マルチプロトコルのワイヤレス接続を備えた柔軟性を維持

マルチプロトコル接続のアプリケーション

消費者、商業および産業環境での接続デバイスの有用性は、マルチプロトコル接続を通して強化または改善する事ができます。例えば、ホーム・オートメーションでは、Zigbee がメッシュ機能を使用して家全体のワイヤレスカバー範囲を提供し、ゲートウェイを介して家の外からデバイスを制御する事を可能にします。Bluetooth LE が導入されると、スマートフォンを直接ローカル制御に使用でき、ロケーション認知度が追加できます。

サブ GHz ワイヤレス技術は、それが広域に拡散して以来、スマート・メータリング・アプリケーションに理想的です。サブ GHz と Bluetooth の同時通信をメータリング IoT デバイスに追加することで、技術者の方々はローカル設定、情報収集、メンテナンスにモバイルアプリを活用することができます。

小売または商業の環境において、Bluetooth ビーコン等の技術を利用してロケーションベースの広告を提供、資産管理、通行人を追跡するヒートマップ開発の要望があります。Bluetooth ビーコンを照明等の接続インフラストラクチャに統合する事で、大規模範囲エリアが作成できます。接続照明およびビーコン両方を展開する代わりに、照明または照明器具が Bluetooth ビーコンを展開する手段として使用する事ができます。これがロケーションベースのサービスを可能にする、よりコスト効率の高い手段を提供します。

マルチプロトコル・テクノロジーとは？

複数のワイヤレス接続オプションをサポートすることで、多数の接続デバイスがコンシューマ・エクスペリエンスを向上させ、機能を強化することができる。我々はスマートフォンが Bluetooth、Wi-Fi およびその他接続オプションをサポートし、ストリーミング・メディアと同様にヘッドフォンやスマート・ウオッチへの接続も提供してくれることに慣れてしまっている。多くの IoT システムに対するパワー、サイズおよびコストの要件によって、従来から複数のプロトコルのサポートが厳しくなっています。ダイナミック・マルチプロトコルのワイヤレス接続は、タイムスライシング・メカニズムによってプロトコル間で無線を共有し、ワイヤレス・システム費用を低減し、システム設計を簡素化する事で、シングル・チップの複数のワイヤレス・プロトコルを同時にサポートする実行可能方法を提供します。

複数のプロトコルをサポートするメリットは何ですか？

ここでは、様々な種類のマルチプロトコル接続とそのメリットについて簡単に説明します。

プログラマブル・マルチプロトコル

プログラマブル・マルチプロトコルのサポートには、適切なソフトウェア・スタックでプログラムされた場合、ワイヤレス・プロトコルを何種類でも実行できるチップセットを搭載していることが必須です。BLE、Zigbee、Thread、または独自規格のプロトコルをサポートするように生産時にチップをプログラムできるということは、ハードウェア設計の合理化し、さまざまな市場に迅速に対応が可能になるということを意味します。異なるソフトウェア・イメージによって複数のプロトコルをサポートするチップ・プラットフォームは、他のすべてのマルチプロトコルのユースケースにとっても必須条件です。

スイッチド・マルチプロトコル

スイッチドマルチプロトコルでは、1 つのチップ上で 2 つの別々の可能性のあるモードを実行する必要があります。プロトコルとスタックの観点から各モードは、互いに分離されています。プロトコルをスワップするには、次の 2 つのオプションがあります。1) 他のプロトコル・スタックを含むファームウェア・イメージをブートロードし、通信を行い、他のイメージにブートロードし直します。または
2) 各プロトコルを完全に有効または無効にする 2 つのモードを持つイメージを 1 つ持っています。その一例として、ネットワークに参加するために Bluetooth のみを試運転し、その後、Zigbee を介して通信する接続されたホーム・デバイス (ドアやウィンドウ・センサーなど) が挙げられます。これを行うには、Bluetoothソフトウェアをプログラムまたは有効化した状態で部品を出荷し、電話を介してユーザー/インストーラーとやり取りし、Bluetooth を無効にしてZigbee を有効にし、Zigbeeネットワークに参加します。次に、通常、Bluetooth に戻る唯一の方法は、ボタンなどのユーザー割り込みを使用するか、Zigbee を介してノードにアクセスし、Bluetooth にスワップバックするように指示することです。これは、デバイスは同時にメッシュネットワーク上に保持したままで Bluetooth 接続を維持できないためです。スワッピング間の時間は非常に長く、Bluetooth の場合は数百ミリ秒、Bluetooth メッシュの場合はさらに長くなります。

スイッチド・マルチプロトコルでは、デバイスがすでにフィールドに展開されていても、最新のファームウェア・イメージをブートすることにより、使用中のワイヤレス・プロトコルを変更することができます。スマートフォン接続を利用して BLE から Zigbee、Thread、その他のワイヤレス・ネットワーク に安全に移行することで、製品のセットアップや依頼などの消費者の利便性を大幅に改善することができます。無線（OTA）アップデートを追加すれば、デバイスを現場でアップデートし、市場のニーズの変化に対応できます。

ダイナミック・マルチプロトコル

ダイナミックマルチプロトコルは、スワップ機能がより流動的で柔軟性があり、2 つのプロトコル間でより迅速にホップできます。ダイナミックマルチプロトコルでは、プロトコルスタック全体をシャットダウンまたは初期化解除しません。代わりに、単に両方を実行し続けますが、物理無線を使用しているユーザーを入れ替えることで、切り替えにかかる時間を大幅に短縮します。2 つのプロトコル間では最低レベルの依存関係を共有しており、それは通常、無線です（これは、下の画像の壁の一番下のレンガとして表されています）。より高速に交換できるため、接続を切断したり、ネットワークから削除されたりしないように、各プロトコルのタイミングウィンドウにとどまるようにすることで、Bluetooth Low Energy（BLE）接続をアクティブに保ち、同時にZigbee / Threadネットワークにとどまることができます。これにより、ノードは Zigbee/Thread または Bluetooth 経由でコマンドに応答できるようになり、電話のユーザーがノードとメインネットワークを制御することが可能になります。ダイナミックマルチプロトコルアプリケーションの良い例としては、ユーザーがスマートフォンで Bluetooth を介してドアにロック/ロック解除できようにし、Zigbee を介してセンサー、時間スケジュール、またはクラウドコマンドを使用できるようにするドアロックです。

究極的には、どのマルチプロトコル・ソリューションも、タイムスライシング・メカニズムによって無線を共有することで、複数のワイヤレス・プロトコルを1つのチップ上で同時に実行する可能性に対処する必要があります。このアプローチにより、特に BLE とその他のワイヤレス・プロトコルを組み合わせた場合にさらにユースケースが増えることになります。最もシンプルなケースとしては、小売環境において通常は Zigbee、Thread、またはサブ GHz ワイヤレス・プロトコル上で動作するデバイスから、Bluetooth ビーコンを定期的に使用するケースがあります。

同時マルチプロトコル

コンカレント・マルチプロトコル（CMP）技術は、ワイヤレス通信の領域におけるゲームチェンジャーであり、シングルチップで複数の通信プロトコルを同時に動作させることができます。具体的には、この機能は、複数のネットワークで動作する必要があり、ZigbeeやThreadなど、同じ 802.15.4 規格に基づくデバイスを対象としています。CMPを同時リスニングと組み合わせることで、デバイスは複数の無線やプロトコル間の切り替えを必要とせずに、別々のオペレーティングチャネル上の異なるネットワークとの接続を維持できます。例えば、1 つのデバイスが、異なる802.15.4 チャネル上のZigbeeおよび Thread エンドノードと通信しながら、Bluetooth（DMPモード）に切り替えてユーザーインターフェースとのやり取りを行うことができます。

CMPは、異なるプロトコル間でシームレスな通信を提供し、ユーザー体験を向上させ、デバイス管理を簡素化する機能を備えており、ネットワーク内のさまざまな IoT デバイスを接続する中央ハブとして機能するゲートウェイ・デバイスの開発において重要な役割を果たします。これらのゲートウェイは複数の通信プロトコルを同時に管理できるため、異なるデバイスやネットワーク間でシームレスなデータ交換と相互運用性を確保できます。この柔軟性は、高度なソフトウェアとハードウェアの統合によって実現され、同時および動的なマルチプロトコル操作を可能にします。MG21 およびMG24シリーズのチップは、これらの機能をサポートしています。

ゲートウェイだけでなく、この機能は、多様なデバイスとプロトコルが効果的に共存して通信する必要があるスマートホームおよび商用ビルオートメーション・アプリケーションにおいても重要です。MG24でピン互換性があるMG26シリーズチップは、エンドデバイス用のZigbeeおよびMatter over Thread CMPもサポートしています。

マルチ無線・マルチプロトコル

妥協しない複数プロトコルの専用作動の場合、特に異なるプロトコルで異なる無線周波数が使われる場合には、2 つの無線が必要です。アプリケーションとネットワーク・スタックによって 2 つの無線を操作でき、その無線が 2 つの全く異なる周波数範囲さえも利用できるならば、多くの利用価値があります。その一例が英国のスマート・メータリングで、英国政府は 2020 年までに、 3,000 万世帯と企業でデュアル PHY Zigbee ハブを設置する予定です。この取り組みは、2.4 GHz Zigbee デバイスとサブ GHz Zigbee デバイス（868、 MHz バンドで動作）の両方を含むホーム・エリア・ネットワークを実現するためのものです。ホーム・エリア・ネットワークは同一のロジカル PAN 上で維持され、通信ハブが異なる無線周波数のデバイス間で発生するトラフィックを制御します。

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