SmartMeshには、ある特定のイベントが発生した場合だけネットワークに参加するという機能があります。それが、「Blinkモード」です。今回は、通常のMoteとBlinkモードに設定されたMoteの違いを試してみます。
SmartMeshのステートマシン
Blinkモードの説明の前に、SmartMeshのステートマシンを簡単に説明します。SmartMeshのMoteは、内部的にMasterモードとSlaveモードの2つのモードがあります。今回は、Masterモードで動かしています。
SmartMeshの各ステート
SmartMeshは、Masterモードに設定されていると、ネットワークへの接続は自動で行うようにできています。使用する際には、あまり意識する必要はないかもしれないのですが、SmartMeshのMoteがどのような状態であるかを知ることは、実際にノードを設置した時に役に立ちます。ここでは、ネットワークへの接続・切断時におけるMoteの状態について簡単に説明します。
電源投入時
Moteの電源投入時は、「IDLE」という状態にあります。その後、「Search」になり、接続するネットワークを探します。ネットワークを見つけると、下記の3つの状態を遷移しネットワークへ参加します。
- 「Joining」ネットワークへ参加要求。
- 「Connect」ネットワークへ接続する。
- 「Active」ネットワークへ参加する。
ネットワークへ参加すると、「Operational」になり、データ通信を始めることができます（図1）。
図1：IDLEからOperationalステートへの遷移
電源が切断およびネットワークがリセットされた時
電源が切断された場合や、ネットワークから切り離された場合は、「Lost」になり、「IDLE」に戻ります（図2）。
- 「Lost」「Operational」から「IDLE」へ移行します。
図2：OperationalからIDLEへの遷移
Moteのステート確認方法
Moteのステートを確認する方法は、シリアル接続されたCLI（Command Line Interface）を使用します。図3はネットワークに接続する前の状態です。この時点では、まだネットワークへの接続をしている段階です。Moteの状態を見るには、minfoコマンドで確認することができます。
図3：CLIでSearch, Connect、Activeのログ出力
ネットワークに参加すると、Moteは「Operational」になります。minfoコマンドでは、「Oper」となっています（図4）。
図4：Operationalとして、ネットワークに参加してます。
「Operational」は、インフラストラクチャーモードとも呼ばれており、Meshネットワークでは常にオンラインのMoteとして動作します。
アプリケーション上のヒント
実際のIoTノードとして運用するには、比較的頻度の高いネットワーク監視が必要なノードとして利用するのに向いています。
Blinkモードとは？
では、Blinkモードについて説明します。Blinkモードは、インフラストラクチャーモードとは違い、ネットワークには参加しているが、必要な場合のみ参加するMoteです。
Blinkモードの特徴
Blinkモードの特徴は4つあります。
- 低消費電力での運用
- 極めて低いレイテンシー
- 最大500,000ノードを設置可能
- MoteからManagerにのみの片方向通信
そのため、IoTのセンサーアプリケーションでは、突発的な変化を通知するアラーム的な装置や、通信頻度の低い運用に向いています。データ送信量は、通常のMoteと同じです。
Blinkモードのステート
SmartMeshのネットワークにおいて、Blinkモードに設定されたMoteの状態をみてみましょう。電源ON時の初期動作は、Masterモードに設定されています。
「Blink」モードでは、「IDLE」や「Operational」のような状態が変化することはありません。常に「Blink」状態です（図5）。
図5：CLIでBlinkモードになっていることを確認
Blinkモードでは、JoiningやConnectなどの接続プロセスが不要なので、極めて低いレイテンシーを実現できるようになっています。
Blinkモードを活用する
今回もVManagerの環境で、BlinkモードのMoteがどのようなデータを送信しているのかを、ログ出力で確認してみます。
Blinkモードの状態を確かめてみる
前回同様、VManagerへはSSHでログインして、consoleから確認します。
参加しているMoteを確認するために、smコマンドを入れてみます（図6）。
図6：smコマンドで、Moteの確認
このログからは、AP Mote（Manager）は1台で、Motesも1台となっています。ですが、有効なMotesがあることを示すLiveが2となっていることが確認できます。そのうちの1台がBlinkに設定されているということが読み取ることができます。
ちなみにもう1台Moteを追加してみた場合のログです（図7）。
図7：Live:3を確認
Blinkモードのデータ
Blinkモードのデータを確認するには、コンソールのコマンドにtrace data onと入力します。
図8：Blinkモードのデータ
赤い枠で囲ったところが、Blinkモードからのデータです。緑色の枠で囲ったところにlatencyが記載されています。ここでは、latency: 0msになっていることがわかります。通常のMoteに比べると極めて早い接続でデータを送出していることが読み取れます。
低レイテンシーのしくみ
低いレイテンシーは、Blinkモードは「コネクションプロセスがない」ということが大きな特徴です。その代わりに、ManagerからBlinkモードになっているMoteへのデータはできないプロトコルになっています。
BlinkモードのMoteをビルドする
ここまでは、BlinkモードにしたMoteの動きについて解説してきました。ここからは、Blinkモードにするためのビルド方法について解説します。
ocsdkをダウンロードしよう
MoteをBlinkモードにするためには、ファームウェア（実際には、アプリケーション部分）を書き換える必要があります。まずは、2つのファイルをダウンロードします。
1）ocsdkをダウンロード（@GitHub）
2）SmartMeshのバイナリ SmartMesh_IP.zip
ocsdkを展開すると、図9のような構成になっています。
図9：ocsdkのフォルダ構成
開発環境は、EWARM
開発環境は、IAR Systems社の「Embedded Workbench for 」を使用します。ocsdkのコードサイズが大きいので、実験するのであれば30日限定バージョンがオススメです。
IAR Systems Embedded Workbench for
SmartMeshのライブラリをコピーする
SmartMesh IPのファイルには、ocsdkで必要となるincとlibが含まれています。このファイルをocsdkのsrcフォルダにコピーする必要があります（図10）。
図10：incとlibをsrc下のディレクトリへコピー
SmartMeshのblinkサンプルコードを読み込む
ocsdkのファイルには、30種類を超えるサンプルが用意されています。その中で、all_projects.ewwというファイルを選択します。プロジェクトサンプルを選択します。
図11：all_projects.ewwをダブルクリック
IAR Embedded Workbench for 上に、SmartMeshの全プロジェクトサンプルが読み込まれたところ。
図12：all_projects.ewwを読み込んだ状態
一覧のタブから01-blinkのタブをクリックすると、Blinkプロジェクトファイルにフォーカスされます。
図13：Blinkプロジェクトファイルを選択
ファイルをちょっと改造してみる
図13にBlinkプロジェクトのファイル中にあるpayload部分は、少し手を入れた箇所になります（図14）。元々は、1からインクリメントした値がpayloadに入っているんですが、データを書き換えています。
図14：payload部分の書き換え
また、dnm_loc_blinkPayload関数にpayload[]が書き込まれています。あくまでも、データ部分を書き換えているだけなので、大きな変更はしていませんが、VManagerのログ画面にもそれは表示されている様子がわかります。見つけられますか？
図15：書き換えたpayloadのログ出力
ビルドしたデータをバイナリ変換
IAR Embedded Workbench for でビルドが成功すると、01-blink¥Debug¥Exeディレクトリに、ocfdk_01_blink.outファイルが出来上がります。
図16：ビルドしたBlinkモードのElfファイル（拡張子.outです）
ビルドした後は、バイナリ変換する必要があります。
ツール内に、バイナリ変換するメニューはありますが、そのままではSmartMeshで使うことができません。バイナリのヘッダ部分のCRCチェックアルゴリズムが異なるためです。そこで、ocsdkには、バイナリ変換を行うためのPython scriptdustElfToBon.pyが用意されています。
dustElfToBin.pyを使う
dustElfToBin.pyを使うには、事前にPython2.7.x系のインストールが必要です。プロジェクトファイルには、ビルドが終わった後に、dustElfToBin.pyを実行するように組み込まれています。
Pythonのインストール関係は、こちらを参考にしてください。
dustElfToBinを実行すると、SmartMesh用のバイナリファイルができます（図17）。
図17：SmartMesh用のBINファイルが生成された
変換されたバイナリファイルocfdk_01_blink.binができました。
Pythonスクリプトがうまく動かせない場合
Pythonスクリプトがうまく動かせないケースもあるかもしれません。そんな時は、使用環境のパスや環境変数を見直してみてください。
Moteにファームウェアを書き込む
ファームウェアの書き換え方法は、前回AP Moteに変更した時と同じ手順で実行することができます。espフォルダに集めておくと簡単です。
書き込むファイル
Moteに書き込むファイルは、以下の4つです。
FuseTables
MoteのFuseTableは、WO_D603679_内のFT-LTP5902-IPMA-M4-115K-680-0241-003REV1.binを使用します。Eternaフォルダ内のFuseTablesからコピーしてきてください。
Mote
Moteのパーティション情報は、rev_1_4_1内のmote_part_r52074.binを使用します。Eternaフォルダ内のMoteからコピーしてきてください。
loader
Moteのローダ情報は、loader_1_0_6_4_oski.binを使用します。同じくEternaフォルダ内のMoteにあります。
Application
Applicationは、今回作成したocfdk_01_blink.binを使用します。今回は、Moteのアプリケーション部分を書き換えるため、このようなバッチファイルを使って、ファームウェアを更新するといいでしょう。
実際に書き換える部分は、esp -P ocfdk_01_blink.bin 1000です。
Moteのアプリケーションを書き込むバッチファイルの記述例
echo off echo " ========== Erasing AP Mote" esp -E echo " ========== Programming Fuse Table" echo " " esp -P FT-LTP5902-IPMA-M4-115K-680-0241-0003REV1.bin 0 echo " " echo " ========== Programming Partition Table" echo " " esp -P mote_part_r52074.bin 800 echo " ========== Programming AP Mote code" echo " " esp -P ocfdk_01_blink.bin 1000 echo " ========== Programming Loader" echo " " esp -P loader_1_0_6_4_oski.bin 77800
Moteを戻したい場合
Moteに入っていたアプリケーションに戻したい場合は、Moteフォルダのmote_ip_1_4_1_8_oski.binをアプリケーションのセクションで使用してください。
まとめ
いかがでしたか？細かい手順などいろいろ解説しましたが、Moteの状態やアプリケーション部のビルド方法など、どれも実用的な内容で解説しました。Blinkモードは、SmartMeshとしての難しい動作は特にないですが、アラート通知のようなセンサーや、データの書き換え部分など、どのように実装していけばいいか理解できれば、様々なセンサーに応用できます。低消費電力で動かせるSmartMeshを是非お試しください。
SmartMeshの評価キットDC9021Bは、すぐにIoTセンサーネットワークが構築できます。今回紹介したSmartMeshのBLINKモードは、5Gのグラントフリーと同じコンセプト。アナログ・デバイセズのSmartMeshで、簡単IoTセンサーネットワークを構築してください！
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