同時マルチプロトコルを理解する:詳しく調べる

2024 年 12 月 19 日 | Devanjan Sikdar と Sagar Chinchani | この記事は 4 分で読めます

ワイヤレス通信の進化に伴い、複数のプロトコルを同時にサポートできるデバイスの需要が大幅に高まっています。同時マルチプロトコル(CMP)と呼ばれるこの機能により、デバイスが同時に複数の無線規格で動作できるようになり、その汎用性と適応性を向上できます。従来は、複数のプロトコルに対応するためには複数の無線 IC を組み込む必要がありました。CMP では、単一の無線 IC で同じ機能を実現できるため、その必要性がなくなりました。また、開発者にとってより費用対効果が向上しました。このブログでは、CMP の概念を掘り下げ、CMP - シングルチャネル、同時リスニング機能対応 CMP、Bluetooth Low Energy (LE) ダイナミックマルチプロトコル (DMP) 対応 CMP の相違点を分析します。

 

同時マルチプロトコル CMPシングルチャンネル

CMP を使用すると、ZigbeeThread などの同じ IEEE 802.15.4 規格に基づく複数のワイヤレスプロトコルを同時にサポートできます。

この機能では、802.15.4 PHY および MAC 層が共有され、同じチャネルで Zigbee と Thread が作動するため、デバイスが単一の無線で Zigbee または Thread のパケットを(タイムスライシングなし)同時に受信できるようになります。各プロトコルスタックに固有の PAN ID を割り当てることで、プロトコル間の識別をします。この機能は、マルチ PAN 機能と呼ばれます。

CMP の主な利点は、そのシンプルさと、ネットワークの混雑が中程度である以外は、パフォーマンスを低下させることなく複数のネットワーク上で動作できることにあります。

  • Zigbee や Thread などの複数の IEEE 802.15.4 プロトコルを、同一チャネル上で同時にサポートする機能
  • 真の同時実行性(タイムスライシングなし)
  • PAN ID で区別された Rx フレーム
  • 通常の 802.15.4 CSMA-CA によって管理されるチャネルアクセス
  • SoC、(選択可能な) NCP、RCP モードで動作

 

同時リスニング対応の同時マルチプロトコル

同時リスニングと同時マルチプロトコルを組み合わせることで、デバイスは複数の無線プロトコルを独立したチャネルで同時に処理できるようになり、その概念をさらに発展させることができます。

デバイスは、受信パケットを検出するために無線が 2 つ の動作チャネル間を高速(数十マイクロ秒程度)で切り替えることで、CMP は単一の無線で遮るものなしに、それぞれのチャネル上でZigbee パケットや Thread パケットを同時リスニングできます。

異なるチャネルで動作する 2 つのメッシュネットワークに、1 つのデバイスが同時に接続する必要がある場合において、この機能は特に有効です。例えば、同時リスニングにより、スマートホーム環境における複数のメッシュネットワークに属する中央ハブは、さまざまなセンサーからの信号を同時に監視することができ、モーション検知や温度変化などのイベントに対して、タイムリーかつ正確に応答できます。同時リスニングのもう 1 つの重要な利点は、シングルチャンネルの場合へのシームレスな拡張性を備えている点です(上記で説明)。

このアプローチでは、Rx 感度がわずかに低下するというトレードオフを伴い、より高度なハードウェアとソフトウェアが必要です。

  • Zigbee や Thread など複数のIEEE 802.15.4 プロトコルを、それぞれ異なるチャネルでサポートする機能
  • 2 つの動作チャネル間の高速切り替え
  • PAN ID で区別された RX フレーム
  • 通常の 802.15.4 CSMA-CA によって管理されるチャネルアクセス
  • SoC および RCP モードで機能

 

    同時リスニングを伴う同時マルチプロトコルの例:

  • 2 つの動作チャネル間を 48 マイクロ秒ごとに高速で切り替えます
  • 有効な 802.15.4 プリアンブルが検出された場合
    • パケットの受信が完了するまで、そのチャネルに留まります
    • ネットワークとデバイスに対して有効なパケットであるかどうかをチェックします
    • (必要に応じて)受信確認を送信します
  • 次のチャネルに切り替え、同じ処理を繰り返します

 

Bluetooth LE ダイナミックマルチプロトコルと同時マルチプロトコルの組み合わせ

同時リスニング機能対応の同時マルチプロトコルにダイナミックマルチプロトコル(DMP)を組み合わせることで、Zigbee、OpenThread、Bluetooth LE など 3 つのプロトコルを同時にサポートすることが可能になります。

これは、Zigbee などの単一プロトコルでの Bluetooth LE のダイナミックマルチプロトコルサポートの概念を、Zigbee と Thread の両方をサポートする同時マルチプロトコルの場合に拡張したものです。プロトコルスタック全体を停止または初期化せずに、Bluetooth LE などの別の(この場合、3 番目の)プロトコルスタックをタイムスライシングまたはタイムシェアリングによって継続的に実行し、デバイスは Bluetooth LE 接続のために特定の時間枠を割り当てます。

Bluetooth LE PHY と 802.15.4 PHY を周期的に切り替えることで、Bluetooth LE 接続を維持しつつ、同時に Zigbee および Thread ネットワークへの接続も維持を維持できます。これにより、ノードは Zigbee、Thread、または Bluetooth を介してコマンドに応答できます。

単一の無線で3つのプロトコルをサポートする場合、最適なパフォーマンスを確保するには、アプリケーション要件に基づいて DMP 設定を慎重に管理することが重要になります。

  • Bluetooth LE DMP を同時マルチプロトコルに拡張
  • Bluetooth LE は、タイムスライシング DMP モードで継続的に動作し、必要に応じてCMP(Zigbee + Thread)を中断します。
  • 同時リスニング機能を有効にすると(Zigbee と Thread がそれぞれ別のチャネルで動作するように)、無線は 2 つの 15.4 チャネル間を高速で切り替わり、設定に従って Bluetooth LE チャネルに切り替わります。
  • BLE のパフォーマンスには影響しません (Bluetooth LE をより高い優先順位に設定した場合)

 

現在のサービス

同時マルチプロトコル - シングルチャネル

  • 同じ 15.4 チャネルで Zigbee と Thread をサポート
  • オプションで DMP モードで Bluetooth LE をサポート
  • RCPモード(シリーズ 1)、SoC、NCP、および RCP モード(シリーズ 2)でサポート

 

 

同時リスニング対応の同時マルチプロトコル

  • 個別の 15.4 チャネルで Zigbee と Thread のサポートを有効化
  • オプションで DMP モードで Bluetooth LE をサポート
  • RCP (MG21 および MG24) と SoC モード (MG26 – Matter 統合あり) の シリーズ 2 でのみサポート

CMP テクノロジーと DMP ソリューションを組み合わせることで、最新のワイヤレス通信システムのさまざまな要求に対応するための幅広い選択肢を提供します。これらのアプローチの選択は、アプリケーションの特定のニーズによって異なります。

Rx 感度を損なうことなく、シンプルさと厳密な同時実行性が重要なシナリオでは、シングルチャネル設定の CMP で十分な場合があります。一方、ワイヤレス メッシュ ネットワークで独立した 15.4 チャネルのサポートを必要とするアプリケーションは、同時リスニングによる CMP の恩恵を受けるでしょう。最後に、15.4 メッシュ ネットワークと併用した Bluetooth LE のサポートなど、最大限の柔軟性を必要とするアプリケーションの場合、Bluetooth LE DMP 対応 CMP が最適な選択肢となります。

これらのアプローチとその違いを理解することで、十分な情報に基づいて最適なテクノロジーを選択でき、アプリケーションの優れたパフォーマンスと信頼性を確保できます。

Devanjan Sikdar と Sagar Chinchani
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