블루투스 메쉬 네트워킹

Bluetooth mesh networking
블루투스 메쉬 네트워킹
Bluetooth-logo.svg
개발자블루투스 SIG
소개했다2017년 7월 13일 (2017-07-13)
산업조명, IoT
물리적 범위100-1000m(메쉬 릴레이 구성에서 사용 가능)

블루투스 메쉬는 블루투스 저에너지 기반의 컴퓨터 메시 네트워킹 표준으로 블루투스 라디오를 통해 다대다수 통신이 가능하다. 블루투스 메쉬 사양은 블루투스 특수 이익 그룹(Bluetooth SIG)에 의해 메쉬 프로파일[1] 및 메쉬[2] 모델 사양에 정의되었다. 블루투스 메쉬는 2014년에[3] 착안해 2017년 7월 13일(2017-07-13) 채택됐다.[4]

개요

블루투스 메쉬는 홍수 네트워크 원리로 작동하는 메쉬 네트워킹 표준이다. 메시지를 중계하는 노드를 기반으로 한다. 메시지 캐시에 없는 알려진 네트워크 키에 대해 인증하는 네트워크 패킷을 수신하는 모든 릴레이 노드는 TTL = TTL - 1. 메시지 캐싱은 최근에 본 메시지 릴레이를 방지하기 위해 사용된다.

통신은 분할 및 재조립(SAR) 메커니즘을 사용할 때 최대 384바이트의 메시지로 전달되지만, 대부분의 메시지는 하나의 세그먼트, 즉 11바이트에 적합하다. 각 메시지는 단일 바이트(특수 메시지의 경우), 2바이트(표준 메시지의 경우) 또는 3바이트(벤더별 메시지의 경우)인 opcode로 시작한다.

모든 메시지에는 어떤 장치가 메시지를 처리하는지 결정하는 소스와 대상 주소가 있다. 기기는 단일 사물/사물 그룹/모든 것이 될 수 있는 메시지를 대상에 게시한다.

각 메시지에는 재생 공격으로부터 네트워크를 보호하는 시퀀스 번호가 있다.

각 메시지는 암호화되고 인증된다. 메시지 보안에는 두 개의 키가 사용된다. (1) 단일 메쉬 네트워크에 할당되는 네트워크 키, (2) 애플리케이션 키(예: 조명 켜기 대 조명 재구성)

메시지에는 TTL(Time to Live time to live(TTTL). 메시지를 수신하고 재전송할 때마다 TTL이 감소하여 "홉" 횟수가 제한되어 끝없는 루프가 제거된다.

건축

블루투스 메쉬는 레이어드 아키텍처로, 아래와 같이 여러 레이어를 가지고 있다.

층 기능
모델 레이어 응용 프로그램별 메시지를 교환하는 표준 방법을 정의한다. 예를 들어, Light Lightness Model은 상호운용 가능한 빛 제어 방법을 정의한다. 메쉬 네트워크를 관리하는 데 필요한 상태와 메시지를 정의하는 Foundation Models라고 불리는 필수 모델이 있다.
액세스 레이어 모델 및 관련 응용 프로그램 키의 올바른 컨텍스트에서 데이터가 전송 및 수신되도록 보장하는 메커니즘을 정의한다.
상부 전송 계층 응용 프로그램(또는 장치별 키)을 사용하여 액세스 계층 패킷의 인증된 암호화를 정의한다. 또한 우정 관리 또는 하트비트 메시지를 사용하는 노드의 동작을 알리기 위해 일부 제어 메시지를 정의한다.
하위 전송 계층 이 계층은 완전한 상위 계층 패킷이 단일 네트워크 계층 패킷으로 운반될 수 없는 경우 (블록 인증을 통해) 신뢰성 있는 세그먼트 전송 상위 계층 패킷을 정의한다. 또한 수신기에서 세그먼트를 재조립하는 메커니즘을 정의한다.
네트워크 계층 이 계층은 네트워크를 통해 하나 이상의 노드로 전송 패킷이 어떻게 처리되는지를 정의한다. 릴레이 노드로 메시지를 전달하여 범위를 확장하는 릴레이 기능을 정의한다. 네트워크 키를 사용하여 네트워크 계층 인증 암호화를 처리한다.
베어러 레이어 네트워크 패킷이 노드 간에 교환되는 방식을 정의한다. 메쉬 프로파일 사양은 BLE 광고 베어러와 BLE GATT 베어러를 정의한다. Mesh Profile은 Proxy Protocol을 정의하는데, 이를 통해 Mesh 패킷은 TCP/IP와 같은 다른 베어러를 통해 교환될 수 있다.

위상

다양한 기능을 지원하는 노드를 메쉬 네트워크로 형성할 수 있다.

특징 기능
릴레이 광고 제공자를 통해 메시 메시지를 수신하고 재전송하다.

더 큰 네트워크를 가능하게 한다.

프록시 GATT와 GATT 사이의 메시 메시지 수신 및 재전송

광고업자들

저전력 그물망 내에서 상당히 감소된 수신기로 작동하다.

듀티 사이클은 친구 기능을 지원하는 노드와 함께만 수행된다.

친구 저전력 기능을 지원하는 노드가 저장하여 작동할 수 있도록 돕다.

해당 노드에 대해 지정된 메시지

이론적 한계

블루투스 메쉬 기술의 실용적 한계를 알 수 없다. 규격에 내장된 일부 제한은 다음과 같다.

네트워크 제한 가치 언급
최대 노드 수 32 767 제한은 32768 주소이며, 노드가 둘 이상의 주소를 점유할 수 있지만 실제 제한은 더 낮을 가능성이 높다.
최대 그룹 수 16 384

가상 그룹의 수는 2개128 입니다.

최대 씬(scene) 수 65 535
최대 서브넷 수 4 096
최대 TTL 127

메쉬 모형

블루투스 메쉬 규격 1.0 버전부터는 다음과 같은 표준 모델과 모델 그룹이 정의되었다.[2]

파운데이션 모델

기초 모델은 핵심 사양에 정의되어 있다. 이 중 2개는 모든 메쉬 노드에 대해 필수 사항이다.

  • 구성 서버(필수 사항)
  • 구성 클라이언트
  • 상태 서버(필수 사항)
  • 상태 클라이언트

일반 모델

  • 정의된 모델 설명 중 어느 것도 적합하지 않지만 On/Off의 일반 속성을 지원하는 장치를 나타내는 데 사용되는 Generic OnOff 서버
  • 일반 수준 서버, 요소의 상태를 16비트 서명 정수로 유지
  • 다양한 장치의 기본 전환 시간을 나타내는 데 사용되는 일반 기본 전환 시간 서버
  • 모델 설명에는 맞지 않지만 On/Off의 일반 속성을 지원하는 장치를 나타내는 데 사용되는 Generic Power OnOff Server & Generic Power OnOff Setup Server
  • 일반 전원 실제 상태, 일반 전원 마지막 상태, 일반 전원 기본 상태 및 일반 전원 범위 상태를 포함한 일반 전원 수준 서버 및 일반 전원 수준 설정 서버
  • 일반 배터리 서버, 배터리 상태를 나타내는 네 가지 값 집합을 나타냄
  • 전역(Lat/Lon) 또는 로컬 요소의 위치 정보를 나타내는 일반 위치 서버 & 일반 위치 설정 서버
  • 요소가 저장할 값을 나타내는 일반 사용자/관리자/제조자/클라이언트 속성 서버
  • Generic OnOff Client & Generic Level Client
  • 일반 기본 전환 시간 클라이언트
  • 일반 전원 켜기 클라이언트 및 일반 전원 수준 클라이언트
  • 일반 배터리 클라이언트
  • 일반 위치 클라이언트
  • 일반 속성 클라이언트

센서스

  • 센서 장치를 나타내는 센서 서버 & 센서 설정 서버 센서 장치는 주기적으로 또는 요청에 따라 측정값을 반환하도록 구성할 수 있으며, 측정 기간(캐덴스)은 고정 또는 변경하도록 구성하여 보다 중요한 값 범위가 보고되도록 할 수 있다.
  • 센서 클라이언트

시간과 장면

  • 메시 네트워크에서 시간 동기화를 허용하는 Time Server & Time Setup Server
  • 씬(scene) 서버 & 씬(scene) 설정 서버, 필요한 경우 씬(scene)을 최대 65535개까지 구성 및 호출할 수 있음
  • Scheduler Server & Scheduler Setup Server
  • Time Client, Scene Client & Scheduler Client

조명

  • 조광원을 나타내는 Lightness Server & Lightness Setup Server
  • CCT 또는 "조정 가능한 흰색" 광원을 나타내는 Light CTL Server, Light CTL Temperature Server & Light CTL Setup Server
  • HUE, Light HSL Hue Server, Light HSL Portion Server 및 Light HSL Setup Server(Hue, 포화, Lightness 색상 표현에 기반한 광원을 나타냄)
  • 수정된 CIE xYY 색상 공간을 기반으로 광원을 나타내는 Light xyL Server & Light xyL Setup Server
  • 라이트 LC(Lightness Control) 서버 & 라이트 LC Setup Server는 조명 제어 장치를 대표하여 승객 감지 센서와 주변 조명 센서를 사용하여 라이트 라이트니스 모델을 제어할 수 있다. 자동 켜기, 자동 끄기 및/또는 일광 수집과 같은 조명 제어 시나리오에 사용할 수 있다.
  • Lightness Client, Light CTL Client, Light HSL Client, Light xyL Client 및 Light LC Client

프로비저닝

프로비저닝은 장치를 네트워크에 설치하는 과정이다. 블루투스 메쉬 네트워크 구축은 필수 단계다.

프로비저닝 프로세스에서 프로바이더는 네트워크 키와 장치의 고유한 주소 공간을 안전하게 배포한다. 프로비저닝 프로토콜은 P256 Elbic Curve Diffie-Hellman Key Exchange를 사용하여 네트워크 키 및 기타 정보를 암호화하는 임시 키를 생성한다. 이것은 수동적인 도청자로부터 보안을 제공한다. 또한 프로비저닝 프로세스 중 맨 인 더 미들 공격을 사용하는 능동 도청자로부터 네트워크 정보를 보호하기 위한 다양한 인증 메커니즘을 제공한다.

"장치 키"라고 알려진 장치에 고유한 키는 프로비저닝 프로세스 중 프로바이더와 장치에 대한 타원 곡선 공유 비밀에서 파생된다. 이 장치 키는 제공자가 특정 장치에 대한 메시지를 암호화하기 위해 사용한다.

프로비저닝 프로세스의 보안성은 IEEE CNS 2018 컨퍼런스에서 제시된 논문에서 분석되었다.[5]

프로비저닝은 Bluetooth GATT 연결 또는 특정 베어러를 사용한 광고를 사용하여 수행할 수 있다.[1]

블루투스 메쉬 모델 및 메쉬 프로필 사양에 사용되는 용어

  • 대상: 메시지를 보낼 주소.
  • 요소: 장치 내의 주소 지정 가능한 엔터티.
  • 모델: 일반적인 사용자 시나리오의 표준화된 작동.
  • 노드: 프로비저닝된 디바이스.
  • 프로바이더: 메쉬 네트워크에 장치를 추가할 수 있는 노드.
  • 릴레이: 메시지를 재전송할 수 있는 노드.
  • 출처: 메시지가 전송되는 주소.

구현

Bluetooth SIG에 의해 승인("자격")됨

Bluetooth 메시 구현이 Bluetooth SIG에 의해 승인("자격")됨
이름 제출자 자격일자 QDID 유형
Embedded System용 Bluetooth 스택 - MESH 프로필[6] 실베어, 주식회사 2017년 7월 18일 98880 종단 하위 시스템
퀄컴 블루투스 메쉬[7] 퀄컴 테크놀로지스 인터내셔널 2017년 7월 18일 98856 종단 하위 시스템
실베어 메쉬 모델[8] 실베어, 주식회사 2017년 7월 26일 99282 종단 하위 시스템
Wireless Gecko 망사[9] 프로파일 실리콘 연구소 2017년 9월 21일 101318 종단 하위 시스템
CYW-MESH 1.0[10] 사이프러스 반도체 주식회사 2017년 10월 3일 101726 구성 요소(테스트됨)
퀄컴 블루투스 메쉬 모델[11] 퀄컴 테크놀로지스 인터내셔널 2017년 10월 20일 102243 종단 하위 시스템
EtherMind Bluetooth 프로토콜 스택, 5.0(단일 모드) + 메시[12] 마인드트리 리미티드 2018년 1월 24일 106544 구성 요소(테스트됨)
Telink SIG Mesh SDK[13] 텔링크 반도체 2018년 2월 1일 106546 종단 하위 시스템
TOSHIBA Bluetooth_stack_mesh-1[14] 도시바 주식회사 2018년 2월 13일 104143 구성 요소(테스트됨)
AMICCOM 메쉬 프로파일[15] AMICCOM 일렉트로닉스 2018년 3월 14일 109370 종단 하위 시스템
Amiccom 블루투스 메쉬 모델[16] AMICCOM 일렉트로닉스 2018년 3월 30일 110168 종단 하위 시스템
아이로하 SIG 메쉬[17] 아이로하 테크놀로지 2018년 4월 2일 110202 종단 하위 시스템
Marvell Mesh 스택 v1[18].0 마벨 테크놀로지 그룹 2018년 4월 27일 110569 구성 요소(테스트됨)
nRF5 SDK for Mesh [19] 노르딕 반도체 2018년 5월 2일 111537 종단 하위 시스템
리얼텍 블루투스 5 메쉬 솔루션[20] 리얼실 마이크로일렉트로닉스 2018년 7월 27일 115668 종단 하위 시스템
STSW-BNRG-메쉬[21] STMicroelectronics 2018년 8월 2일 116029 종단 하위 시스템
RDA BT Host 5.0[22] RDA 마이크로일렉트로닉스, Inc. 2018년 9월 13일 115860 종단 하위 시스템
JYMC-MESH-1[23] 상하이 프레덴 마이크로일렉트로닉스 주식회사 2018년 10월 10일 119229 최종 제품
RW-BLE-MESH[24] CEVA, Inc. 2018년 10월 31일 119268 구성 요소(테스트됨)
ARM Ltd 코르디오 메쉬[25] ARM Ltd 2018년 12월 11일 116593 종단 하위 시스템
삼성 SLSI 블루투스 메쉬[26] 삼성전자 2018년 12월 21일 122442 종단 하위 시스템
Bluelet 호스트 스택 V12[27] Barrot Technology Limited 2018년 12월 25일 123056 구성 요소(테스트됨)
ESP BLE 메쉬 v0[28].6 에스프레시프 시스템즈 (상하이) Pte. Ltd. 2019년 1월 14일 124137 종단 하위 시스템
BK3435 BLE 코어 사양 5.0(메쉬[29] 포함) 베켄 코퍼레이션 2019년 3월 12일 127926 최종 제품
작업 메쉬 프로필 하위[30] 시스템 조치(주하이) 테크놀로지 주식회사, 유한회사 2019년 3월 21일 127646 종단 하위 시스템
AliOS Things BLE 호스트 및 메쉬 프로파일 v2.1[31].0 알리바바(중국) 주식회사 2019년 4월 19일 129750 호스트 하위 시스템
톤리 SIG 망사 스택[32] 선전 톤리 과학기술 개발,Ltd. 2019년 5월 5일 130160 종단 하위 시스템
China Wealth IBL SIG 메쉬 프로파일[33] 중국 부전자 주식회사 2019년 6월 18일 133403 종단 하위 시스템
퀄컴 블루투스 메쉬 및 메쉬 모델 v4[34].0 퀄컴 테크놀로지스 인터내셔널 2019년 6월 19일 128410 종단 하위 시스템
PAN1020 메쉬 프로파일 하위[35] 시스템 상하이판칩마이크로일렉트로닉스 2019년 7월 1일 129291 종단 하위 시스템
BLE 메쉬를[36] 포함한 Apache NimBLE BLE 호스트 JUUUL Labs, Inc. 2019년 7월 15일 131934 구성 요소(테스트됨)
Tmall 메쉬 스택[37] 알리바바(중국) 주식회사 2019년 7월 20일 128246 종단 하위 시스템
클라리녹스블루[38] 클라리녹스 테크놀로지스 Pty Ltd. 2019년 8월 2일 134454 호스트 하위 시스템
블루X 메쉬[39] 블루X 마이크로일렉트로닉스 주식회사 2019년 8월 20일 137436 종단 하위 시스템
제피르 OS 메쉬[40] 리눅스 재단 2019년 9월 20일 139259 종단 하위 시스템
WCH 블루투스 메쉬[41] 난징 친청 마이크로일렉트로닉스 주식회사 2020년 6월 1일 144808 종단 하위 시스템

무료 오픈 소스 소프트웨어 구현

무료 소프트웨어 및 오픈 소스 소프트웨어 구현에는 다음이 포함된다.

  • 공식(2001년[42] Linus Torvalds에 의해 Linux 커널에 포함됨) GPL과[43] LGPL에 따라 무료 라이센스를 받은 Linux Bluetooth 프로토콜 스택 BlueZ는 메쉬 장치를 구성할 메쉬CT 도구를 제공하여 릴리스 버전 5.47부터 Mesh Profile을 지원한다.[44][45] 블루Z는 2005년 블루투스 SIG에 의해 "자격" 소프트웨어 패키지로 승인되었다.[46] 블루Z는 블루투스 메쉬가 앞서 언급한 지원 프로필로 적격성 기록에 나열되지 않아 적격 블루투스 메쉬 스택으로 간주되지 않는다.
  • Apache License 2.0에 따라 무료 라이선스된 Apache Mynewt NimBLE은 버전 1.2.0부터 블루투스 메쉬를 지원한다.[47][48] QDID 131934와 함께 2019년 7월 15일(2019-07-15)에 자격을 얻었다.[36]
  • 아파치 라이선스 2.0에 따라 무료 라이선스된 제피어 OS Mesh는 [49]릴리즈 버전 1.9.0부터 블루투스 Mesh를 지원한다.[50] 제피르 OS 메쉬 1.14.x는 QDID 139259로 2019년 9월 20일(2019-09-20)에 인증을 받았다.[36]

참조

  1. ^ a b "Mesh Profile Bluetooth® Specification" (PDF download). Bluetooth Technology Website. 2017-07-13. Retrieved 2017-07-18.
  2. ^ a b "Mesh Model Bluetooth® Specification" (PDF download). Bluetooth Technology Website. 2017-07-13. Retrieved 2017-07-18.
  3. ^ "Range Limitation? What Range Limitation? Introducing Mesh Networks Bluetooth Technology Website". blog.bluetooth.com. Archived from the original on 2016-04-09. Retrieved 2017-07-06.
  4. ^ "Low Energy: Mesh Bluetooth Technology Website". www.bluetooth.com. Archived from the original on 2017-09-01. Retrieved 2017-07-18.
  5. ^ Adomnicai, A.; Fournier, J. J. A.; Masson, L. (2018-05-30). "Hardware Security Threats Against Bluetooth Mesh Networks". 2018 IEEE Conference on Communications and Network Security (CNS): 1–9. doi:10.1109/CNS.2018.8433184. ISBN 978-1-5386-4586-4.
  6. ^ "QD ID 98880 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2017-11-15.
  7. ^ "QD ID 98856 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2017-11-15.
  8. ^ "QD ID 99282 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2017-11-15.
  9. ^ "QD ID 101318 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2017-11-15.
  10. ^ "QD ID 101726 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2017-11-15.
  11. ^ "QD ID 102243 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2017-11-15.
  12. ^ "QD ID 106544 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2018-03-05.
  13. ^ "QD ID 106546 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2018-03-05.
  14. ^ "QD ID 104143 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2018-03-05.
  15. ^ "QD ID 109370 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2018-04-05.
  16. ^ "QD ID 110168 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2018-04-05.
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  39. ^ "QD ID 137436 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2019-08-27.
  40. ^ "QD ID 139259 Launch Studio - Listing Details". launchstudio.bluetooth.com. Retrieved 2020-03-12.
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