Mendesain dengan Bluetooth Mesh:Persyaratan perangkat

Dalam artikel sebelumnya dalam seri ini, kita membahas apa itu Bluetooth Mesh (Bagian 1), cara kerjanya (Bagian 2), dan apa yang membuatnya pribadi dan aman (Bagian 3). Semua fitur canggih yang ditawarkan oleh Bluetooth Mesh menjadikannya jaringan aman berdaya rendah yang juga menyediakan interoperabilitas yang hebat.

Dengan demikian, fitur-fitur ini juga membuat implementasi Bluetooth Mesh sedikit rumit. Jika seorang perancang sistem dibiarkan menangani semua kerumitan ini, diperlukan upaya ratusan tahun untuk meluncurkan produk. Di luar itu, aplikasi IoT sangat luas. Ini berarti setiap aplikasi memerlukan perangkat periferal dan daya pemrosesan CPU yang sedikit berbeda. Misalnya, jika Anda mendesain produk rumah pintar, sebagian menggunakan daya baterai sementara yang lain menggunakan daya dinding, sebagian menggunakan daya analog, sementara sebagian memerlukan daya pemrosesan ekstensif dengan banyak periferal digital.

Pengembangan firmware sering kali merupakan investasi terbesar untuk proyek pengembangan sistem apa pun. Meskipun sistemnya berbeda, beberapa upaya firmware dapat digunakan kembali di seluruh desain jika keluarga silikon yang digunakan tetap tidak berubah. Oleh karena itu, penting untuk memilih perangkat/platform untuk produk pertama Anda setelah uji tuntas sehingga Anda dapat memaksimalkan penggunaan ulang IP dan memanfaatkan firmware yang ada. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa poin yang harus dipertimbangkan saat memilih perangkat untuk aplikasi Bluetooth Mesh Anda berikutnya.

Pada tingkat tinggi, tiga bagian utama diperlukan untuk pengembangan dan penerapan aplikasi Bluetooth Mesh. Potongan-potongan ini adalah:

• Perangkat Keras
• Perangkat Lunak/Firmware
• Aplikasi seluler

Perangkat Keras

Saat memilih platform untuk produk Bluetooth Mesh Anda, langkah pertama dan terpenting adalah menyelidiki kemampuan perangkat. Penting untuk mempertimbangkan jangka panjang saat memilih perangkat. Mari kita ambil contoh untuk memahami alasannya. Gambar 1 menunjukkan contoh sistem rumah pintar.

klik untuk gambar lebih besar

Gambar 1:Contoh sistem smart home menggunakan Bluetooth Mesh. (Sumber:Cypress)

Seperti yang Anda lihat di sini, ada berbagai perangkat di jaringan ini, termasuk bola lampu, kipas angin, termostat, dan pengontrol buta. Rumah pintar yang sebenarnya dapat menggunakan lebih banyak variasi produk Bluetooth Mesh seperti sakelar, peredup, sensor hunian, pengontrol penyiram, dll. Jika Anda merancang produk rumah pintar, Anda mungkin diminta untuk merancang produk yang memenuhi semua aplikasi ini. Jadi, bahkan jika Anda sedang mengerjakan aplikasi smart switch, penting juga untuk menjangkau produk lain.

Masing-masing aplikasi ini memiliki persyaratan desain yang berbeda. Hal yang sama berlaku untuk segmen lain seperti otomatisasi bangunan juga. Idealnya, desain Anda dapat didasarkan pada platform yang menangani sebagian besar persyaratan aplikasi tersebut. Selain itu, Anda harus memiliki kemampuan untuk meningkatkan atau menurunkan versi berdasarkan aplikasi tanpa memerlukan desain ulang firmware yang lengkap.

Mari kita lihat beberapa fitur/spesifikasi silikon yang harus dipertimbangkan sebelum memilih perangkat untuk pengembangan aplikasi Bluetooth Mesh Anda.

Sensitivitas Daya Kirim dan Terima – Salah satu spesifikasi penting untuk perangkat nirkabel apa pun adalah daya Transmisi dan sensitivitas Terimanya. Daya pancar dan Sensitivitas terima menentukan anggaran tautan perangkat dan jarak di mana perangkat dapat berbicara dengan node lain dalam jaringan. Meskipun Bluetooth Mesh dimaksudkan untuk memperluas jangkauan jaringan, daya Transmit dan sensitivitas Terima membatasi jarak antara node individu dalam jaringan.

Seperti yang kami sebutkan sebelumnya, tidak setiap produk sama dan persyaratannya berbeda berdasarkan aplikasi. Memiliki daya pancar yang lebih tinggi juga mengkonsumsi lebih banyak arus. Anda mungkin perlu membatasi daya Transmit untuk aplikasi bertenaga baterai untuk mengurangi konsumsi daya dan meningkatkan masa pakai baterai. Aplikasi seperti sensor suhu dan kelembaban, sakelar pintar, dll. umumnya bertenaga baterai. Mungkin menguntungkan untuk menggunakan daya pancar yang lebih rendah dalam kasus ini. Di sisi lain, aplikasi bertenaga dinding dapat mendukung daya pancar yang lebih tinggi untuk memperluas jangkauan jaringan. Jadi, untuk aplikasi bertenaga dinding, penting untuk memilih perangkat yang dapat mendukung daya pancar hingga 10 dBm.

Perangkat berkemampuan Mesh harus dapat mendukung daya Transmit yang lebih rendah untuk aplikasi bertenaga baterai dan daya Transmit yang lebih tinggi untuk aplikasi bertenaga dinding. Sebaiknya pilih rangkaian perangkat yang menawarkan opsi daya Transmit yang berbeda dalam footprint yang sama dan dengan sumber daya yang serupa. Ini memungkinkan Anda untuk hanya mengubah BOM tanpa harus membuat perubahan tata letak, sehingga menyederhanakan desain produk baru dan mempercepat waktu pemasaran.

Daya pancar yang lebih tinggi umumnya didukung menggunakan penguat daya terintegrasi (IPA). IPA, bagaimanapun, datang dengan biaya tambahan. Untuk mengurangi biaya BOM, pengembang dapat beralih ke perangkat berbiaya rendah dengan daya pancar yang lebih rendah dalam jejak kaki yang sama untuk aplikasi bertenaga baterai, jika opsi tersebut tersedia. Misalnya, untuk memenuhi persyaratan ini, Cypress menyediakan CYW20819 yang mendukung daya pancar hingga +4 dBm dan perangkat lain CYW20820 yang mendukung daya pancar hingga 10 dBm dalam paket yang kompatibel dengan pin dengan rangkaian fitur yang sama.

Konsumsi daya – Konsumsi daya harus diselidiki dengan sangat hati-hati untuk setiap aplikasi, baik bertenaga dinding maupun bertenaga baterai. Untuk membuat produk ramah lingkungan, ada tekanan konstan dari badan pengatur untuk mengurangi konsumsi daya bahkan dengan perangkat bertenaga dinding. Jika produk Anda tidak memenuhi persyaratan konsumsi daya yang ditentukan, Anda mungkin tidak dapat menjual produk.

Ada berbagai faktor yang harus diperiksa saat melihat konsumsi daya perangkat. Pertama adalah konsumsi daya radio selama transmisi dan penerimaan. Sebagian besar node Bluetooth Mesh terus-menerus memindai paket. Dengan demikian, perangkat ini berada dalam mode terima hampir 100% sepanjang waktu, menjadikan konsumsi daya receiver sebagai salah satu parameter terpenting yang harus dipertimbangkan saat memilih perangkat untuk aplikasi Mesh.

Konsumsi daya transmisi adalah spesifikasi penting lainnya mengingat perangkat Mesh yang bertindak sebagai relai harus meneruskan pesan yang diterima. Konsumsi daya pancar harus diperiksa pada daya pancar maksimum yang didukung perangkat. Beberapa perangkat cenderung berkinerja lebih baik pada daya pancar yang lebih rendah dibandingkan saat digunakan pada daya pancar yang lebih tinggi.

Vendor mendukung berbagai mode daya rendah di perangkat mereka. Penting untuk memahami apa yang diperlukan untuk aplikasi Anda sehingga Anda dapat secara akurat memperkirakan konsumsi daya rata-rata berdasarkan waktu yang mungkin dihabiskan perangkat dalam mode aktif dan mode daya rendah lainnya.

Kekuatan pemrosesan – Biasanya merupakan ide yang baik untuk memilih perangkat dengan kekuatan pemrosesan yang baik. Beberapa aplikasi seperti bohlam LED mungkin memerlukan pemrosesan dan modifikasi cepat dalam status LED (Nyala/Mati atau berwarna) berdasarkan permintaan pengguna. Karena perangkat mengkonsumsi daya paling rendah dalam mode daya rendahnya, menggunakan CPU yang lebih cepat memungkinkan tugas diselesaikan dengan cepat. Dengan demikian, perangkat dapat tidur lebih lama sehingga mengurangi konsumsi daya rata-rata secara keseluruhan.

Memori – Persyaratan ukuran Flash dan RAM bervariasi, berdasarkan aplikasi yang dipilih. Penting untuk menemukan keluarga produk yang menawarkan jejak memori yang fleksibel. Implementasi Mesh harus memungkinkan kode aplikasi untuk di-porting antar perangkat dengan jejak memori yang berbeda tanpa usaha tambahan. Ini memungkinkan Anda untuk memilih perangkat dengan biaya lebih rendah untuk aplikasi Anda yang membutuhkan lebih sedikit memori. Juga, beberapa perangkat memiliki ROM untuk menyimpan tumpukan Bluetooth dan driver periferal. Ini membebaskan Flash untuk penggunaan aplikasi. Artinya, perangkat dengan ROM internal dan Flash biasanya lebih cocok untuk produk Bluetooth Mesh.

Periferal – Seperti yang kami sebutkan sebelumnya, periferal yang berbeda mungkin diperlukan untuk aplikasi yang berbeda. Misalnya, bohlam pintar mungkin memerlukan tiga atau empat modulator lebar pulsa (PWM) untuk kontrol LED RGB/RGBW, konverter analog-ke-digital (ADC) untuk pengukuran suhu menggunakan termistor, dan antarmuka I2C untuk berfungsi sebagai antarmuka pengontrol sensor inframerah pasif (PIR). Di sisi lain, termostat memerlukan ADC dan blok manajemen daya untuk mendukung mode daya rendah. Saat memilih platform untuk produk Anda, ada baiknya membuat daftar kebutuhan periferal potensial untuk semua aplikasi dan mengidentifikasi perangkat yang paling sesuai untuk mereka.

Suhu yang diperpanjang dan dukungan suhu industri – Beberapa aplikasi seperti pencahayaan memerlukan dukungan untuk suhu yang diperpanjang (hingga +105° C) mengingat disipasi daya yang tinggi di seluruh subsistem LED dan AC-DC. Karena alasan ini, penting untuk memilih rangkaian perangkat yang menawarkan produk baik dalam kelas suhu industri maupun suhu yang diperluas.

Perangkat Lunak

Perangkat lunak adalah bagian yang sangat penting yang harus diselidiki. Dengan perangkat lunak, kami tidak hanya berarti IDE dan rantai alat tetapi juga Kit Pengembangan Perangkat Lunak (SDK) yang mendasarinya. IDE harus mudah digunakan, seperti IDE berbasis Eclipse yang umum digunakan.

SDK membutuhkan perhatian khusus. Bluetooth Mesh memiliki beberapa model dan tipe node. Penggunaan model dan tipe node tertentu tergantung pada aplikasinya. Agar produk memenuhi syarat sebagai Bluetooth Mesh, model dan jenis node yang mendasarinya juga harus memenuhi syarat. Beberapa vendor tidak memiliki semua model dan tipe node Bluetooth Mesh yang memenuhi syarat. Jika aplikasi membutuhkan model yang tidak memenuhi syarat, beban ada pada pengembang untuk melalui seluruh proses kualifikasi. Itu mengharuskan pengembang untuk benar-benar memahami spesifikasi Bluetooth Mesh dan menginvestasikan uang dan waktu tambahan dalam proses kualifikasi. Merupakan tanggung jawab vendor silikon Mesh untuk mengabstraksi kerumitan itu dan memberikan solusi yang sepenuhnya memenuhi syarat Bluetooth Mesh. Jadi, sebelum memilih perangkat untuk aplikasi Bluetooth Mesh Anda, lihat situs web Bluetooth SIG untuk mengetahui model mesh dan node mana yang memenuhi syarat untuk perangkat tertentu.

Setelah Anda mengidentifikasi perangkat yang mendukung semua model mesh dan tipe node, ada baiknya untuk mengetahui contoh kode referensi yang tersedia. Contoh kode memulai pengembangan dengan teknologi baru yang belum pernah Anda gunakan sebelumnya.

Aplikasi seluler

Ide IoT adalah untuk menghubungkan hal-hal sedemikian rupa sehingga dapat diakses oleh pengguna dengan mudah. Hampir semua aplikasi IoT memerlukan aplikasi seluler, begitu juga aplikasi IoT berbasis Bluetooth Mesh. Baik itu kontrol bola lampu atau pembacaan suhu dari stasiun pemantau cuaca, pengguna ingin mengakses dan mengontrol perangkat menggunakan telepon mereka. Untuk memfasilitasi ini, vendor silikon harus menyediakan aplikasi seluler iOS dan Android untuk produk Bluetooth Mesh mereka.

Idealnya, kode sumber disediakan untuk aplikasi ini sehingga Anda dapat membuat penyesuaian untuk mengakomodasi modifikasi khusus merek dan produk Anda. Jika vendor silikon tidak menyediakan aplikasi ini, Anda perlu mengembangkan aplikasi ini dari awal. Biaya pengembangan aplikasi dapat mencapai $200K+ untuk setiap aplikasi, tidak termasuk dampak waktu ke pasar untuk produk Anda.

Anda juga dapat menonton video Learning More about Bluetooth Mesh untuk belajar membuat jaringan Bluetooth Mesh dan berkomunikasi dengannya.

Dalam artikel berikutnya dan terakhir dalam seri ini, kita akan membahas apakah perangkat silikon atau modul harus digunakan untuk aplikasi Bluetooth Mesh Anda, dan kami akan menjelaskan faktor-faktor yang memengaruhi keputusan dalam memilih di antara dua alternatif ini.