Bluetooth プロトコルスタックについて

Raytac Corporation

A BT4.1 & BT4.2 module maker based on Nordic nRF51 & nRF52 solution 

(nRF51822 & nRF51422 & nRF52832 & nRF51802)

www.raytac.com

Tel: +886.2.3234.0208

email: service@raytac.com

日本での代理店への連絡は下記の通り。

株式会社フクミ (Fukumi corporation)

消費材企画開発Gr. LBTチーム　（Consumer Products R&D Group, LBT team)

榊　和優　（Kazumasa Sakaki)

Tel : 03-5687-2890 (+81-3-5687-2890)

Mail : lbt_bt@fukumi.co.jp

ブログから引用。詳細は下記Link先へ。

Bluetooth プロトコルスタックについて

Bluetooth(BLE)の通信を実現するプロトコルスタックは
下記のような階層構造となっています。

今回はこの中でも開発者が良く触る「GAP」「GATT」「ATT」について
簡易にその役割をまとめます。

■GAP（Generic Access Profile）
ここではBluetoothデバイス間の通信制御の仕様を規定しています。
・デバイスの発見及び認証
・Bluetoothデバイス間の通信の確立及び暗号化

BLE仕様においては最上位となる定義であり、すべてのBLEデバイスがこの定義に準拠、
またサポート・実装していなければならないです。 

■GATT（Generic Attribute Profile）
ここではBluetoothデバイス間のデータ交換における論理的な仕様を規定しています。
・データ要素の検索方法、書き込み・読み出し・プッシュ
・サービス・キャラクタリスティック・ディスクリプタ―
(Services・Characteristics・Descriptors)

すべてのBLEデバイスは、GATTで定義されている仕様のもとにデータのやり取りをおこないます。

■ATT(Attribute Protocol)
ここではGATT通信を実現する通信手順の仕様を規定しています。
・属性情報の交換

以上、非常に簡易では御座いますが、
一部BLEプロトコルの説明でした。

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認証取得済みBLEモジュールと開発環境

BLEモジュールを選定する際に各国の認証取得状況やBluetoothロゴ認証の有無は
初期費用予算との関係や信頼性の点で、判断材料としては大きな要素かと思います。

ただし、取得済みだからといって
自身が想定している環境で組み込めるとは限りません。

開発環境において
モジュールの評価段階において以下のことを確認しておくと良いと思います。

①電波法の出力設定
例えば、NordicのnRF52832の場合、送信出力を+4dBm ~ -20dBmの範囲で
プログラムが可能です。
現在選考されているBLEモジュールが電波法の技適マークを取得している場合、
どの送信出力設定で空中線電力の規定値内であると評価を受けているか確認が必要です。

もし、最大値の+4dBm未満での取得の場合は、
自身の開発時に送信出力を+4dBmでプログラムしてしまった場合、
基準値以上の空中線電力となる可能性があり、違法となってしまうので注意が必要です。

Raytacのモジュールは+4dBmの設定にて技適マークを取得していますので、
プログラマブルな範囲では規定値を超すことは有りませんので安心です。

②QDID vs SDK+SoftDevice
選考されているBLEモジュールがNordicのSoCを採用している場合は、
Nordicが用意するSDKとSoftDeviceを利用するかと思います。
その際注意が必要なのが、どのバージョンを選択するか？という事です。

まずはQDIDからどのSoftDeviceのバージョンが対応しているか確認する必要があります。

（例えば、RaytacのBLEモジュールの場合）
品番「MDBT40(SoC nRF51822)シリーズ」はBluetooth 4.1にてQDIDが登録されています。
これは直近のSoftDeviceで言うところのS11xにあたります。
この場合、S130とそれに対応するSDK11.0.0の組み合わせで開発を進めてしまった場合、
Core ICSの結果とQDIDの情報に不一致が発生してしまうため、新たにDIDの取得が必要です。
したがってS13xで開発を進める場合はMDBT42Q(SoC nRF52832)を検討する必要があります。

以上の様に、モジュールの提供者に認証取得範囲で使用するための各種条件を

事前に確認されることをお勧めいたします。

フラッシュメモリとOTA-DFUについて

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http://bluetooth.tokyo/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%A1%E3%83%A2%E3%83%AA%E3%81%A8ota-dfu%E3%81%AB%E3%81%A4%E3%81%84%E3%81%A6-478.html

もしあなたが開発者であれば、簡単にファームウェアをアップデートできる様な
メモリー技術を選択するのは非常に重要であることは理解されていると思います。

何故なら、エラーを見つけたときに製品を捨てる必要がありませんし、
もしそれが市場にリリースした後であれば、大きな損害から避けることが出来るためです。

ファームウェアは不揮発性メモリ（ROM、EPROM、フラッシュメモリ等）に格納されています。
今回はDFUが可能なフラッシュメモリとその恩恵についてもう少し見てみましょう。
＊DFU・・・Device FirmWare Update

●無線通信で製品をアップデート
過去においてはファームウェアをROMに書き込むのことは非常に大変で、
特に製造後に変更するという事は考えられませんでした。
またインターネットが普及する前においては、
不具合製品は製造元に戻され更新されるか、単純に廃番とされました。
この様に最初から製品を再構築する行為は、
最悪、経営困難な状態に陥れるほどの経済的なインパクトがあるケースもあります。

昨今においては無線でファームウェアを更新できるようになったため、
この様な状況を回避できるようになりましたし、
競合会社においても日々製品を改善するために、
無線通信で製品のアップグレードを定期的に行っているところもあります。

●十分な試験と評価をしてリリースしているのに、なぜ更新が必要なのか？
もし自身の製品が100%完璧だと思っても、
セキュリティー面であったり、バグの解消を伴うアップデートは必要不可欠です。
問題は遅かれ早かれやってくるものが常です。
また、サードパーティーに対応する事にも準備することは忘れてはいけません。
例えば、Bluetooth自体の仕様更新や、iOSやAndroidの更新などがそれに該当します。

台湾Raytacが供給するBLEモジュールはNordic Semiconductorのチップを搭載しており、
それは他のソリューションと比べても少ないメモリ要求でOTA-DUFを可能としています。
＊OTA-DFU・・・Over The Air – Device Firmware Update

これによって、いつでもプログラムメモリ全体（若しくは一部）において
更新を掛けることが可能です。

もしスマートフォンのOS更新によって、あなたの製品も更新が必要となる状況が発生したら
ユーザーは元々約束された機能を果たすことを引き続き期待されるはずです。
（それがサードパーディーのOSに依存している製品であってもです）
したがって、更新が出来る様に設計されていない製品は
その都度ユーザーからの支持を失ってしまう結果を招いてしまいます。

●ファームウェア更新の恩恵
－市場投入の時間短縮
－無線通信でパッチの適用が可能に
－市場環境変化への適用

●市場投入の時間短縮
あなたの市場において、競争力のあるポジションをキープしようとする場合、
トレンドに対して目を光らせて、機会に対して素早い対応が必要となります。
もし市場投入前に市場に合わせた完璧な製品を企画し、作り上げていくスタイルであれば、
既に競合は先に行っていることでしょう。
100%以前の段階で市場に投入し、そこで無線通信を使用して更新・磨き上げていく事が
OTA-DFUの利点を活かす方法になります。

●無線通信でパッチを適用する
完璧なソフトウェアは有りません。
オプションとしてOTA－DFUがないときは、
市場投入する前に製品のテストに非常に多くの時間を費やすこととなりましたが、
今日では前述の通りそうではありません。
セキュリティーホールやバグフィックスの対応を回収することなく、
無線通信で素早く行えるのがOTA-DFUの最大の魅力と言えます。

●市場環境変化への適用
製品を完成する事ばかり気にしていてはいけません。
競合はその間に新しい機能を追加して、あなたのユーザーもそれを知ることになります。
OTA-DFUを使用することにより、上述の通りすぐ対応できる体制が整っています。
市場からの声に耳を傾け、競争力のある製品作りを目指しましょう。

●更新情報をユーザーに通知する
これには幾つかの方法があります。
一つは定期的にファームウェアの更新情報を定期的に読み込みに行く機能を付加する事ですが、
インターネットに直接つながっている必要があり、モノによっては現実的でありません。

他には直接的なインターネットとの接続ではなくモバイルAPPを介して更新する方法です。
これは互換性のあるソフトウェアを選択してアップデートをかけられるメリットがあります。

もし、ユーザーが製品を登録している場合は、メールやSMS等のメッセージサービスを利用して
ユーザーに通知する事も出来ます。
ユーザーには必要なアクションを取ってもらうセミオート式のアプローチですが、
マニュアル操作は最小限に抑えられるでしょう。

またもしあなたの製品がポピュラーな場合は、OTA更新をリリースすることも検討できます。
製品サービスの加入者をグループに分け、個々に通知を分けることで
サーバーへの負荷も分散できるメリットがあります。

以上の様にOTA-DFUが出来る設計はユーザーの期待に応えるうえでも
競争力の観点からもメリットが非常に多い事がわかります。
またメモリを最小限に利用する為にもNordicのソリューションを検討することは
他社に差をつける一つの要素になりそうです。

2016年5月21日より技適マークの無い海外端末が、条件付きで日本国内で合法的に使用可能になります。

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http://blogfromamerica.com/?p=30978

電波法改正案が議会を通過して昨年（2015年）5月22日に公布され、総務省はこれを受けて運用上の細則を公布後1年間の間に決めるように勧告されていました。何度かの意見募集を行った後、総務省「海外から持ち込まれるWi-Fi端末等の利用」の施行を2016年5月21日から実際に運用する予定であることを発表しました。
【総務省】電波利用に関する制度> その他の制度> 海外から持ち込まれるWi-Fi端末等の利用
※　画像をクリックすると、PDFファイルが表示されます。

これによると、海外から日本へ持ち込む電子端末で、日本の技適（技術基準適合検査通過）マークの無い端末に関しては、以下の条件で日本国内で短期間（長期滞在ビザの不要な90日以内）使用できます。
１．　対象は、Wi-Fi、または、Bluetoothの電波を発生する電子機器（ノートパソコン、スマートフォン、タブレット、モバイルゲーム機、等）。
　－　使用可能なWi-Fi周波数は、2.4GHz（屋内外）、5.2GHz帯（屋内）、5.3GHz帯（屋内）、5.6GHz帯（屋内外）。

２．　本体に米国のFCC認証や欧州のCEマークが付いており（または本体で表示でき）、かつ、Wi-Fi Allianceの認証ロゴが本体または取扱説明書でWi-Fi Allianceの認証を受けていることが確認できる端末であること
※　端末ごとのWi-Fi　Allianceの認証有無は、
【Wi-Fi　Alliance】Product Finder
でも確認できる。
　

３．　Bluetoothを使用する場合には、Bluetooth　SIGのロゴが付いているか、取扱説明書等でBluetooth　SIGの認証を受けていることが確認できること。

４．　この端末での通信は、以下のWi-FiまたはBluetooth接続に限る。
（１）この端末から、公衆WiFiへ接続する場合
（２）この端末から、技適マークが有ってテザリング機能のある通信機器（他のスマホ、無線LANルーター（ポケットWi-Fi）、等）にWi-Fi経由で接続する場合　
　－　（ただし、周波数は2.4GHz　Wi-Fiのみ使用許可。日本では5GHz　WiFiは屋外使用は認められていない。接続周波数の確認は、自分で事前に調べること。）
（３）この端末から、同様にBluetooth　SIGの認証を受けているワイヤレスホン、小型スピーカー、自撮り棒等に接続する場合

５．　使用期間は、入国から90日以内とする。

６．　他国から持ち込んだ無線LANルーター（ポケットWiFi）は、技適マークが付いている場合にのみ、日本国内で使用できる。

７．　ちなみに、技適マーク無しの機器による日本国内での有線LANの接続も、イーサネット（10Base-T、100Base-TX、1000Base-TX）での接続を今回、明確に許可。（これも、入国から90日以内に限る。）

８．　入国から90日を超える場合には、技適マークが付いた機器を使用する。（

電波法 技術基準適合証明について

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http://bluetooth.tokyo/

Bluetooth製品を日本市場で販売する場合、
（厳密には「電波を利用する場合」ですが）
Bluetooth SIGのロゴ認証（DID認証と呼ぶ人もいます）以外にも
電波を利用するにあたり電波法を遵守しなければいけません。

今回は技適マークとは？申請のフローは？等を含め
説明していきたいと思います。

１．電波法とは？
電波法は総務省の管轄で、今日今日の資源である「電波」が正しく利用されるようにするための
法律です。

＊「電波」とは電波法においては3,000GHz以下の周波数の電磁波と定義されています。

２．電波法と免許の関係
電波の取り扱いには専門の知識が必要ですので、アマチュア無線を例にとっても分かるとおり、
無線設備を利用するには「免許」が必要です。
ところが、例えば携帯電話のユーザーが免許を取得しなければならないとなると、
このテクノロジーが持つ利便性が著しく損なわれてしまいます。
そこで、利用にあたって免許が必要ない「免許不要局」と呼ばれる無線設備が存在します。
我々が普段から利用しているBluetoothの無線設備のほとんどは、この免許不要局に属するものです。

３．特定無線設備とは？
免許不要局の中でも、総務省が特別に定めた無線設備のカテゴリーがありますが、
これを「特定無線設備」と呼びます。
＊るBluetooth製品も特定無線設備に該当するケースが殆どです。

４．登録証明機関
登録証明機関はこの特定無線設備に対して、
総務省が定める技術基準に適合しているかどうかの審査を行うことができます。
この審査を「技術基準適合証明」および「工事設計認証」と呼びます。

５．技術基準適合証明と工事設計認証について
「技術基準適合証明」は、製品の型式に対してではなく無線設備の各個体に対する証明形体で、
少量生産や特定の場所に設置して使用する物に対して選択されるケースが多いです。

各個体に対する証明ですので、証明を受けたものと全く同じ設備を新たに製造した場合でも、
新たに申請・証明が必要になります。

「工事設計認証」は、試験や審査の対象となるサンプルは1台のみですが、
量産品に対する性能保証の為、無線の設計書に加え生産の品質管理に係る審査も行います。
認証は1つの型式に対して行われ、以降の同じ生産品に関して追加の申請が不要となります。

一般に小売されるか、不特定多数のユーザーに供給する製品に対して選択されるケースで、
我々の様に消費者向けの製品を大量製造する場合に工事設計認証を取得する事が普通です。

６．工事設計認証　取得までの流れ

（１）登録証明機関へ申請
＊登録証明機関のリストは総務省の電波利用ホームページに掲載されています。
＊機関によって証明／認証が出来る設備の範囲が違いますので事前に確認が必要です

（２）「工事設計書」の提出・審査
＊無線設備の設計内容や電波の発信についての仕様についての情報
＊補足として製品仕様書、回路図、取説等を提示する場合があります

（３）特性試験
サンプルを提出し下記項目を試験してもらいます。

・空中線電力： アンテナ給電点のRF 電力の測定
・周波数偏差： キャリア信号の基準値からの周波数偏差の測定
・占有帯域幅： 放射されたRF 電力が占める周波数帯域の幅の測定
・放射スプリアス： 波形の歪による高調波など、送信周波数以外で発生する電波の測定
・副次的なノイズ： 受信状態で発生するノイズの測定
・隣接チャンネル漏洩電力：マルチ・チャンネルの無線設備において、
送信チャンネルから隣のチャンネルに漏洩するRF 電力の測定
・混信防止機能： 送信周波数の重複を避けるための、混信防止機能の確認

（主な項目です。無線設備によってはこれ以外の項目を確認する必要があります）

（４）対比照合審査
サンプルが工事設計書通りかの確認です。

（５）確認方法書の審査
工場で量産される無線設備が提出されたサンプルと同一に製造されるかどうかについて、
その品質保証体制を審査します。
尚、申請無線設備を製造する工場、またはその管理者がISO9001 の登録（又は認証）を
受けている場合、その認証書のコピーを提出することで、この確認方法書の審査を
省略することができます。
ISO9001 の登録（又は認証）を受けていない場合は、提出された確認方法書の審査を行います。
尚、この審査において、実際の工場に出向いて現場の監査を行うことはありませんが、
「組織図」や「QC 工程図」など生産管理に係る書類の提出を要求することがあります。

以上の流れで問題ない場合に証明書が発行され技適マークが表示できるようになります。