【コラム】

セカンド・オピニオン

165 バスのアーキテクチャ - 過去から未来へ(126)

 

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フィールドバスの色々(その27)ZigBee(その8)

前回ちょっと説明が足りなかったかもしれない、と反省しているのがHidden Node問題。なぜSuperframeを使うとこれが解消できるのか、が前回だけでは明白ではない。Superframe構造を使う場合、全てのノードはコーディネータノードとの通信を行う事になる。161回で説明した用語で言えば、RFDはFFDとしか通信できず、RFD同士で通信する事は出来ない。だからこそ、RFD同士でHidden Nodeはありえないということになる。これはツリー構造上位でも同じ事で、要するに自分がビーコンを受け取った相手としか通信しない訳だ。164回の図1の例でいえば、Node Cがコーディネータをしている限り、Node AとBはNode Cの配下にあるから、Node Cが送信調整を行えばすむ訳で、干渉は起きない。一方Node AないしNode Bがコーディネータをしている場合、Node Cとは通信できてもその先はカバー範囲外となる。したがってNode Cはどちらに属しているか、で通信が決まるから干渉を排除しやすいという話だ。

ただNode AとNode Bがどちらも別々のPANのコーディネータだったりすると、話がややこしくなる。この場合Node Cのあたりは両方のビーコンが思いっきり干渉することになるためだ。これを避けるために、Superframeでまずビーコンを送出した後に、複数のPBP(Post-Beacon Slot)と呼ばれる待機スロットを加えるという案が出ている。ここでコーディネータが相互にタイミングをずらすことで干渉を避けるという方法だが、ビーコンは確かにずらせるし、CAPはまぁ干渉があればそもそも送出しないので問題は無い(無くは無いのだが、プロトコル的な矛盾はない)として、CFPの中のGTSをどうするのか? という問題は残されたままになっている。今のところこれらは運用でカバーということになっているようだ。

ついでに付け加えておくと、このSuperframe自体が現在はOption扱いである。というのは、161回に出てきた構造のうち、Superframeで取り扱えるのが唯一Star Topologyだけだからだ。複雑なネットワーク構造だとそもそもビーコンが届かないから、ビーコンのリピータ機能を用意するとかいう話になってしまうためで、この結果、通信はPeer-to-Peerの場合もあれば、n対nの場合も存在する事になる。

ということで、PHY層では単なる無指向性の送受信が、MAC層ではPeer-to-Peerの送受信だったりn対nの送受信になったりする。そこで、MAC層ではこの両方をカバーしている。

送受信方法は、そもそもBeacon Mode(つまりSuperframeを使う)とNon Beacon Mode(n対nでの通信)、およびPush/Pullで区別できる。図1~4は、各々の通信シーケンスを簡単にまとめたものだ。一番簡単なのはNon Beacon ModeにおけるPush、つまり相手にデータを渡す場合で、単に相手にデータを垂れ流すだけである。ACKすらオプションなのは、例えば温度センサーにいちいち返事を返しても仕方が無いので、こうしたケースでは単に垂れ流しておくだけで良い。これがPull、つまり相手からデータをもらう場合は図2の様にちょっと複雑なハンドシェイクが必要になる。一番大きいのはかならずACKが必須となることで、垂れ流しは許されない。このPull式が利用されるのは、Sleep出来るノードの場合である。例えば照明機器(161回目の図2で言うところの、照明グループ1とか2、天井照明などのランプ内に入ってるノード)の場合、自分でデータを出す必要はない。基本的にはスイッチをOnにしたらそのままずーっとOnになっていて欲しい訳で、だから逆にいえば普段はSleepに入っていてかまわない。が、照明コントローラで設定を変えた場合はそれに合わせてWakeupし、照明コントローラからのデータを受け取ってそれに合わせて輝度を変える必要がある。この場合照明コントローラ(内のNode)は、必要な電球(に入っているNode)に送信要求を出してWakeupさせ、各電球内のNodeはとりあえずペイロード0のデータを送った後、今度は照明コントローラからのデータを受け取って、それに合わせて輝度を変更、終了後Sleepに戻るといった動き方をする。

図1

図2

図3

図4

これはBeacon Modeも大差ないが、大きな違いはまずBeaconを受け取ることだ。この受信で同期を取って、以後はPushなりPullなりの動作に入ることになる。その際、Beaconの中に個別NodeへのPending情報(送るべきデータの有無を示すもの)が格納出来るので、各ノードはこれを見て必要に応じてPullを出せる、というメリットがある。

省電力性、という観点から見るとBeacon Modeの方が省電力性を高めやすい。BOがそれなりに長い、という前提はあるが、各NodeはとりあえずBeacon受信の時だけWakeupし、そこでPending情報の有無と、自Nodeから送信すべきデータの有無を確認。どちらも無ければ次のBeacon受信までSleepに入れるからだ。ただ逆にBOが短いとむしろ消費電力が増えかねないし、Beacon Modeはトポロジに制限がある。そんなわけでセンサーネットワークなどではNon Beacon Mode、照明とか空調のコントロールではBeacon Modeといった使い分けがなされているのが実情のようだ。

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インデックス

連載目次
第421回 MCUで遊ぼう Part2 (12)
第420回 MCUで遊ぼう Part2 (11)
第419回 MCUで遊ぼう Part2 (10)
第418回 MCUで遊ぼう Part2 (9)
第417回 MCUで遊ぼう Part2 (8)
第416回 MCUで遊ぼう Part2 (7)
第415回 MCUで遊ぼう Part2 (6)
第414回 MCUで遊ぼう Part2 (5)
第413回 MCUで遊ぼう Part2 (4)
第412回 MCUで遊ぼう Part2 (3)
第411回 MCUで遊ぼう Part2 (2)
第410回 MCUで遊ぼう Part2 (1)
第409回 MCUで遊ぼう(57)
第408回 MCUで遊ぼう(56)
第407回 MCUで遊ぼう(55)
第406回 MCUで遊ぼう(54)
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