnOff Set の場合、期待される応答は、Generic OnOff ステータスメッセージです。

Generic OnOff Set Unacknowledged メッセージは、要素がステータスメッセージで応答する必要がないことを除いて、Generic OnOff Setメッセージと同じセマンティクスを持ちます。

汎用 OnOff ステータス メッセージは、その OnOff 状態を報告するために要素から送信されることがあります。これは、それを受信した要素からの応答を必要としないという意味で、知られていないメッセージです。

Bluetooth SIG によって定義されたモデルはSIG モデルと呼ばれています。ベンダーは独自のモデルを定義することもでき、これをベンダーモデルと呼びます。


構成モデル

mesh ネットワーク・デバイスを構成する方法は数多くあり、これは構成サーバ・モデルで定義されたステートで表されます。例えば、「Secure Network Beacon」ステートは、ノードが「Secure Network Beacon」としてブロードキャストしているかどうかを示し、「Friend」ステートは「FriendFeature」のサポートの有無を示し、「AppKey List」は、このノードが関連付けられているアプリケーションの「Application Key」のリストを含みます。構成サーバモデルでは、構成クライアントモデルを介してそのようなステート値を構成することができます。


構成データ

コンポジション データは、構成サーバー モデルに属するステート値で、すべてのプライマリ要素に常に存在します。ノード、それが含む要素、およびそれがサポートするモデルと機能に関する情報が含まれています。1ページ以上の情報で構成される複合状態です。


アプリケーション

Mesh アプリケーションは、mesh ネットワークを使用し、1 つ以上のクライアント、サーバ、および/またはコントローラモデルの組み合わせを使用して、ユーザーレベルの機能を提供します。例えば、mesh 照明アプリケーションは、単純な照明を制御するための Generic OnOff サーバモデルと Generic OnOff クライアントモデルに加えて、調光可能な照明を制御するための Generic Level サーバモデルと Generic Level クライアントモデルを含むかもしれません。


状態

状態は、要素のある側面の状態を、関連する動作とともに表します。例えば、一次要素のみを含む単純な電球ノードは、Generic OnOffStateを含むGeneric OnOffモデルをサポートしているかもしれません。この状態は、電球が現在 OFF であることを示す 0x00 と、ON であることを示す 0x01 の値を定義します。

ステートは多次元であってもよい。例えば、Ligh HSL状態は、色相、明度、および彩度の状態値を1つの状態に結合する。


特徴

Bluetooth 特性は、Bluetooth mesh とBluetooth Low Energy GATT の両方に関連しています。特性は、型、データ形式(例:uint8)、特性のインスタンスの値を表す単位(例:摂氏)、そして時には型に対して有効な値の範囲や列挙を定義します。

特性は、関連するコンテキストを持たず、定義された動作を持たない。


プロパティ

プロパティは、特性の具体的なインスタンスを解釈するためのコンテキストを提供します。

例えば、Temperature 8Characteristicは、温度測定を表す型で、uint8のフォーマットを持ち、0.5度の摂氏を使用します。この特性にはいくつかのプロパティが定義されており、様々な文脈で解釈できるようになっています。Present Indoor Ambient Temperatureプロパティは、Temperature 8特性が屋内で撮影された測定であると解釈すべきであることを示し、一方、Present Outdoor Ambient Temperatureプロパティは屋外で撮影された測定に関連しており、Present Ambient Temperatureプロパティは場所のタイプについては特定されておらず、これは他の、場所のプロパティから導き出されることになります。

特性値は、スカラー値と非スカラー値のいずれかとみなされる。いずれの場合も、プロパティの生の値は、特定のルールに従って解釈されなければなりません。非スカラ値は、単に定義の中の関連する特性のFormatフィールドに従って解釈されます。スカラー値は、特性の各フィールドに方程式を適用して解釈され、特性の各フィールドに対して個別に定義された一連のパラメータを含む。使用される方程式は以下の通りです。

R = C * M * 10d* 2b

どこで。

  • R = 表現値
  • C = 生の値
  • M=乗数
  • d = 10進数
  • b = 2進数指数

mesh 操作に関与するステートは mesh メッセージのオペコードから推測されますが、プロパティは、Generic User Property Get メッセージのようなプロパティ関連のメッセージでは、プロパティ ID によって明示的に参照されます。


状態遷移

ある状態から別の状態への変化は、状態遷移と呼ばれます。様々なことが状態遷移を引き起こす可能性があります。エレメントに到着して処理される"set message"は、おそらく状態遷移を引き起こすでしょう。実装は、例えばローカルタイマーによってトリガーされるアクションのような非同期アクションの結果として状態遷移をトリガーすることがあります。ユーザがボタンを押すなど、デバイスとの物理的なインタラクションも状態遷移を引き起こす可能性があります。

状態遷移は瞬時に行われることもあれば、完了するまでに時間がかかることもあります。ある状態値から別のターゲット状態値に遷移するまでの時間を遷移時間と呼びます。

メッセージによっては、状態遷移が開始されるまでに経過しなければならない時間を示す遷移遅延を指定することができます。


ステートバインディング

モデルは、ある状態と別の状態の間の関係を定義することができ、それによって、最初の状態への変更が他の状態の定義された変更を生じさせます。これら 2 つのステート間の関係と、一方のステートが他方のステートでトリガーされる可能性のある変更の定義は、ステートバインディングと呼ばれます。ステートバインディングは、同じモデル内のステート間に存在する場合もあれば、異なるモデル間に存在する場合もあります。1 つのステートは、複数の他のステートにバインドされることがあります。


時間の状態

時間状態は、現在のTAI時間TAI-UTCデルタ、ローカルタイムゾーンオフセットで現在の時間を表します。これは、シーンの実行において重要な役割を果たします。


タイムオーソリティ

Time Authorityは、TimeState内のビットフィールドである。1に設定されている場合、これはエレメントが信頼できる時間源へのアクセスを持っていることを示します。信頼できる時間ソースは、GPSやNTPなどの外部ソースであってもよいし、エレメントやその親ノードに不可欠な実時間クロックであってもよい。


Mesh 時間権限

ノードはmesh を横断して時間を伝播する上で様々な役割を果たすことができ、ノードが果たす特定の役割は Time RoleState で示される。Mesh Time Authorityの役割を果たすノードは、Time Statusメッセージを公開しますが、受信したTime Statusメッセージは処理しません。


Mesh 時間 クライアント

ノードはmesh を横断して時間を伝播する際に様々な役割を果たすことができ、ノードが果たす特定の役割は Time RoleState で示される。Mesh Time Clientの役割を果たすノードは、受信したTime Statusメッセージを処理しますが、それを公開しません。


Mesh タイムリレー

ノードはmesh を横断して時間を伝播する上で様々な役割を果たすことができ、ノードが果たす特定の役割は Time RoleState で示される。Mesh Time Relayの役割を果たすノードは、Time Statusメッセージの発行と受信したTime Statusメッセージの処理の両方を行う。


タイ

国際原子時(International Atomic Time)、Bluetooth mesh 時間が基準となっている時間基準。


タイユーティーシーデルタ

TAI時間UTC時間の間の秒数


協定世界時

時計を規制するための一般的な基準である協定世界時。


メッセージ

mesh ネットワーク内のノード間の通信は、メッセージを送信することで達成されます。メッセージはモデルに関連付けられ、ステート上で動作します。メッセージの中には応答を必要とするものがあり、これを「確認済みメッセージ」と呼びます。その他のものは応答を必要とせず、未認識メッセージと呼ばれます。一般的なメッセージ・タイプには、特定の要素における特定のステートの現在の値を要求するもの、特定の要素における特定のステートの値の変更を要求するもの、ステートの現在の値を報告するものなどがあります。


アクセスメッセージ

アクセスメッセージとは、モデルからアクセス層に送信される、またはモデルアクセス層から受信するmesh メッセージの一種である。アクセスメッセージは、状態の報告または設定に関係しています。


制御メッセージ

コントロールメッセージは、mesh ネットワークの操作に関係するmesh メッセージの一種です。例としては、ハートビートメッセージフレンドリクエストメッセージなどがあります。コントロールメッセージはmesh プロトコルスタックの上位トランスポート層と下位トランスポート層で処理されます。


肯定されたメッセージ

確認済みメッセージはmesh アクセスメッセージのクラスで、常に応答しなければなりません。レスポンスは通常、ステータスメッセージです。確認済みメッセージに対する応答が受信されない場合、送信者はメッセージを再送するかキャンセルしなければなりません。重要なことは、受信側エレメントで不用意に複数の状態遷移を引き起こす可能性を避けるために、再送が必要な場合には、確認済みメッセージに関連した操作は、idempotentでなければならないということである。


不知火

未認識メッセージとは、mesh アクセス・メッセージのクラスで、応答を必要としないものです。ステータスメッセージは未認識メッセージの一例です。


Mesh ビーコン

Mesh ビーコンは、ノードや未プロビジョニングのデバイスによって定期的にアドバタイズされるパケットです。mesh ビーコンのペイロードは、Mesh ビーコン AD タイプと呼ばれるBluetooth GAP AD タイプ内に含まれています。一般的なADタイプの詳細については、Bluetooth Core Specification Supplementを参照してください。

現在、mesh ビーコンには、「Unprovisioned Device Beacon」と「Secure Network Beacon」の2種類が定義されています。

未プロビジョニングのデバイスビーコンにより、プロビジョナーはデバイスを検出し、プロビジョニング手順を開始することができます。

セキュアネットワークビーコンは、ノードが属する特定のサブネットに関して、ノードのセキュリティステータスを示すために使用されます。メンバー 、IVアップデートキーリフレッシュのセキュリティ手順に関して。


ステータスメッセージ

ステータス・メッセージはmesh メッセージのクラスで、与えられたステートの現在の値を伝えるために使用されます。これは、Acknowledgedメッセージへの応答として送信されることもあれば、ローカルにトリガされた状態変化への応答として送信されることもありますし、時限的に送信されることもあります。


アイデンポタンス

一度または複数回実行されたときに同じ結果を生成する操作、idempotentと呼ばれます。Mesh


出版/購読

mesh ネットワーク上で送受信されるメッセージは、通信のパブリッシュ・サブスクライブ・モデルに準拠しています。

1つのノードから1つ以上の他のノードのセットにメッセージを送信することをパブリッシングといいます。特定のメッセージを受信するようにノードを設定することをサブスクライブといいます。

ノードは、未承諾のメッセージを公開したり、他のメッセージに返信してメッセージを公開したりすることができます。

未承諾のメッセージは、ユニキャストアドレスグループアドレス、または仮想アドレスに公開することができます。メッセージが公開されるアドレスは「発行アドレス」として知られています。返信メッセージは常に、返信が送信されたメッセージの送信元アドレスに公開されます。

ノードがサブスクライブしたパブリッシュ アドレスのリストは、構成サーバー モデルの一部であるサブスクリプション リストに格納されます。サブスクリプション・リストのアドレスは、受信したメッセージを選択したり、フィルタリングしたりするために使用されます。


サーバー

mesh ネットワークでは、サーバである要素は、サーバモデルを実装し、状態遷移の対象となり得る状態の一つ以上の項目を持つ。状態遷移はクライアントから受信したメッセージによって引き起こされることがあります。


クライアント

mesh ネットワークでは、クライアントはクライアントモデルを実装し、サーバにメッセージを送信する要素です。サーバとは異なり、クライアントはステートを持ちません。


制御モデル

要素によって実装されたコントロールモデルは、他の互換性のあるサーバと通信する能力を持つクライアントと、他の互換性のあるクライアントと通信する能力を持つサーバの両方として動作する能力を与えます。コントロールモデルは、コントロールモデルと他のクライアントとサーバーモデルの間の相互作用を調整するためのルールを指定するコントロールロジックを含むことができます。


担ぎ手

ベアラとは、他のシステムやプロトコルスタックに代わってエンドポイント間でデータを転送するために使用される通信システムやプロトコルスタックのことです。ベアラは通常、その上にある別のスタックの下に座ってサービスを提供しているように描写されています。例として、初期のモバイルインターネット技術であるワイヤレスアプリケーションプロトコルは、SMSやGPRSなど、いくつかの異なるベアラの中から選択して使用することができます。Bluetooth mesh は、広告ベアラGATTベアラの2つのベアラのいずれかで使用することができます。


広告主

Bluetooth mesh スタックで利用可能なベアラの一つ。このベアラはBluetooth GAP 広告とスキャンを利用して、メッセージを受信し、他のノードから/他のノードへのメッセージをブロードキャストします。


GATTベアラー

Bluetooth mesh スタックで利用可能なベアラの一つ。このベアラを使用すると、Advertising ベアラをサポートしていないデバイスが、プロキシプロトコルとして知られるプロトコルを使用して、Advertising ベアラをサポートしているmesh ネットワークのノードと間接的に通信することができます。Advertising ベアラを使用するノードと GATT ベアラを使用するノードの間でmesh メッセージを中継できるノードは、プロキシノードとして知られています。

プロキシプロトコルPDUは、GATTベアラクライアントがプロキシノードのGATT特性(Mesh Proxy Data In特性と呼ばれる)に書き込むことで送信される。PDU は GATT ベアラクライアントが GATTMesh Proxy Data Out 特性に関連する通知メッセージとして受信する。


Mesh プロビジョニングサービス

Mesh プロビジョニングサービスは、プロキシノードが実装するGATTサービスであり、プロビジョニングに関連するプロキシプロトコルPDUをサポートしています。


Mesh プロキシサービス

Mesh プロキシサービスは、プロキシノードが実装するGATTサービスで、プロビジョニングとは関係のないプロキシプロトコルPDUをサポートしています。


プロキシクライアント

Mesh プロキシサービスは、すべてのGATTサービスに共通して、クライアントの役割とサーバの役割を定義しています。Mesh プロキシサービスを実装したノードに接続して相互作用するBluetooth デバイスは、他のデバイスとの相互作用に関してはプロキシクライアントと呼ばれ、この文脈ではプロキシサーバと呼ばれています。


プロキシサーバ

Mesh プロキシサービスは、すべての GATT サービスに共通してクライアントの役割とサーバの役割を定義している。Bluetooth mesh プロキシノードは、Mesh プロキシサービスを実装する プロキシノードは、接続された GATT クライアントとの相互作用に関してはプロキシサーバと呼ばれ、この文脈ではプロキシクライアントと呼ばれます。


プロキシ設定メッセージ

プロキシクライアントは、プロキシサーバが適用するフィルタを設定することで、どのネットワークトラ フィックを受信するかを正確に制御することができます。プロキシ設定メッセージはプロキシクライアントプロキシサーバの間で交換され、プロキシフィルタの設定を可能にします。


プロキシフィルタ

プロキシクライアントは、プロキシサーバが適用するフィルタを設定することで、受信するネットワークトラ フィックを制御することができます。このフィルタはプロキシフィルタと呼ばれます。フィルタには accept リストと reject リストがあり、それぞれに宛先アドレスのリストを指定します。リスト内のアドレスは、サポートされているアドレスタイプ(ユニキャスト、グループ、 バーチャルアドレス)の任意の組み合わせにすることができます。受け入れリストのフィルタに含まれていない宛先アドレスを持つメッセージは、 プロキシサーバのプロキシフィルタによって落とされる。同様に、リジェクトリストフィルタに含まれている宛先を持つメッセージは削除される。プロキシ設定メッセージは、プロキシクライアントとプロキシサーバの間で交換され、プロキシフィルタの設定を可能にします。.


ノードのアイデンティティ

ノードID」は、Bluetooth mesh プロキシノードがブロードキャストする広告パケット内の「サービスデータ」 フィールドに含まれるフィールドの名前である。この値は、プロキシノードのユニキャストアドレスと、有効化されているサブネットの1つ のネットワークIDなどのネットワーク識別子の組み合わせから得られる。


ハートビート

ノードは、ハートビートメッセージとして知られるメッセージを定期的に送信するように構成できます。ハートビートメッセージの目的は、ハートビートメッセージを送信しているノードがまだアクティブであることを他のノードに示し、ハートビートメッセージを配信するのに必要なホップ数の点で、受信者からの距離を決定できるようにすることです。

ハートビートの動作は、構成サーバモデルを使用して構成されます。特に、ハートビートメッセージを送信する必要があるアドレス(通常はグループアドレス)、ハートビートメッセージを送信する頻度、ハートビートメッセージを無期限に送信するか、限定された指定された回数だけ送信するかを設定することができます。

ハートビートメッセージには、ハートビート発信元で設定された初期TTLが含まれ、変更されずに保持されます。これにより、受信者はメッセージが到着するまでに何ホップかかったかを知ることができ、TTLを必要以上に高くしない値に設定することで、その後にハートビート発信元ノードにアドレスを送るメッセージを最適化できます。

ノードは、特定のノード機能が有効または無効になったときに、ハートビートメッセージを送信するように構成することができます。


ちゃんねるさんへのコス友申請

フレンドリクエストは、低消費電力ノードフレンドの発見を開始するために送信する制御メッセージの一種です。


その他のデータ

MDはMore Dataの頭文字をとったもので、Access Layer PDUの中にあるシングルビットフィールドの名前で、メッセージを送信したフレンドが送信すべきメッセージがあと1つ以上あることを低電力ノード(LPN)に示すためのものです。


シーン

シーンは、与えられたメッセージの受信によって、または指定された時間にリコールされ、現在の状態にすることができる状態の保存されたコレクションです。シーンは、mesh ネットワーク内で一意である 16 ビットのシーン番号によって識別されます。

シーンは、部屋のような環境全体を、mesh ノード、照明、暖房システム、空調システムなどの各ノードが、事前に定義された補完的な状態に切り替わるように、単一の調整されたアクションで簡単に実現します。


シーンレジスタ

Scene Register は、最初の配列メンバー のインデックス位置が 0 で、現在アクティブな Scene の Scene Number、または Scene がアクティブでない場合は値 0x0000 を含む、17 の記憶されたScene Numberの配列です。他の配列メンバーは、記憶されている Scene の Scene Number、または Scene Register 配列のメンバー に記憶されている Scene がない場合は値 0x0000 を含みます。


セキュリティキー

Bluetooth mesh 仕様では、ネットワークキー(NetKeys)とアプリケーションキー(AppKeys)に加えて、デバイスキー(DevKeys)として知られる特別なタイプのAppKeyの2つの主要なセキュリティキーを定義しています。

ネットワークキー(NetKey

ネットキーはネットワーク層での通信を確保し、ネットワーク内のすべてのノード、または特定のサブネット内のすべてのノードで共有されます。与えられた NetKey の保有は、与えられたmesh ネットワークまたはサブネットのメンバーシップ を定義するものです。

アプリケーションキー(AppKey

AppKeyはアクセスレイヤーでの通信を確保し、特定のmesh アプリケーションに参加するすべてのノードで共有される。プロビジョナーは、AppKeyを生成して配布する責任を負う。

デバイスキー(DevKey

ノードは一意の DevKey を持っています。DevKeyは、そのノードとProvisioner間の通信を確保するために使用されます。


ネットワークID

ネットワークIDは、ネットワークキーから派生した一意の公開識別子です。その目的は、認証や暗号化操作で使用するネットワークキーを高速かつ効率的に検索できるようにすることです。


キーインデックス

NetKeys と AppKeys は長すぎて、シングルセグメントメッセージで転送することができません。そのため、メッセージングを可能な限り効率的に行うために、キーにはキーインデックスと呼ばれるグローバルに一意な12ビットのインデックス値が割り当てられ、キーの短い識別子として機能します。メッセージにはキーインデックス値が含まれており、設定クライアントが保持するキーリストを参照することができます。


キーバインド

アプリケーション・キーは、単一のネットワーク内でのみ使用できる。そのため、アプリケーション・キーとネットワーク・キーの間には関連性があります。この関連付けは、キー・バインディングとして知られている。


IV インデックス

IV (初期化ベクトル) インデックスは、ネットワーク内のすべてのノードで共有される 32 ビットの値である。その目的は、メッセージNonce値の計算にエントロピー(ランダム性)を与えることである。IV更新手順によって更新されます。


ノンエース

ノンスとは、一度しか使用できない番号である。通信セキュリティでは、古い通信のコピーは検出されなければ再利用できないため、ノンセはリプレイ攻撃に対する防御手段として使用されます。Bluetooth mesh ネットワークでは、メッセージが暗号化されるたびに、新しい nonce 値が与えられます。nonce には、シーケンス番号やIV インデックスと呼ばれる値など、さまざまな部分があります。IV インデックスは必要に応じて変更され、Nonce 値が回り込んで繰り返されることがないようにしています。IV更新手順を参照してください。


IVの更新

ノンス値は一意でなければなりません。したがって、ノンス内のシーケンス番号は、回り込みを許してはなりません。IVインデックスはこの目的を果たします。ノードが、最大96時間以内にそのシーケンス番号の値を使い切る危険性があると判断した場合、または他のノードがこのような状況にあると判断した場合はいつでも、IV更新手順を開始し、これにより新しいIVインデックス値が選択され、その後の通信に使用されるようになります。IV更新手順の実行中は、古いIVインデックス値と新しいIVインデックス値の両方が受け入れられます。


キーリフレッシュ

mesh ネットワークのネットワーク鍵やアプリケーション鍵のうち、1 つ以上の鍵のセキュリティが危殆化している、あるいは危殆化する危険性があると判断された場合、鍵更新手順を用いて代替鍵を生成し、配布する。鍵が危殆化する典型的な例としては、ネットワークからノードが削除された場合が挙げられます。例えば、mesh のライトが故障して廃棄された場合、そのライトに含まれる鍵が理論的には採取され、「ゴミ箱攻撃」と呼ばれる攻撃に利用される可能性がある。ゴミ箱攻撃のリスクに対処するために、ノード削除手順が定義されています。ノードの削除には、鍵リフレッシュ手順のトリガーが含まれる。


ネットワークメッセージキャッシュ

すべてのノードは、最近見たすべてのメッセージを格納するキャッシュを実装しなければならない。ネットワーク層で処理されたメッセージがネットワークメッセージキャッシュにあることが判明した場合、そのメッセージは直ちに破棄されます。これは、ノードとmesh ネットワーク全体のパフォーマンスとエネルギー利用を最適化するのに役立ちます。


プロビジョニング

"プロビジョニング」とは、デバイスがmesh ネットワークに追加されるプロセスです。プロビジョニングされた後、デバイスはノードと呼ばれます。

プロビジョニングには5つのステップがあります。

ステップ1.ビーコン

プロビジョニング中でない未プロビジョニングデバイスは、未プロビジョニングデバイスビーコンとして広告を出すことでプロビジョニング可能であることを示しています。

ステップ2.招待状

このステップでは、Provisionerは利用可能なベアラを使用して、Provisioning Invite PDUの形式でプロビジョニング対象のデバイスに招待状を送信する。Beaconingデバイスは、Provisioning Capabilities PDUの中の自分自身に関する情報で応答する。

ステップ 3.公開鍵の交換

プロビジョナーとプロビジョニングされるデバイスは、直接、またはアウトオブバンド(OB)方式を使用して、公開鍵を交換する。

ステップ4.認証

認証ステップの間、プロビジョニングされるデバイスは、その能力に適したアクションを使用して、ランダムな1桁または複数桁の数字を何らかの形でユーザに出力する。例えば、LED を何回か点滅させることができます。ユーザは、新しいデバイスが出力した数字をプロビジョナに入力し、2つのデバイス間で乱数を含む暗号化された交換が行われ、2つのデバイスのそれぞれの他方に対する認証が完了する。

ステップ5.プロビジョニングデータの配布

認証が正常に完了すると、セッションキーが生成され、NetKeyを含むプロビジョニングプロセスを完了するために必要なデータのその後の配布を確保するために使用されます。


プロビジョナー

プロビジョナーは、ネットワークに別のデバイスを追加することができるデバイスです。そのため、NetKeysを生成して配布する責任があります。プロビジョナは、通常、スマートフォンやタブレットのアプリケーションであることが予想されます。ただし、他の実装も可能です。


ネットワークインタフェース

mesh ネットワークレイヤーは、さまざまなベアラとの間でメッセージの送受信をサポートしています。ノードによっては、広告ベアラとGATTベアラの両方をサポートするなど、複数のベアラタイプをサポートするものもある。ネットワーク層は、例えば、複数のGATTクライアント接続をサポートするために、与えられたベアラタイプの複数のインスタンスを持つことができます。ベアラのインスタンスは、ネットワークインタフェースを介してネットワーク層に接続される。

特別なネットワークインタフェースであるローカルインタフェースが定義されており、同じノード内の要素間でメッセージを送信することができます。


入力フィルタ

ネットワーク・インタフェースのインスタンスは、特定のベアラを介して受信したメッセージをネットワーク・レイヤに配信するかどうかを決定する入力フィルタを持っています。


アウトプットフィルター

ネットワークインタフェースのインスタンスには、ネットワークレイヤから受信したメッセージをベアラに渡すかどうか、またはその代わりにドロップするかどうかを決定する出力フィルタが関連付けられています。


システムアーキテクチャ

Mesh スタック

モデル層

モデルレイヤは、モデルの実装に関連しており、1つ以上のモデル仕様で定義されているビヘイビア、メッセージステートステートバインディングなどの実装を行います。


ファンデーションモデル層

ファウンデーションモデルレイヤーは、mesh ネットワークの構成と管理に関係するモデルの実装を担当します。


アクセス層

Bluetooth mesh プロトコルスタックのアクセス層は、アプリケーションが上位トランスポート層をどのように利用できるかを定義する責任があります。これには、アプリケーションデータのフォーマットの定義、上位トランスポート層で実行される暗号化と復号化プロセスの定義と制御、上位トランスポート層から受信したデータが正しいネットワークとアプリケーションのものであるかどうかの確認、データをスタックに転送する前の確認などが含まれます。


上位トランスポート層

Bluetooth mesh プロトコルスタックの上位トランスポート層は、アクセス層との間を行き来するアプリケーションデータの 暗号化、復号化、認証を担当します。また、異なるピアノード上の上位トランスポート層間で内部的に生成され、送信されるトランスポート制御メッセージにも責任を持ちます。これには、フレンドシップハートビーツに関連したメッセージが含まれます。


下位トランスポート層

下位トランスポート層は、上位トランスポート層からPDUを受け取り、ピアデバイス上の下位トランスポート層に送信する。必要に応じて、PDUのセグメンテーションと再組み立てを行います。1つのトランスポートPDUに収まりきらないような長いパケットについては、下位トランスポート層はセグメンテーションを行い、PDUを複数のトランスポートPDUに分割します。受信側の下位トランスポート層は、セグメントを1つの上位トランスポート層のPDUに再組み立てし、これをスタックの上に渡します。


ネットワーク層

ネットワーク層は、様々なメッセージ アドレスタイプと、トランスポート層のPDUがベアラ層によって伝送されることを可能にするネットワークメッセージフォーマットを定義する。ネットワークレイヤは、複数のベアラをサポートし、それぞれが複数のネットワークインタフェースを持つことができ、ローカルインタフェースは、同じノードの一部であるエレメント間の通信に使用される。ネットワーク層は、どのネットワークインタフェースを経由してメッセージを出力するかを決定する。入力フィルタは、ベアラ層から到着したメッセージに適用され、ネットワーク層に送出されてさらに処理されるべきかどうかを決定する。出力メッセージは、出力フィルタの対象となり、ドロップするか、ベアラ層に届くかを制御する。

リレー機能とプロキシ機能は、ネットワーク層で実装してもよい。


ベアラ層

ベアラレイヤは、基礎となるBluetooth Low Energy スタックを使用してノード間で PDU をどのように転送するかを定義します。現在、Advertising BearerGATT Bearerの2つのベアラが定義されています。


限界

32767mesh ネットワーク内の要素

127 ホップはせいぜいmesh のメッセージでできる。

16383mesh ネットワーク内のグループアドレス

mesh ネットワークに70兆個の仮想アドレス

340 unidecillionmesh ネットワーク

4096mesh ネットワークでのアプリケーション

4096mesh ネットワーク内のサブネット

65535mesh ネットワークのシーン

48週間以上ネットワークから離れているノードは、再ビジョニングされなければなりません。

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