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블루투스 메시는 BLE의 진정한 혁신으로, 메시 기능을 갖춘 지그비(Zigbee) 및 스레드(Thread) 기술과 경쟁합니다. 이는 상호 연결된 노드를 통해 구현됩니다. 이러한 노드는 분산형 네트워크의 지점 역할을 하며 데이터를 공유하고 네트워크의 도달 범위와 기능을 확장합니다. 블루투스 메시 초창기에는 이 새로운 메시 기술이 얼마나 큰 규모로 도입될지에 대한 기대가 있었습니다. 2017년 BLE 메시가 출시된 직후부터 이러한 예측이 나왔습니다. 많은 사람들이 "BLE 메시 네트워크"가 몇 년 안에 현실이 될 것이라고 예측했습니다. 하지만 이러한 잠재력에도 불구하고 다른 BLE 기술에서처럼 폭발적인 성장을 경험하지는 못했습니다.
블루투스 메시 기술이란?
Bluetooth Mesh는 Bluetooth와 메시 네트워킹을 결합한 것입니다.
"멀티홉 네트워크"라고도 하는 메시 네트워크는 네트워킹 토폴로지입니다. 메시 네트워크에서는 데이터가 모든 장치에서 다른 모든 장치로 전송되어 다대다 통신을 구현할 수 있습니다. 한 장치에 장애가 발생하더라도 네트워크는 계속 작동합니다.
Bluetooth Mesh는 Bluetooth 4.0과 함께 제공되는 Bluetooth Low Energy를 사용합니다. 2017년에 공식 Bluetooth Mesh 1.0이 출시되었으며, 현재까지는 최신 버전입니다. BLE Mesh는 새로운 무선 통신 기술이 아니라 네트워킹 기술이라는 점을 분명히 해야 합니다. BLE를 활용하고 의존하며, BLE의 통신 프로토콜 스택을 사용합니다.
블루투스 메시 네트워크는 관리형 플러딩을 사용합니다. 기기는 일대일, 일대다 또는 다대다 방식으로 통신할 수 있습니다. 서로 다른 네트워크 노드 간의 통신에 BLE 프로토콜을 사용함으로써 통신 사각지대 없는 네트워크를 형성합니다. 이 모든 방식을 통해 기존 블루투스보다 더 먼 거리까지 메시지를 전송할 수 있습니다.
블루투스 메시는 어떻게 작동합니까?
기존의 일대일 연결과 달리, 블루투스 메시는 메시지가 목적지에 도달할 때까지 기기 간에 이동할 수 있는 네트워크를 생성합니다. 두 기기 노드 사이에는 하나 이상의 경로가 존재할 수 있습니다. BLE 메시는 주변의 모든 노드에 메시지를 브로드캐스팅하고, 이후 노드에서 다시 중계하는 방식으로 작동합니다. 이 과정은 메시지가 목적지에 도달할 때까지 계속됩니다.
이 "관리형 플러딩"은 일부 기기가 직접 범위를 벗어나거나 전원이 꺼져 있어도 메시지가 대상 기기에 도달하도록 보장합니다. 기기는 특정 주소로 메시지를 게시할 수 있으며, 다른 기기는 수신을 구독할 수 있습니다. 이러한 게시-구독 패턴은 효율적인 그룹 커뮤니케이션을 가능하게 합니다.
의 기본 블루투스 메쉬 네트워킹
블루투스 메시의 작동 방식을 이해한 후에는 이 기술의 핵심 기술 용어와 개념을 이해하는 것이 중요합니다. 몇 가지를 자세히 살펴보겠습니다.
- 노드: Bluetooth 장치가 Bluetooth Mesh 네트워크에 가입하면 "노드"가 됩니다. 노드는 BLE Mesh 네트워크의 참여자입니다.
- 요소: 각 노드는 하나 이상의 "요소"로 구성됩니다. 요소는 노드 내의 기능적 단위와 같습니다. 모든 노드는 최소 하나의 요소를 가지지만, 다양한 기능을 수행하는 경우 여러 요소를 가질 수 있습니다.
- 모델: 요소에는 노드의 특정 동작이나 서비스를 정의하는 "모델"이 포함됩니다. 모델은 고유 ID 번호를 가지며 노드가 수행할 수 있는 작업을 결정합니다. Bluetooth SIG에서 정의한 표준 모델은 다양한 일반적인 시나리오를 포괄합니다.
- 메시지: 노드 간에 메시지가 전송되면 일치하는 요소와 모델을 기준으로 필터링됩니다.
- 주소: 주소는 메시지의 출처와 목적지를 식별하는 데 사용됩니다.
노드 유형:
Bluetooth 메시 네트워크에는 각각 특정 역할을 맡은 여러 유형의 노드가 있습니다.
- 릴레이 노드: 메시지는 게시 노드의 직접 무선 범위 내에 있는 노드로 전송됩니다. 일부 노드는 "릴레이" 역할을 합니다. 릴레이는 여러 "홉"을 거쳐 더 멀리 전달될 수 있도록 메시지를 재전송합니다.
- 친구 노드 및 저전력 노드: LPN은 전력 제약이 매우 큽니다. 메시지 수신 시 더 높은 듀티 사이클을 유지하지 않기 위해 LPN은 Friend 노드와 협력합니다. Friend 노드는 LPN에 대한 메시지를 저장하고 LPN이 간헐적으로 폴링할 때 메시지를 전달합니다.
- 프록시 노드: 스마트폰과 같은 Bluetooth 저에너지 장치는 프록시 노드를 통해 메시 네트워크에 연결할 수 있습니다.
더 기본적인 개념을 알고 싶으면 다음을 참조하세요. 블루투스 메시 용어집.
BLE 메시 시스템 아키텍처
BLE 메시 프로토콜 아키텍처는 이미 잘 알려진 BLE 핵심 사양을 기반으로 구축된 7개 계층으로 구성됩니다. 여기에 정교한 상위 계층 기능을 추가하여 상호 연결된 기기 네트워크를 구축합니다. BLE 메시는 BLE 프로토콜 스택의 가용성에 의존합니다.
아래에서 위로, 계층은 다음과 같습니다.
- 베어러 레이어
- 네트워크 계층
- 하위 전송 계층
- 상위 전송 계층
- 액세스 계층
- 모델 레이어
- 응용 프로그램 계층
베어러 계층은 기본 BLE 프로토콜 스택을 사용하여 메시지를 송수신하는 방식을 정의합니다. PB-ADV(Advertising Bearer)와 PB-GATT(GATT Bearer)의 두 가지 방식을 지원합니다. 여러 중간 계층이 중요한 작업을 처리합니다. 여기에는 데이터 암호화 및 복호화, 네트워크 구성 관리, 메시지 분할 및 재조합 등이 포함됩니다. 이러한 계층은 메시지가 여러 장치를 거쳐야 하는 경우에도 의도한 목적지에 도달하도록 보장합니다.
모델 계층은 조명 제어나 센서 감지와 같은 표준화된 일반 사용자 시나리오를 정의합니다. 최상위에 위치한 애플리케이션 계층은 이러한 모델을 최종 사용자가 상호작용할 수 있는 유용한 애플리케이션으로 구성합니다.
BLE 메시 네트워킹의 이점과 한계
BLE 메시는 대규모, 저전력, 유연성, 보안 등 스마트 연결에 대한 요구를 충족합니다. 하지만 모든 상황에 적합한 단일 솔루션은 아니며, 다른 기술과 마찬가지로 강점과 약점을 모두 가지고 있습니다.
BLE 메시 네트워킹의 장점
- 낮은 전력 소비: BLE 메시는 다른 BLE 시스템과 마찬가지로 전력 소모가 낮습니다. 따라서 메시 네트워크는 넓은 영역을 커버하는 데 효과적이며 에너지를 절약할 수 있습니다.
- 네트워크 탄력성: 블루투스 메시 네트워크에서는 장치 노드가 큰 영향 없이 연결을 끊을 수 있습니다. 한 장치가 연결이 끊어지더라도, 초기 노드는 데이터를 계속 브로드캐스팅합니다. 수신자는 잠시 지연된 후 패킷을 수신하게 됩니다.
- 유연성 및 자체 재구성: 메시 네트워크는 스스로 재구성됩니다. 이러한 유연성은 보장된 속도와 짧은 지연 시간보다 더 중요할 때가 있습니다.
- 노드 모빌리티: BLE 메시 네트워크에서는 노드가 구조를 손상시키거나 전송 중 데이터 손실 없이 위치를 변경할 수 있습니다. 노드가 수신자의 범위를 벗어나는 경우에만 데이터가 목적지에 도달하지 못합니다.
- 호환성: BLE 메시 노드는 Bluetooth 4.x 및 5.x 기기와 모두 통신할 수 있습니다. Bluetooth 4.x 기기는 메시지를 수신할 수 있지만 네트워크의 완전한 노드가 될 수는 없습니다.
- 비콘 통합: BLE 메시는 블루투스 비콘과 긴밀하게 연동됩니다. 비콘은 실내외 위치 추적, 센서 네트워크 및 기타 애플리케이션에 사용될 수 있습니다.
제한 사항 BLE 메시 네트워킹
- 낮은 데이터 처리량: 블루투스 메시는 데이터 전송 속도가 제한적입니다. 초당 약 1메가비트 또는 그 이하로 제한됩니다. 즉, 더 빠른 데이터 전송이 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
- 높은 대기 시간: 블루투스 메시는 "관리형 플러딩"을 사용하므로 네트워크의 모든 기기에 메시지가 전송됩니다. 메시지가 모든 기기에 도달하고 응답을 받는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 노드가 많을수록 응답 시간이 더 길어질 수 있습니다.
- 전력 소비: 블루투스는 다른 기술보다 전력 소모가 적다고 여겨지지만, 메시 네트워크에서는 항상 그런 것은 아닙니다. 메시 네트워크에서는 많은 기기가 사용됩니다. 더 많은 작업을 수행하는 기기는 배터리 소모가 더 많습니다. 이는 기기가 항상 메시지를 수신하고 다른 기기로 전송해야 하기 때문입니다.
- 복잡한 네트워크 관리: 블루투스 메시 네트워크를 설정하고 관리하는 것은 복잡하며 광범위한 전문 지식이 필요합니다.
Bluetooth m에쉬 vs other t생태학
BLE 메시 외에도 Zigbee와 Thread 등 다른 인기 메시 네트워킹 기술이 있습니다. 이러한 기술은 BLE 메시 네트워킹과 많은 유사점을 공유합니다.
2014년에 출시된 Thread는 IoT를 위한 IPv6 기반 메시 네트워킹 프로토콜입니다. 네트워크당 최대 32개의 라우터와 라우터당 최대 511개의 장치를 지원하여 고밀도 메시넷에 적합합니다. IP 주소 지정 가능 솔루션인 Thread는 IPv6 기반 앱과 쉽게 통합되며 로컬 IoT 시스템에 높은 데이터 전송 속도를 제공합니다.
지그비는 1998년에 훨씬 일찍 등장하여 2003년에 표준화되었습니다. 저전력, 저대역폭 무선 네트워크입니다. 홈 오토메이션, 의료 기기, 산업용 애플리케이션 등이 널리 사용됩니다. 최대 250Kbps의 속도를 제공하며 다양한 주파수와 전력 범위를 지원합니다. 지그비는 게이트웨이가 필요한 경우가 많기 때문에 가전제품에 내장되는 경우는 드뭅니다.
Thread, Zigbee, Bluetooth Mesh의 주요 차이점은 다음과 같습니다.
- 프로토콜 기반: BLE 메시는 인터넷 프로토콜 대신 Bluetooth를 사용하는 반면, Thread와 Zigbee는 IP 기반입니다.
- 주파수 대역: BLE 메시는 2.4GHz 대역에서 작동합니다. 지그비는 지역에 따라 2.4GHz, 915MHz 또는 868MHz 대역을 사용할 수 있습니다. 스레드도 2.4GHz 대역에서 작동합니다.
- 메시징 접근 방식: BLE 메시는 관리형 플러드 메시징을 사용하는 반면, Zigbee와 Thread는 라우팅 메커니즘을 사용합니다.
- RAM 사용: Zigbee 및 Thread 장치는 라우팅 테이블을 저장하기 위해 더 많은 RAM이 필요합니다.
- 네트워크 밀도: BLE 메시는 플러딩 방식으로 인해 저밀도 메시넷에 더 적합합니다. Zigbee와 Thread는 고밀도 네트워크에 더 적합합니다.
- 최대 장치 지원: 스레드는 라우터당 최대 511개의 장치를 지원할 수 있으며, 네트워크당 최대 32개의 라우터를 지원합니다. Zigbee는 이론적으로 단일 네트워크에서 최대 65,000개의 노드를 지원할 수 있습니다. BLE 메시는 32,000개 이상의 노드를 지원할 수 있습니다.
왜 우리의 블루투스 메시 장치를 사용해야 합니까?
새로운 기술을 도입하는 것은 어려울 수 있습니다. 이 블루투스 메시 가이드가 여러분에게 도움이 되기를 바랍니다. MOKO SMART는 단순한 공급업체가 아니라 블루투스 기술의 선구자입니다. MOKO SMART의 블루투스 IoT 기기 제품군에는 블루투스 비콘, 앵커, 게이트웨이, 센서가 포함됩니다.
저희는 IoT 기기 전문 제조업체로서, 모든 블루투스 메시 관련 니즈에 맞춰 최고 품질의 안정적인 기기를 제공합니다. BLE 메시 솔루션 구축을 고려 중이시거나 BLE 메시 제품을 찾고 계시다면 언제든지 문의해 주세요.
블루투스 메시에 대한 FAQ
Bluetooth Mesh 네트워크는 몇 개의 기기를 지원할 수 있나요?
단일 Bluetooth Mesh 네트워크는 최대 32,767개의 장치를 지원할 수 있습니다.
Bluetooth Mesh 네트워크는 Mesh가 아닌 Bluetooth 장치와 상호 작용할 수 있나요?
네, 프록시 노드를 통해 Bluetooth Mesh 네트워크는 일반 Bluetooth Low Energy 장치와 상호 작용할 수 있습니다.
