主要内容

このページリリース情报です该当英语のページこのリリースで削除削除されれてい

蓝牙メッシュネットワークパケット配信の推定

この例はを使用ます：

モデルを开く

この例では、Communications Toolbox™ Library for the Bluetooth® Protocol を使用して、マルチノードの Bluetooth® メッシュ ネットワークの離散イベント シミュレーション (DES) をモデル化します。DES は、システムの動作を時間領域で順番に発生する一連の定義済み離散イベントとしてシミュレートする処理です。DES を使用すると、マイクロ秒の精度で発生するシステムのイベントをモデル化できます。さらに、DES はシミュレーション時間が短いため、大規模なシステム レベルのシミュレーションが実行可能になります。この例でシミュレートするマルチノードのメッシュ ネットワークでは、アドバタイジング ベアラーの上にある Bluetooth メッシュ スタック全体をモデル化します。この例は、DES を使用して非同期の送信を正確にモデル化することを目的としています。シミュレーション結果には、パケット配信率 (PDR)、ノードに関する統計、およびメッシュ ネットワークの視覚的表現を表示するプロットが含まれます。

蓝牙メッシュスタック

蓝牙コア仕様[1] には、Bluetooth Low Energy (BLE) または Bluetooth Smart と呼ばれる、低レート無線パーソナル エリア ネットワーク用の低エネルギー バージョンが含まれています。BLE スタックは、汎用属性プロファイル (GATT)、属性プロトコル (ATT)、セキュリティ マネージャー プロトコル (SMP)、論理リンク制御およびアダプテーション プロトコル (L2CAP)、リンク層 (LL) および物理層 (PHY) で構成されます。BLE は、ホーム オートメーション、ヘルスケア、フィットネス、およびモノのインターネット (IoT) などの用途で使用される通知アラートのような少量のデータを生成する低エネルギー デバイス用の規格に追加されました。

蓝牙メッシュ プロファイル [2]はble用のネットワーキングソリューションをするの基本的要件を定义定义定义ははははははははははははははコアコアコアの上にありありトランスポート，，およびベアラー层で构成れれれooth oothメッシュメッシュメッシュメッシュネットワーキングネットワーキングは，，，，スマートライティング，，工业オートオートオートメーションメーションメーション，，，センサーセンサーネットワーキング，，，资产资产资产资产资产追迹追迹追迹追迹エンドツーエンドを可能に。。

メッシュスタック

この図は、アドバタイジング ベアラーの上にある Bluetooth メッシュ スタックを示します。

  • ：この：この，ユーザーのの作成必要なモデル，およびおよび状态状态をを定义定义定义します。たとえば，，，ライトライトライトののの状态ををオンオンまたはまたはオフオフ変更に変更泛用/オフ设定'メッセージをしし。

  • 基盘：この层，メッシュネットワークのとににモデル，メッセージメッセージメッセージ，，およびおよび状态状态定义ししますます。このこのこの层ででは，，，，ノードノードの要素アドレスアドレス，

  • アクセス層: この層は、上位トランスポート層へのインターフェイスとアプリケーション データの形式を定義します。この層では、上位トランスポート層のアプリケーション データの暗号化と復号化の制御も行います。

  • 上位トランスポート層: 上位トランスポート層の機能には、アプリケーション データの暗号化、復号化、および認証が含まれ、アクセス メッセージの機密性を実現します。この層では、トランスポート制御メッセージ (フレンドシップとハートビート) の生成とピア上位トランスポート層へのそれらの送信も行います。

  • ：下位トランスポートトランスポートの机能には上位トランスポートメッセージのの下位下位下位トランスポート层层层メッセージへののセグメンテーションと再再构筑含ま含まれますます。。のの送信するに役立ちますまた，フレンド使用使用されるれるフレンドフレンドキューキューのの定义も行いますます。キューキューには低低

  • ネットワーク：このは下位トランスポート层メッセージ化，，および认证认证を定义。。。。'リレー'リレー'机能リレー机能机能机能が有效にてている送信しメッセージをリレーます。最近确认されたのネットワークネットワークネットワークメッセージメッセージをををを含むメッセージもも定义定义ささされれます。。。受信ししたたたたメッセージにキャッシュ含ま含ま含ま含ま含ま含ま含ま含まれれ'リレー'机能有效にてノードノードノードノード使用されます。

  • ベアラーベアラー：bletooth luetoothメッシュとととコアコアののインターフェイスです。。このこの层では，デバイスデバイスのプロビジョニングプロビジョニングによるメッシュネットワークネットワークのの作成作成作成も行い行います。ここを提供をします。デバイスプロビジョニングプロビジョニングしないにになりなりなりませんんんん。。このこのでではは，，，すべてすべてすべてののノードノードがががメッシュメッシュメッシュメッシュネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークプロビジョニング済み済み済み済み済み済み済み済みとのベアラーアドバタイジングととベアラーベアラー。例で，アドバタイジングベアラーのみをを使用。。。

bleコアスタック

この例でモデル化する BLE コア スタックの層は次のとおりです。

  • ：このアクセス：このはアドバタイジングベアラーをしててメッシュメッシュするアドバタイジングデータ（AD）をををををししますます。。。ははは'の交换使用され。。

  • リンク層:この層は,蓝牙メッシュネットワーク内のノード間でのメッセージ交換用のブロードキャスター ロールとオブザーバー ロールを定義します。ブロードキャスター ロールではノードは常にアドバタイズします。一方、オブザーバー ロールではノードは常にアドバタイザーをスキャンします。メッシュ ネットワーク内の各ノードはこれらの 2 つのロールを切り替えて、Bluetooth メッシュ ノードとして機能します。

  • ：bluetooth bluetoothメッシュメッシュネットワークノード间でメッセージ交换するためのの波形波形ののをを行いますます。。この层层ではは，，，自由自由自由パスパス损失损失范囲范囲范囲。

离散イベントシミュレーション

desは，动作时间领域における一连离散としてモデルシミュレーションシミュレーションシミュレーションのタイプタイプタイプですです。。各がが特定のの时间时间ののエポックでで発生発生発生発生しそのそのそのその后システムシステムシステムシステムシミュレーションで时间のイベントからイベントジャンプでき。このこの例例でででをををを使用する基本基本的な利点利点利点はは

  • の抑制处理を柔软に行えるため，シミュレーションでのの现象现象现象ををを高速高速高速高速化化たりたり低速化化ししたりたりたりできますます。。。。。。のののののののののののののことで冲突正确に化できます。

  • DES を使用すると、シミュレーション時間性能が改善され、大規模なシステム レベルのシミュレーションが実行可能になります。MATLAB 実装では、正確なモデル化のために、シミュレーションをマイクロ秒単位のステップで実行しなければならないことがあります。この場合、シミュレーション時間が増加するだけでなく、ネットワークのスケーラビリティにも影響します。ステップ時間の増加により、マイクロ秒の精度で発生するイベントの取得やスケジュールができなくなる可能性があります。DES を使用すると、離散時点でイベントをモデル化することでこの問題に対処できます。

サポートパッケージのの确认

％检查“蓝牙协议的通信工具箱库”是否% support package is installed or not.comm金宝appsupportpackagecheck（'BLUETOOTH');

マルチノードの Bluetooth メッシュ ネットワーク モデル

21のの，ののののメッシュメッシュをモデル化し。このこのモデルモデルはは，，，ネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークととととととににに，，物理层，，リンクリンク层层，，，およびおよびネットワーク层层层のの送信送信送信送信を出力ネットワークを可视するも出力し。モデルにはは次がが含まれ

  • 蓝牙bluetoothメッシュパケットパケットパケット（モデルモデルアクセス，トランスポート层の符号符号と化化含む含む含む含むののののの発生器とと

  • 共有チャネル障害のの范囲损失自由パス损失，干渉シミュレート

  • 共有チャネル介し送信されるパケット

  • ネットワークにおけるノードの位置を構成するノード位置割り当て器 (NPA)。NPA は線形、グリッド、およびリストの割り当て方式をサポート

  • メッシュネットワークを可视化可视化机能可视化机能

特定のシナリオを構成するには、次のいずれかを行います。

  • 前の各ノード既定の构成をするするする

蓝牙ノード

各ノードはネットワーク スタックを含むサブシステムとしてモデル化されます。Bluetooth メッシュ パケットの発生器と受信機、ネットワーク層、LL、および PHY が含まれます。

  • アプリケーション层で实体发生器（simevents）ブロックを使用してパケットを生成

  • MATLAB离散事件系统（simevents）ブロックを使用してネットワーク層、LL、および PHY をモデル化

  • 各ノードの受信パスで共有チャネルをモデル化

アプリケーション層

アプリケーション层トラフィック生成および受信ためにされます。。。つつののサブブロックににます

  • 蓝牙メッシュパケット発生器simevents实体生成器ブロックブロックブロックブロックし下位下位下位の（PDU）をを（PDU）をををををを生成生成生成ししますますますます。。。生成生成生成生成ささされるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるれるpduこのますます。。このこのがががネットワーク层渡されますますます。。このこのこのブロックブロックブロックブロックブロックをををを使用しししてててアプリケーション状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态状态元からにできる最大パケット数构成ますこのブロックは，，构成构成さされた最大パケット数数にに达する达する达するとと

  • 蓝牙メッシュパケット受信机simevents实体终结器ブロックブロックブロックブロックブロックし层から出力を受信ししますますますますます

ネットワーク层

desブロックブロックモデル化され，，，，'リレー'机能リレーリレー机能が有效有效有效ににになっているいるいる场合にに，，，アドバタイジングアドバタイジングアドバタイジングベアラーベアラー経由ででで下位下位下位pduをししこのこのはしをを复号。ますますますますののののののの复号化に成功成功すると，复号复号复号化ささ

网络层ブロックのを使用て，机，送信间隔，ネットワーク送信回数回数，再再送信间隔，，リレーリレー再再送信

リンク层

desブロックブロックモデル化されますこのブロック，，，のののブロードキャスターキャスターロールロールととオブザーバーロールのステートステートステートマシンマシンマシンマシンををBlelladvertisingChannelpduおよびBlelladvertisingChannelpduDecodeを使用てアドバタイジングの送信とを行います。

Link layer ブロックのマスク パラメーターを使用して、スキャンとアドバタイジングの間隔を構成できます。

物理層

phyの机能はが含まれ。。

  • 送信チェーン

LL から PHY Tx ブロックに LL パケットと Tx 指示が送信されることでパケット送信が開始されます。このブロックでは、関数bleWaveformGeneratorll ll llパケットの波形を生成しししますまた，，，，构成构成れれれれたたたたたたたたたたたたたたたたたたたたたでででででででででででででででででででででででででででででででででsimevents simevents多播队列ををををを

PHY Tx ブロックのマスク パラメーターを使用して、Tx パワー (dBm) を構成できます。

  • チャネル障害の化

ble波形波形チャネル障害自由自由パスモデルががれますます。このこのこの损失を有效にするするかか无效无效にするするかははは选択选択できできこのこの损失损失损失损失损失损失信号受信制限することもますますこれらのチャネルチャネルオプションををモデルモデル化化化するするに，，送信机送信机とと受信受信机のの両方のの位置をチャネルモデルモデル含めphy phy rxブロックにに波形波形前モデル化され。。。

BLE通道ブロックのパラメーター使用し，チャネルを构成でき。。

  • 受信チェーン

このブロック，したた波形波形热ノイズ干渉を适用しますます（rxゲインを0と）。。。热ノイズは，comm.ThermalNoiseを使用して、構成されたノイズ指数の値でモデル化されます。干渉は、干渉を受けた信号と実際の信号の両方の IQ サンプルを追加することでモデル化されます。熱ノイズと干渉を適用した後、結果として得られた波形が PHY Rx ブロックで復号化されます。復号化に成功すると、その LL パケットが LL に渡されます。

PHY Rx ブロックのマスク パラメーターを使用して、ノイズ指数 (dB) を構成できます。

ノード位置割り当て器 (NPA)メッシュネットワークノード位置をますこのは线形，，グリッド，およびリストリストの位置位置割り当て方式方式をを

  • 線形位置割り当て2次元グリッドに等間隔で直線状にノードを配置

  • グリッド位置割り当てグリッドプロパティ指定れた形式でノード配置配置

  • リスト位置割り当て[[x1, y1, z1] [x2, y2, z2] ... [xn, yn, zn]] のリストでノードの位置を割り当て ((xk, yk, zk) は (1, 2, ..., n) のすべての k に対する k 番目のノードの位置)

可视化机能このブロックは、シミュレーションでメッシュ ネットワーク シナリオを可視化するために使用されます。このブロックは、指定した構成を可視化するように構成できます。このブロックのマスク パラメーターを使用して、可視化を有効または無効にできます。

シミュレーション结果

このシミュレーション得结果はのとおりです。

  • パケット配信（PDR）

pdrは，からさたに対する先受信されれたパケットのの比率です。。以下以下。

このモデルでは、このマルチノード メッシュ ネットワークの PDR を出力し、Pdrというベーススペース変数保存します。

  • 各ノードでの統計

このモデルでは、各ノードの統計をワークスペース変数StatisticsAtateachNodeに出力します。各ノードで取得される統計は次のとおりです。

  • PHY で送信および受信されたメッセージの数

  • llで送信受信れたメッセージ数数

  • crcエラー発生て受信れるメッセージ数数

  • ネットワーク层で送信、受信、破棄されたメッセージの数

  • ネットワーク层でリレーされたメッセージの数

  • ネットワーク层で受信されたアプリケーション メッセージの数

  • ネットワークの可視化

メッシュネットワーク的表现をプロットプロット表示れれます。各ノードにカーソルカーソルを合わせるととそれぞれののの统计统计

蓝牙bluetoothメッシュメッシュメッシュ构成しししししをををををししてててシミュレートシミュレートする方法方法示し示してていいますます。。このこのこの例例例ののののメッシュメッシュモデルでではははは，，，出力します。

その他の调查

メッシュ パケット発生器、ネットワーク層、LL、および PHY の構成パラメーターを変えて、ネットワークの PDR の変化を調べることができます。これらのシミュレーションの結果から、ネットワーク層反復回数 (NLR: Network Layer Repetitions) によるネットワークの PDR への影響を確認できます。

nlrに，メッセージとされるの両方の反复れれますます。フラッドフラッドフラッド型ネットワーク动作动作原理でではは，メッセージがが送信送信送信先先到达到达到达たたたたたたたたたメッセージ再こと。。。。のののはられたたネットワークネットワークトポロジトポロジトポロジトポロジののネットワーク。。。。。。。。。。。。のののののの数値数値数値ががが大きくととととnlrに，に値をするとオーバーヘッド消费消费，デューティデューティ比比などなどネットワーク性能性能パラメーターにに悪悪影响がが及ぶ及ぶことことことががますますますます。ためためためためためためとネットワーク效率なトレードオフをが必要になり。。

前の図からわかるように、PDR は NLR が増えると高くなり、ネットワークの送信元ノードの数が多いほど低くなります。PDR の値は、NLR の特定の値で 1 に達し、それ以降は安定します。この NLR の特定の値は、ノードの総数、ノードの位置、送信元ノードの数、リレー ノードの数など、ネットワーク構成パラメーターに応じて変わります。これらの結果は、3 つの送信元ノードを使用してHelperblemblemeshdespdrcalculationを実行でできます。送信送信ノード数数数数数数数数数数数数ににににに设定设定ししてててて対応対応する结果をを取得取得取得取得しますますます。。。カスタムカスタムカスタムののネットワークネットワークネットワークネットワークシナリオシナリオシナリオシナリオ。

nlr以外に，，，Helperblemblemeshdespdrcalculationで记述复数构成パラメーターに応じ変化ますそれらのパラメーターののいずれいずれかかを変化させてて，，メッシュメッシュメッシュネットワークネットワーク

付録

この例で使用している機能は次のとおりです。

この例使用て补助关数はのとおりです。

参考文献

  1. 蓝牙特别兴趣小组（SIG）。“蓝牙核心规范”。版本5.0。https://www.bluetooth.com/

  2. 蓝牙特别兴趣小组（SIG）。“蓝牙网状配置文件”。1.0版。https://www.bluetooth.com/

関連するトピック