Bluetooth mesh e automação residencial

Quando a especificação Bluetooth 5.0 foi lançada em 2016, forneceu taxas de dados significativamente mais altas do que os padrões anteriores e abriu o caminho para a introdução de vários recursos de rede Bluetooth Low Energy (BLE), particularmente aqueles com ênfase nos requisitos emergentes de aplicações para Internet das coisas (IoT). Apenas um ano depois, em 31 de julho de 2017, o Bluetooth mesh Device Properties 1.0 foi lançado, permitindo o provisionamento de comunicações muitos para muitos baseadas em Bluetooth. A especificação mesh permite até 32.767 (215) nós, tornando-o adequado para implantação em uma ampla variedade de aplicações de IoT e de casa inteligente, nos quais há um grande número de dispositivos individuais que precisam ser conectados.

Bluetooth Mesh para aplicações domésticas inteligentes

 

Para aplicações inteligentes de automação residencial e doméstica, a rede Bluetooth mesh abriu a oportunidade para muitos novos produtos. Um bom exemplo é o aumento de lâmpadas controladas por Bluetooth que já estão disponíveis para compra. Os consumidores podem começar com apenas algumas ou substituir todas as lâmpadas em sua casa, e o Bluetooth mesh cuidará de provisioná-las em um grupo ou grupos de luzes específicos (como corredor, sala de jantar, cozinha, quarto etc.) ) Outro atributo que permite que o Bluetooth mesh seja adotado com sucesso em aplicações de automação residencial é que o Bluetooth mesh funciona sobre o protocolo BLE. Isso permite que o Bluetooth mesh seja compatível com o Bluetooth 4.0 e garante que os consumidores possam incorporar dispositivos herdados em uma rede mesh.

Topologia em estrela para Bluetooth Mesh

 

Em vez de restringir as comunicações por meio de um único hub de rede ou topologia em estrela, a rede mesh permite que as mensagens sejam enviadas e retransmitidas por vários nós. A rede mesh também permite endereçar e controlar vários dispositivos em uma rede simultaneamente. A abordagem do Bluetooth mesh estende o alcance físico da rede além das limitações de distância do Bluetooth, aumenta a resiliência da rede por meio de redundância e oferece a capacidade de dimensionar significativamente a implantação. A malha pode continuar a ampliar o alcance operacional, superando as limitações de alcance encontradas em um dispositivo Bluetooth tradicional. Além disso, a própria natureza das mensagens retransmitidas através da malha da rede significa que não há um único ponto de falha, o que lhe proporciona uma capacidade de autocorreção.

 

Nós da malha e técnica de Flooding

 

No Bluetooth, os nós de malha são categorizados em quatro tipos distintos: Relay, low power, friend, e proxy (Figura 1):

Figura 1: Um exemplo de rede Bluetooth mesh, incluindo todos os tipos de nós: Relay, low power, friend, e proxy. (Fonte: Cypress)

 

Relay nodes: Eles precisam estar sempre ativos e, portanto, consomem mais energia. Os nós de retransmissão funcionam para receber e encaminhar pacotes de mensagens pela rede. No nosso exemplo de iluminação, os Relay nodes serão alimentados pela rede elétrica, portanto, é improvável que eles tenham preocupações com o fornecimento de energia.

Low-power nodes: esses nós geralmente são alimentados por baterias e geralmente ficam no modo de economia de energia durante a maior parte do tempo.

Friend nodes: os Low-power nodes são sempre associados a um Friend node, que armazena e encaminha mensagens de acordo com uma programação acordada. Um sensor de luz ambiente usado para controlar as luzes externas ao entardecer e ao amanhecer é um exemplo de Low-power node.

Proxy nodes:  esses nós permitem que dispositivos não compatíveis com BLE se conectem à malha através do uso da interface de perfil do Bluetooth Generic Attribute (GATT).

 

A malha opera usando uma técnica de transmissão para todos ou "Flooding" para enviar mensagens para todos os nós da rede até que a mensagem chegue ao seu destino. Uma mensagem pode direcionar um nó individual, um grupo de nós ou todos os nós. Por exemplo, um endereço de grupo pode ser usado para acender todas as luzes da sala de jantar, com cada luz recebendo o comando praticamente sem latência. Uma técnica de publicação e assinatura vincula diferentes tipos de nós em uma rede mesh. Por exemplo, o grupo de luzes na sala de jantar "assina" os comandos liga / desliga "publicados" pelos interruptores de luz localizados na sala.

Kit de avaliação Cypress EZ-BT™ Mesh (CYBT-213043-MESH)

 

Embarcar no design de um novo produto baseado em Bluetooth mesh pode ser assustador até para os engenheiros mais experientes. O Bluetooth Special Interest Group (SIG) ajuda publicando uma lista de fornecedores de módulos e SoCs que passaram no processo de qualificação do Bluetooth, mas, além disso, o engenheiro terá várias perguntas relacionadas às especificações dos componentes , pilhas de software, ferramentas de desenvolvimento e designs de referência. Nesse contexto, a Cypress se destaca como um fornecedor que tem as respostas e fornece todos os elementos críticos para permitir a conclusão de um design de Bluetooth mesh.

 

O kit de avaliação Cypress EZ-BT™ Mesh (CYBT-213043-MESH) é um excelente exemplo de uma plataforma de avaliação completa projetada para implementar e avaliar a funcionalidade Bluetooth SIG Mesh (Figura 2). O kit consiste em quatro placas de avaliação separadas, cada uma compreendendo um módulo CYBT-213043-02 baseado em Cypress CYW20819, um termistor, sensor de luz e sensor de movimento PIR. O CYW20819 é um SoC Bluetooth 5.0 de modo duplo e de potência ultra baixa, certificado para a especificação Bluetooth mesh 1.0. A plataforma de avaliação é ideal para projetos que exigem um recurso de malha Bluetooth Low Energy (BLE), como nós de sensores, iluminação e aplicativos domésticos inteligentes.

 

Figura 2: O kit de avaliação Cypress CYBT-213043-MESH permite avaliar rapidamente seus projetos Bluetooth SIG Mesh. (Fonte: Cypress)

 

A Cypress fornece uma lista abrangente de dispositivos, designs de referência e aplicativos auxiliares para a implementação de todos os tipos de nós, possibilitando acelerar a criação de protótipos, o desenvolvimento e o teste de produtos  Bluetooth mesh da maneira mais rápida e econômica possível. Os módulos e SoCs, firmware e kits de desenvolvimento totalmente certificados da Cypress removem a complexidade de trabalhar com os protocolos subjacentes da especificação da pilha de malhas, deixando a equipe de desenvolvimento concentrada em levar o produto final ao mercado no menor tempo possível. Um exemplo é a quantidade de aplicativos auxiliares Microsoft Windows, Android e Apple iOS que fornecem exemplos de código-fonte pré-criados para acelerar ainda mais o desenvolvimento de aplicativos móveis que interagem com a linha de produtos Bluetooth mesh da Cypress (Figura 3).

 

Figura 3: A Cypress está posicionada de forma exclusiva para fornecer o hardware, software e aplicativos necessários para ativar as redes Bluetooth mesh. (Fonte: Cypress)

 

Além disso, os recursos avançados de distribuição e envio no mesmo dia da Mouser Electronics significam que os produtos Cypress podem estar na bancada dos engenheiros no dia seguinte ao pedido.

 

Saiba mais

 

Deseja saber mais sobre o uso do hardware e software Cypress para desenvolver designs de malha Bluetooth? Por que não participar de nosso workshop virtual que se concentrará no uso de Bluetooth Mesh para aplicações de automação residencial usando as soluções de hardware certificadas da Cypress e na ampla variedade de ferramentas de software, pilhas e exemplos de código-fonte auxiliar.

 

Artigo escrito originalmente por Robert Huntley para Mouser Electronics: Bluetooth® mesh & Home Automation Traduzido por Equipe Embarcados.

 

 

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