Стек Mesh Bluetooth

Спецификация [1] Ядра Bluetooth включает низкую энергетическую версию для беспроводных персональных сетей области с низкой ставкой, отнесенных как Bluetooth низкая энергия (BLE) или Умный Bluetooth. Стек BLE состоит из: типовой профиль атрибута (GATT), припишите протокол (ATT), протокол менеджера безопасности (SMP), управление логической ссылкой и протокол (L2CAP) адаптации, слой ссылки (LL) и физический уровень (PHY). BLE был добавлен к стандарту для низких энергетических устройств, генерирующих небольшие количества данных, такие как предупреждения уведомления, используемые в приложениях как домашняя автоматизация, здравоохранение, фитнес и Интернет вещей (IoT).

Профиль Mesh Bluetooth [2] задает основные требования, чтобы реализовать сетевые решения mesh для BLE. Стек mesh расположен сверху Спецификации Ядра Bluetooth и состоит из: слой модели, слой модели основы, слой доступа, верхний транспортный уровень, понижает транспортный уровень, слой сети и слой несущей. Организация сети mesh Bluetooth позволяет сквозной коммуникации в крупномасштабных сетях поддержать приложения как умная подсветка, промышленная автоматизация, организация сети датчика, отслеживание актива и много других решений IoT.

Поймайте в сети стек

Этот рисунок показывает стек mesh Bluetooth по рекламной несущей.

Стек ядра BLE

Этот пример демонстрирует эти слои базового стека BLE:

Дискретная симуляция события

DES является типом симуляции, которая моделирует функционирование системы как дискретный ряд событий во временном интервале. Каждое событие имеет место в определенную эпоху времени и впоследствии отмечает изменение состояния в системе. В результате симуляция может непосредственно спрыгнуть с события к событию во временном интервале. Основные преимущества использования DES в этом примере:

Проверяйте на установку пакета поддержки

% Check if the 'Communications Toolbox Library for the Bluetooth Protocol'
% support package is installed or not.
commSupportPackageCheck('BLUETOOTH');

Мультиузел сетевая модель Mesh Bluetooth

Этот пример демонстрирует сеть mesh Bluetooth с 21 узлом. Выходные параметры PDR модели сети наряду с различной статистикой, такие как количество переданных, полученных, и пропущенных пакетов в физическом, ссылке, и слоях сети, и также графике, визуализирующем сетевой сценарий. Моделирование включает:

Чтобы сконфигурировать определенный сценарий, сделайте один из них:

Узел Bluetooth

Каждый узел моделируется как подсистема с сетевым стеком, который включает пакетный генератор mesh Bluetooth и приемник, слой сети, LL и PHY.

Прикладной уровень

Прикладной уровень реализован, чтобы сгенерировать и получить трафик приложения. Это разделено на два подблока:

Слой сети

Слой сети моделируется как блок DES. Этот блок ответственен за передачу более низких сообщений транспортного уровня по рекламной несущей и передаче сообщений mesh, когда 'Релейная' опция активирована. Когда сеть PDU получена, этот блок декодирует полученный PDU. Если PDU декодируется успешно, то декодируемая информация передается более низкому транспортному уровню.

Можно сконфигурировать релейную функцию, сетевой интервал передачи, сетевое количество передачи, реле ретранслируют интервал, и реле ретранслирует количество при помощи параметров маски блока Слоя сети.

Слой Link

Слой ссылки моделируется как блок DES. Этот блок обеспечивает конечный автомат для ролей Вещательной компании и Наблюдателя LL. Этот блок ответственен за передачу и получение mesh рекламные пакеты при помощи bleLLAdvertisingChannelPDU и bleLLAdvertisingChannelPDUDecode функции.

Можно сконфигурировать скан и рекламные интервалы при помощи параметров маски блока слоя Link.

Физический уровень

Функциональность PHY включает:

LL инициирует пакетную передачу путем отправки пакета LL и индикации Tx блоку PHY Tx. Этот блок генерирует форму волны для полученного пакета LL при помощи bleWaveformGenerator функция. Это также масштабирует выборки формы волны BLE со сконфигурированной степенью Tx (принимающий, что усиление Tx 0). Сгенерированная форма волны BLE передается через разделяемый канал. Разделяемый канал моделируется при помощи Многоадресной Очереди SimEvents.

Можно сконфигурировать степень Tx (dBm) при помощи параметров маски блока PHY Tx.

Модель пути свободного пространства потерь добавляется к переданной форме волны BLE как нарушения канала. Можно принять решение включить или отключить это нарушение. В дополнение к этой модели нарушения область значений приема сигнала может также быть ограничена при помощи дополнительной модели распространения области значений потерь. Чтобы смоделировать любую из этих опций нарушения канала, модель канала должна содержать положение и отправителя и приемника. Канал моделируется в каждом узле получения, прежде, чем передать форму волны BLE блоку PHY Rx.

Можно сконфигурировать нарушения канала при помощи параметров маски блока канала BLE.

Этот блок применяет тепловой шум и интерференцию к полученной форме волны BLE (принимающий, что усиление Rx 0). Тепловой шум моделируется при помощи comm.ThermalNoise функция со сконфигурированным значением шумовой фигуры. Интерференция моделируется путем добавления выборок IQ и вмешавшегося и фактических сигналов. После применения теплового шума и интерференции, блок PHY Rx декодирует результирующую форму волны. Если пакет LL декодируется успешно, то он передается LL.

Можно сконфигурировать шумовую фигуру (в дБ) использование параметров маски блока PHY Rx.

Присвоения средства выделения положения узла (NPA) местоположение узлов в сети mesh. Этот блок линейные поддержки, сетка и стратегии выделения положения списка.

Visualizer Этот блок используется, чтобы визуализировать сценарий сети mesh в симуляции. Можно сконфигурировать этот блок, чтобы визуализировать заданную настройку. Можно включить или отключить визуализацию при помощи параметров маски этого блока.

Результаты симуляции

Результаты, полученные в этой симуляции:

PDR является отношением количества полученных пакетов в месте назначения к количеству пакетов, переданных источником, и дан:

Этот выходные параметры PDR модели для этой сети mesh мультиузла и сохранено в переменную базового рабочего пространства под названием PDR.

Эта выходная статистика модели каждого узла в переменной statisticsAtEachNode рабочей области. Статистические данные, полученные в каждом узле:

График с визуальным представлением сценария сети mesh показывают в симуляции. Вы видите статистику каждого узла путем установки курсора на него.

В этом примере показано, как сконфигурировать и симулировать мультиузел сеть mesh Bluetooth при помощи DES. Сетевая модель mesh в этом примере выходные параметры PDR как переменная рабочей области с визуальным представлением сети mesh.

Дальнейшее исследование

Чтобы наблюдать изменение сети PDR, можно варьироваться параметры конфигурации в пакетном генераторе mesh, слое сети, LL и PHY. В этих результатах симуляции вы видите удар повторений слоя сети (NLR) в сети PDR.

NLR включает повторения и сетевых сообщений и переданных сообщений. Принцип работы основанных на лавинной рассылке сетей гарантирует, что сообщение достигает целевого узла. Поэтому важно ретранслировать сеть и релейные сообщения. Количество NLR зависит от конфигурации сети данной сетевой топологии. Увеличение числа NLR гарантирует, что вероятность сообщений, достигающих желаемого целевого узла, высока. Однако определение высокого значения NLR может оказать неблагоприятные влияния на параметры производительности сети, такие как издержки, потребление энергии и рабочий цикл. В результате важно настроить значение NLR для данной сетевой топологии и достигнуть эффективного компромисса между PDR и производительностью сети.

На предыдущем рисунке вы видите, что PDR увеличивается с NLR и уменьшениями с количеством исходных узлов в сети. Для определенного значения NLR значение PDR достигает 1, и после этого это стабилизировалось. Это определенное значение NLR может варьироваться на основе параметров конфигурации сети, таких как общее количество узлов, местоположение узлов, количество исходных узлов, количество релейных узлов, и так далее. Можно запустить helperBLEMeshDESPDRCalculation, чтобы воспроизвести эти результаты при помощи трех исходных узлов. Определите номер исходных узлов к два и пять, чтобы получить соответствующие результаты. Можно запустить симуляции для любого пользовательского сетевого сценария и получить оптимальное значение NLR.

Кроме NLR, PDR варьируется относительно нескольких параметров конфигурации, утвердил в helperBLEMeshDESPDRCalculation. Можно далее исследовать сетевую модель mesh путем варьирования любого из этих параметров.

Приложение

Пример использует эти функции:

Пример использует этих помощников:

Ссылки