Bluetoothに基づくbeDMXプロトコルによるワイヤレスDMX伝送

ワイヤレス照明制御システムでは、コンソールがDMX信号を生成し、それをケーブルを介して無線送信機に送信します。この送信機は、信号を無線チャンネルで受信機に送信し、受信機がそれを再びDMX信号に変換して照明器具を制御し、通常は有線接続を介して提供されます。

ワイヤレスモジュールは、DMX信号をポイント「A」から「B」「C」などの複数のポイントに伝送し、ケーブルの設置が現実的でない障害物をバイパスすることを可能にします。

このソリューションは特に、軸周りを回転する可動円がある回転劇場ステージなどの動的な舞台セットアップにおいて価値があります。電力はスリップリングまたはブラシコンタクトを介して回転セクションに供給されますが、ケーブルを通じてDMX信号を送信すると、追加の複雑さをもたらします。

DMXネットワークは本質的に多数のデバイスが絡む複雑なものであり、ケーブルラインの念入りな計画と設置が必要です。これらのラインは適切な終端、負荷分配、特殊なケーブルおよびコネクタを必要とし、無線システムが最適な選択となります。ラジオ送信機は、長いケーブルを敷設することが実用的でないときに照明システムの展開を迅速にします。

しかし、有名アーティストのコンサートのような大規模なイベントでは、音楽、ボーカル、振付と照明の正確な同期が重要で、そのような場合にはラジオ信号の伝送が十分な信頼性を欠く可能性があります。照明シーンのわずかな中断でも重大な結果を引き起こす可能性があるため、有線接続の方が望ましいです。

エリクソンは1876年に設立され、初期には鉄道や軍事用のフィールド電話の製造、および電信や信号機器の修理に注力していました。このスウェーデンの企業は事業を拡大し、近隣諸国、ロシア帝国内の都市、海外市場にネットワーク機器を供給しました。

1990年代初頭、携帯電話の人気が急上昇しました。市場のリーダーであったエリクソン・モバイルは、デバイスの機能を強化しようとしました。

Bluetoothのコンセプトは、エリクソンの技術ディレクターであったニルス・リドベックによって生まれました。1994年に彼はエンジニアのヤープ・ハーツェンに、電子デバイス間で音声とデータを送信する短距離無線技術の開発を依頼しました。既存のソリューションは、直接接続、音声とデータの同時伝送、低消費電力などのすべての指定された基準を満たすことができませんでした。ハーツェンが調査した他の技術もまた、基準を満たしませんでした。

ハーグでのIEEE会議で、通信と無線PCネットワークに関するシンポジウムにハーツェンが参加したとき、重要な瞬間が訪れました。1995年には、スウェーデンの無線技術専門家であるスヴェン・マッティッソンが彼に加わりました。

同年、エリクソンは短距離無線通信技術の開発を開始しました。互換性の確保とより広範な普及を図るためには、他の企業との協力が必要でした。1998年、エリクソン、インテル、IBM、ノキア、東芝は、技術を標準化するためにBluetooth Special Interest Group（SIG）を設立しました。

ノキアはモバイルデバイスとのBluetoothの統合を改善し、東芝はコンピュータとのハードウェアの互換性を保証し、IBMはプロトコルを標準化し、Bluetoothを普遍的なプラットフォームに変えました。

インテルのジム・カーダックは「Bluetooth」という名称を提案しました。これは10世紀のデンマーク王、ハラルド1世 Bluetooth にインスパイアされたものです。この王が異なるデンマークの部族をひとつの王国に統一したように、Bluetooth 技術は PC とモバイル通信の多様な領域をシームレスなワイヤレスエコシステムに統合することを目指しました。これは、様々な通信プロトコルを普遍的な標準に接続する架け橋として構想され、デバイス間の境界を取り払ってデジタル王国を創造するものです。

この王のニックネームは暗い前歯に由来しています—デンマーク語で「Blåtand」です。現代のスカンジナビア語では「blå」は「青」を意味しますが、バイキング時代には「黒」を指し、実際の歯の色を反映していた可能性があります。その時代の航海、戦争、略奪の課題を考えると、バイキングの歯の健康状態は悪かったと推測され、歯が黒ずんでいたという説を裏付けています。

当初は一時的な名称として意図されていた「Bluetooth」は、「RadioWire」や「PAN」のような別の名称がオンラインで一般的に使用されていたため却下され、結局この名称が残ることになりました。「一時的な解決策ほど永続的なものはない」という格言は真実であり、この技術はその元の名称と意味を保持しました。

Bluetooth のロゴは、無線通信の認知されたシンボルとなっており、二つのスカンジナビアのルーン文字を組み合わせています：ハガル ᚼ と ベルカナ ᛒ、これによりハラルド Bluetooth 王のイニシャル（ハラルド・ブロータン）が表されています。

DMX信号用Bluetooth送信機は、最大3 Mbpsのデータ伝送速度をサポートし、79の無線チャネルで動作し、32のチャネルで信号を検出します

Bluetooth技術は周波数ホッピングスペクトラム拡散（FHSS）に依存しており、2.4 GHz帯で動作し、複数のサブ周波数に分割されています Bluetoothデバイスはこれらのサブ周波数間を継続的に切り替え、スペクトラムアナライザー上で信号が雑音のように見えるようにします

Bluetoothネットワークの核となるのはピコネットであり、1つのマスターデバイスと最大7つのアクティブなスレーブデバイスを接続します。ワイヤレスDMX伝送には、送信機と受信機の最低2つのデバイスが必要であり、スター型トポロジーで配置されます。

Bluetoothは2.4 GHz帯を利用し、79のサブ周波数に分割し、干渉を最小限に抑えるために急速な周波数ホッピングを採用しています。例えば、あるデバイスペアは周波数1、20、31の間でホップし、別のペアは2、38、49を使用するかもしれません。

各ピコネットは独自のホッピングシーケンスに従い、独自の動的に変化する周波数で動作し、信号の重複を減少させます。これによりBluetoothを介したワイヤレスDMX伝送は干渉に対して耐性があり、各デバイスペアは他と不明な独自のホッピングパターンを使用するため、複数のBluetoothグループが近接して機能することが可能です。

データパケットは異なる周波数にまたがってセグメントで送信され、意図された受信者のみがそれらを再構成できるため、傍受からの安全性が高まります。

私たちのデバイスは、基本的な周波数ホッピングを超えて、空中を積極的に分析し干渉を特定します。

beDMXプロトコルは、適応周波数ホッピング（AFH）を組み込んでおり、デバイスが自動的にクリアなラジオチャネルを選択し干渉を避けることを可能にします。beDMXデバイスは約1000回/秒の頻度で周波数を切り替えます。たとえば、3番目の周波数が信号不良を示した場合、システムはその周波数をホッピングシーケンスから除外し、途切れない送信を確保するために別の周波数にシフトします。このプロセスはどの問題のある周波数にも適用されます。

適応ホッピングとして知られるこのメカニズムは、絶え間ないスペクトラムプロービングに依存します。beDMXデバイスは、各周波数ホップで送信品質を評価し、それは1ミリ秒ごとに発生します。簡単に言えば、ホップは適切な周波数のテーブルに従い、次の周波数はCRC32アルゴリズムを使用して計算されます：初期値0xFFFFFFFFは前のCRC32に基づいて更新され、保存された周波数のインデックスを決定します。周波数がノイズの場合、送信機はSYNC_COMMANDを送り、現在のCRCと「良い」周波数のリストを含め、受信機を同期し存在を確認します。受信機は接続を確認するか、20回連続で応答がない場合は切断されたとみなされ、問題のある周波数は一時的に除外されます。システムは後にこれらの周波数を再テストし、利用可能なチャネルのリストを更新します。

これにより、複数のピコネットで構成されるSundraxのワイヤレスDMXシステムが完璧に動作します。各ピコネットはトランスミッターのアドレス（例：ディスカバリー用の0xDBF51A0CXXやトランスミッション用の0x5C4D90FBXX）およびサブネット番号により決定されるユニークな周波数スイッチングシーケンスを使用し、信号の重複を最小限に抑えます。このようなデバイスをジャミングするには、2.4 GHzバンド全体で圧倒的な干渉が必要です。Wi-Fiや他のデバイスのような局所的な妨害では、beDMXが即座に空いている周波数に切り替わるため、送信は中断されません。

アクティブデバイスはサービスデータを各ホップで交換しながら、継続的な双方向通信を維持します。トランスミッターは受信機を確認するためSYNCパケットを送信し、受信機はそのリズムにタイマーを合わせることで応答します。この同期により、電波変化に対する迅速な応答が可能になります。例えば、受信機が応答に失敗した場合、トランスミッターはBT2_PROT_REQ_STATEリクエストを通じてネットワークステータスを更新し、中央コントローラーにリアルタイムのバッファーおよびデバイス接続データを提供します。低品質の固定周波数ソリューションとは異なり、beDMXは動的な適応とインテリジェントな周波数管理を通じて高い信頼性と干渉耐性を提供します。

私たちのワイヤレスDMXライト制御ソリューションはBluetooth技術に基づいて構築され、信頼性のあるリアルタイムデータ伝送のために下位レベルのHCIプロトコルを利用しています。このアプローチは、Bluetoothコントローラー（UART, 921600 baud）との標準通信インターフェースを介して実装され、2.4 GHz帯での一貫性と正確な操作を保証します

エリクソンの初期のチップ以来の豊富なBluetooth経験を持つ私たちは、「多い」が「より良い」を意味するわけではないことを理解しています 

例えば、一部のメーカーのワイヤレスDMXシステムは、以下のようなものを使用することがあります:

• 干渉を回避するために79ではなく81の周波数を使用するが、標準の2400–2483.5 MHz範囲を超えると他のデバイスとの競合を引き起こす可能性があります。一方、beDMXはAFHを採用し、SYNC_COMMANDのようなコマンドを使ってスペクトラムを分析し、ノイズの多いチャネルを良好な周波数のテーブルから除外し、Wi-Fiや他の2.4 GHzデバイスとの互換性を確保しつつ、不要なスペクトラムの拡大を避けています
• 厳密に2.4 GHzに従わずに2.4および2.5 GHz帯の両方を使用し、干渉抑制が不十分であることを示すことが多いです。2483.5 MHzを超えると信号の減衰が増大するため、範囲が減少します。beDMXは2.4 GHz帯のみに対応して動作し、厳格なBluetooth標準への準拠とCRC32計算によるインテリジェントなホッピングを通じて、指向性アンテナで最大1500メートルまでの達成が可能であり、重いRF負荷下でも途切れなく予測可能なパフォーマンスを保証します

RadioGate Armaのようなデバイスは、送信機と受信機がミリ秒ごとにサービスデータを交換し、タイマーを同期させてネットワークの状態を監視することで、信頼性をさらに向上させます

しばしば短距離アプリケーションと関連付けられるBluetoothは、送信機のパワークラスに応じて、かなりの距離でデバイスを接続できます：

クラス3: 5メートル未満（例：ウェアラブルエレクトロニクス）

クラス2: 10-20メートル（例：モバイルデバイス）

クラス1: 100-200メートル（例：DMX送信デバイス）

範囲は、風景、壁、または木のような障害物によって減少し、建物からの信号反射によってさらに減少します

壁、パーティション、そして多数のデバイスを持つショー環境では、理想的な送信条件は稀です。したがって、ワイヤレスDMXシステムを計画する際には、これらの要因を考慮した十分な範囲の余裕を持った装置が必要です

Sundraxデバイスは、取り外し可能なRP-SMAアンテナによる柔軟な範囲を提供します。標準的な全方向性ホイップアンテナは、追加コンポーネントなしで中規模エリアに適した最大200メートルまでの信頼性のあるカバレッジを提供します。

より長い距離には、これらをパネルアンテナ（最大1.5〜2 km）や高度に指向性のある八木アンテナ（理想的な条件下で最大5 kmまで）に交換することができます。beDMXは、送信機と受信機がミリ秒単位でサービスデータを交換し、極端な距離でも安定性を維持するための双方向同期を通じて範囲を強化します。どのようなアプリケーションにもシステムの最適化を可能にする指向性アンテナは、注文に応じて利用可能です。

標準的な単一チャンネルデバイスは、送信機から受信機へとDMX信号を一方向に送信します。しかし、当社のトランシーバーは、デバイスハウジングのボタンを通じて送信モードと受信モードの両方で動作することができます。

例えば、1台の送信機と3台の受信機で構成されるシステムは、送信機として1台と受信機として3台の4台のデバイスセットを使用したり、2つの送信機-受信機ペアを別々に使用したりすることができます。

この柔軟性により、特にイベント間で設定が異なるレンタルアプリケーションにおいて、設定が簡素化されます。Sundraxのデバイスを使用すれば、ユーザーはどのような必要な配置でもデバイスを箱から出して設定することができ、デバイスは自動的に最適な周波数を特定します。

デバイスのペアリングはハウジング上のボタンで管理されます。 マスターデバイス（送信機）は検索モードに入り、すべての受信機を検出するためにサブネット0xFFで信号を送信します。 ペアリングモードの受信機はインジケーターを点滅させ、ID、タイプ、および機能の詳細を送信します。 ユーザーの確認後、選択されたスレーブはマスターに参加し、指定されたサブネットでグループを形成します。

データを積極的に送信していない一部の受信機は、マスターの範囲内にとどまり、定期的にSYNC_COMMANDパケットを受信して、タイマーを送信機と同期します。 これにより、迅速なアクティベーションが可能となり、待機状態でもネットワーク接続を維持します。

単一のマスターは64台のスレーブ受信機と接続でき、セッションをまたいでグループが持続します。 デバイスはノイズの多いチャンネルを除外して良好な周波数のテーブルをSYNC_COMMANDで交換します。 各グループは、そのサブネット上で固有のCRC32計算によるホッピングシーケンスを使用し、干渉なく複数のグループが共存することを可能にします。 周波数時間分割は、マスターによって同期されたミリ秒単位の周波数スイッチングによって維持されます。

各デバイスには接続ステータスインジケーターが備わっており、接続されたデバイスとその数を表示するためにRDMプロトコルを活用します。 マスターはスレーブのステータスデータ（RSSIを含む）を受信し、通信品質の視覚的な監視を可能にします。 LEDインジケーターは包括的なフィードバックを提供します。 受信機の点滅するライトは接続を確認し、両方の動作モードで表示可能で、展開、構成、およびメンテナンスを効率化します。

RadioGate: Bluetooth上のbeDMX技術を備えたワイヤレスDMXトランシーバーで、信号伝送の信頼性を確保します。屋外およびオープンエリアでの使用のために設計されたArmaモデルは、防水金属ハウジング（IP65）を備えており、競合他社のかさばるプラスチックデザインとは異なり、そのクラスで最もコンパクトです。Solidモデルは屋内の表面取り付けに適しています

RadioGate Plus: ArmaとSolidハウジングのハイブリッドデバイスで、Art-Net/sACNからDMXへの変換、DMX分岐/ブースト、およびbeDMXワイヤレス伝送を統合します。これは、複雑な照明セットアップでの機器の必要性を最小限に抑え、有線および無線の両方のプロトコルをサポートします

LEDGate Wireless: 高度なPWM LEDコントロール用のワイヤレスドライバーで、フリッカーフリーの調光と短絡保護を提供します。コンパクトなハウジングやフレキシブルな統合のためのボードとして利用可能です

多用途なBluetooth標準とは異なり、beDMXは、Sundrax社による特許取得済みの専門プロトコルで、過酷な条件下でのワイヤレスDMX伝送に最適化されています。これは64バイトのバッファでデータを送信し、DMXの512バイトのユニバースに最適です（8つのバッファに分けられます）。

beDMXは、Bluetooth 5.0の高速かつ干渉耐性のある機能を独自の機能で強化しています。CRC32算出シーケンスとミリ秒同期による適応周波数ホッピング（AFH）は即時の干渉適応を保証します。双方向RDMサポートにより、データ伝送とデバイス管理の両方を可能にします。

私たちは、照明をデザイナーのための重要で表現力豊かで魅力的なツールであると認識しています。居心地の良い都市のホリデーディスプレイから大規模な音楽フェスティバル、劇場のプロダクション、および建築照明まで、beDMXはクリエイターが制約なしに大胆なビジョンを実現する力を与えます。私たちの装備を使用すれば、どこにいても光はあらゆる色と陰影で輝きます。