Bluetooth に基づく beDMX プロトコルによるワイヤレス DMX 送信

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、ケーブルを介して無線送信機に送信します。送信機はその信号を無線チャンネルで受信装置に送信し、DMX信号に戻して照明器具を制御します。通常は有線接続で信号を配信します。

ワイヤレスモジュールは、ケーブルの設置が困難な障害物をバイパスし、DMX信号をポイント「A」から「B」や「C」などの複数のポイントに送信することを可能にします。

このソリューションは、軸を中心に回転する円形の舞台がある劇場の回転ステージなど、動的な舞台設置に特に有用です。回転部分にはスリップリングやブラシコンタクトを介して電力が供給されますが、ケーブルを介してDMX信号を送信することはさらなる複雑さをもたらします。

DMXネットワークは本質的に複雑であり、多数のデバイスが関与し、ケーブルラインの慎重な計画と設置が求められます。これらのラインは適切な終端、負荷分配、特殊なケーブルとコネクターを必要とし、無線システムが最適な選択肢となります。また、無線送信機は、長いケーブルの敷設が困難な場合に照明システムの展開を迅速化します。

しかし、著名なアーティストによる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、振り付けと照明の正確な同期が必要なため、無線信号伝送は十分な信頼性を欠くことがあります。照明シーンのわずかな障害でも重大な結果を招く可能性があるため、このような場合には有線接続が好ましいです。

エリクソンは1876年に設立され、当初は鉄道および軍用野外電話機の製造、電信機器および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会社は事業を拡大し、隣国、ロシア帝国内の都市、および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るエリクソンモバイルは、そのデバイスの機能を向上させようとしました。

Bluetoothコンセプトはエリクソンの技術ディレクターであるニルス・リードベックに由来し、1994年に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伝送するショートレンジ無線技術の開発を指示しました。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、低消費電力を含むすべての指定条件を満たすことができませんでした。ハーツェンが検討した他の技術も十分ではありませんでした。

決定的な瞬間は、ハーグでのIEEEカンファレンスで発生しました。ハーツェンは通信およびワイヤレスPCネットワークに関するシンポジウムに参加しました。

1995年にはスウェーデンの無線技術スペシャリストであるスベン・マッティソンが参加しました。

同年、エリクソンはショートレンジラジオ通信技術の開発を開始しました。互換性を確保し、より広範な採用を促進するためには、他の会社との協力が必要でした。1998年にエリクソン、インテル、IBM、ノキア、東芝は、Bluetooth技術を標準化するためにBluetooth Special Interest Group (SIG)を設立しました。

ノキアは携帯デバイスとのBluetooth統合を改善し、東芝はコンピュータとのハードウェア互換性を保証し、IBMはプロトコルを標準化してBluetoothをユニバーサル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、この技術に「Bluetooth」という名前を提案しました。これは10世紀のデンマーク王ハーラルド1世Bluetoothにちなんでいます。その王がバラバラのデンマークの部族を1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的としていました。さまざまな通信プロトコルをユニバーサルな標準に橋渡しし、デバイス間の境界を消し去り、デジタル王国を創り上げることが構想されました。

王は暗い前歯から「Blåtand（ブラタン）」というニックネームを得ました。現代スカンジナビア語の「blå」は「青」を意味しますが、バイキング時代には「黒」を意味し、おそらくその歯の実際の色を反映しています。その時代の航海、戦争、レイドの挑戦を考慮すると、バイキングの歯の健康が良くないのは当然で、歯が暗くなるという考えを支持しています。

「Bluetooth」は元々一時的な名前として意図されていましたが、"RadioWire" や "PAN" といった代替案がオンラインでよく使われていたために拒否されたため、残り続けました。「一時的な解決策ほど永続的なものはない」という格言が適用され、技術の元の名前と埋め込まれた意味が存続しました。

Bluetoothのロゴは、今やワイヤレス通信の認識されたシンボルとなっており、ハーラルド・Bluetooth（ハーラルド・ブラタン）のイニシャルを表す2つのスカンジナビアのルーン文字、Hagall ᚼ と Berkana ᛒ を組み合わせています。

DMX信号用のBluetooth送信機は、最大3 Mbpsのデータ伝送速度をサポートし、79の無線チャンネル全体で動作し、32チャンネルの信号を検出します

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けられています。Bluetoothデバイスは、これらのサブ周波数間を連続して切り替え、スペクトラムアナライザー上で信号をノイズのように見えるようにします

Bluetoothネットワーキングの核心はピコネットであり、それは1つのマスター装置を最大7つのアクティブなスレーブ装置に接続します。ワイヤレスDMX伝送には、最低2つの装置が必要であり、それは送信機と受信機であり、スター型トポロジーに配置されます。

Bluetoothは2.4 GHz帯域を利用し、79のサブ周波数に分割され、干渉を最小限に抑えるために高速周波数ホッピングを使用します。例えば、ある装置ペアは周波数1、20、31をホップするかもしれませんが、別の装置は2、38、49を使用します。

各ピコネットは独自のホッピングシーケンスに従い、独自に動的変化する周波数で動作し、信号の重複を減らします。これにより、BluetoothによるワイヤレスDMX伝送は干渉に耐性を持ち、各装置ペアが他には知られていない独特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できます。

データパケットは異なる周波数にわたって分割され送信され、意図された受信者のみがそれを再構成することができ、傍受に対するセキュリティを強化します。

私たちのデバイスは、空中波を積極的に分析して干渉を特定することで、基本的な周波数ホッピングを超えています。

beDMXプロトコルは適応周波数ホッピング（AFH）を組み込み、デバイスが自動的にクリアな無線チャンネルを選択し、干渉を避けることができます。beDMXデバイスは毎秒約1000回周波数を切り替えます。例えば、3番目の周波数が不良信号を示した場合、システムはそれをホッピングシーケンスから除外し、中断のない送信を確保するために別の周波数に移行します。このプロセスは、問題のある周波数に対して適用されます。

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のプロービングに依存しています。beDMXデバイスは、各ミリ秒ごとに周波数ホップと共に送信品質を評価します。単純化すると、ホップは適した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：初期値は0xFFFFFFFFで、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を送信し、現在のCRCと「良好」な周波数のリストを含め、受信機を同期させ、その存在を確認します。受信機は接続を確認するか、20回の応答なしの試行後に切断されたと見なされ、問題のある周波数が一時的に除外されます。その後、これらの周波数を再テストし、利用可能なチャン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することが保証されます。各ピコネットは、送信機のアドレス(例：探索用の0xDBF51A0CXXや送信用の0x5C4D90FBXX)およびサブネット番号によって決定されるユニークな周波数切り替えシーケンスを使用し、信号の重なり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帯すべてにわたる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は伝送を中断できません。beDMXは瞬時に空いている周波数に移行するからです。

アクティブなデバイスは、各ホップでサービスデータを交換し、継続的な双方向通信を維持します。送信機はSYNCパケットを送信し、受信機を検証し、それに応じて受信機はタイマーをそのリズムに合わせることで応答します。この同期により、空波の変化に迅速に対応することが可能になります。例えば、受信機が応答に失敗すると、送信機はBT2_PROT_REQ_STATEリクエストを介してネットワークステータスを更新し、中央コントローラにリアルタイムのバッファ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照明制御ソリューションはBluetooth技術に基づいており、信頼性のあるリアルタイムデータ伝送のために低レベルの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ボー）との標準通信インターフェースを介して実装されており、2.4 GHz帯での一貫した正確な動作を保証します。

エリクソンの初期のチップまで遡る豊富なBluetoothの経験により、「多い」が常に「良い」を意味し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に使用することがあります:

• 干渉を避けるために79ではなく81の周波数を使用しますが、標準の2400–2483.5 MHzの範囲を超えると他のデバイスとの衝突を引き起こす可能性があります。対照的に、beDMXはAFHを採用し、SYNC_COMMANDのようなコマンドを用いてスペクトラムを分析し、ノイズの多いチャンネルを優良周波数テーブルから除外することで、Wi-Fiや他の2.4 GHzデバイスとの互換性を確保しながら、無駄な周波数拡張をしません。
• 2.4 GHzに厳密に従うのではなく、2.4 GHzと2.5 GHzの両方のバンドを使用し、しばしば干渉抑制が不十分であることを示します。2483.5 MHzを超えて拡張すると、信号の減衰が増加するため、範囲が縮小されます。beDMXは2.4 GHzバンドのみで動作し、厳密なBluetoothの標準の順守とCRC32計算によるインテリジェントホッピングを介して指向性アンテナで最大1500メートルを達成し、重いRF負荷下でも途切れのない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、タイマーを同期し、ネットワークの状態を監視することで、双方向通信によって信頼性をさらに向上させます。

短距離アプリケーションと関連付けられることが多いですが、Bluetoothは送信機の電力クラスに応じて、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: ウェアラブル電子機器)

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)

景色、壁、または木などの障害物によって範囲は減少し、建物からの信号反射によりさらに減少します

壁、仕切り、および多数のデバイスがあるショー環境では、理想的な送信条件はまれです。したがって、ワイヤレスDMXシステムを計画する際には、これらの要素を考慮した十分な範囲の余裕を持つ機器が必要です

Sundraxデバイスは、取り外し可能なRP-SMAアンテナを備えており、柔軟性のあるレンジを提供します。標準の全方向性ウィップアンテナは、追加のコンポーネントなしで200メートルまでの中規模エリアに信頼性のあるカバレッジを提供します。

より長い距離に対しては、これらをパネルアンテナ（最大1.5-2 km）または非常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まで到達可能な場合もあります）に取り替えることができます。beDMXは、送信機と受信機が毎ミリ秒ごとにサービスデータを交換することで、双方向の同期を通じて範囲を強化し、極端な距離でも安定性を維持します。指向性アンテナは注文により入手可能で、あらゆるアプリケーションに合わせたシステムの最適化を可能にします。

標準的なシングルチャネルデバイスは、送信機から受信機に一方向にDMX信号を送信します。しかし、私たちのトランシーバーは、デバイスハウジング上のボタンで切り替え可能な送信モードと受信モードの両方で動作できます。

例えば、1つの送信機と3つの受信機を持つシステムでは、4つのデバイスのセットを使用し、1つを送信機として3つを受信機として使用することも、2つの個別の送信機-受信機ペアを使用することもできます。

この柔軟性により、特にイベントごとにセットアップが異なるレンタル用途での構成が簡素化されます。Sundraxデバイスを使用すると、ユーザーは任意の必要な配置で開梱して構成することができ、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、ハウジングのボタンで管理されます。マスターデバイス（送信機）は、サブネット 0xFF 上で信号をブロードキャストしてすべての受信機を検出するために検索モードに入ります。ペアリングモードの受信機はインジケータを点滅させて、自分のID、タイプ、および機能の詳細を送信します。ユーザーが確認すると、選択されたスレーブがマスターに参加して、指定されたサブネット上にグループを形成します。

一部の受信機は、データを積極的に送信することなく、マスターの範囲内に留まり、自分のタイマーを送信機と同期させるために定期的に SYNC_COMMAND パケットを受信します。これにより、必要時の迅速な起動を可能にし、待機中でもネットワーク接続を維持します。

単一のマスターは最大64のスレーブ受信機に接続でき、グループはセッションをまたいで維持されます。デバイスは、ノイズの多いチャネルを除外するために、良好な周波数のテーブルを SYNC_COMMAND 経由で交換します。各グループはサブネット上で独自の CRC32 計算によるホッピングシーケンスを使用し、干渉なしで複数のグループが共存できるようにします。周波数-時間分割は、マスターによって同期されるミリ秒レベルの周波数切り替えによって維持されます。

各デバイスには、RDM プロトコルを活用して接続されたデバイスとその数を表示するための接続ステータスインジケータが備わっています。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、通信の質を視覚的に監視できるようにします。LED インジケータは包括的なフィードバックを提供し、受信機の点滅する光が接続を確認し、動作モードの両方で表示が可能であり、展開、設定、およびメンテナンスを合理化します。

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、信頼性のある信号伝送を確保します。Armaモデルは屋外や広いエリアでの使用に設計されており、防水メタルハウジング(IP65)を備えており、競合製品の大きくかさばるプラスチックデザインとは異なる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分割/ブースト、beDMXのワイヤレス伝送を統合しています。これにより複雑な照明設定での機器の必要性が最小限に抑えられ、有線と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制御用のワイヤレスドライバーで、ちらつきのない調光と短絡保護を実現します。Compactハウジングまたは柔軟な統合に対応できる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からの特許取得済みの特殊なプロトコルで、厳しい条件下でのワイヤレスDMX伝送用に最適化されています。これはデータを64バイトのバッファで送信し、DMXの512バイトのユニバース（8つのバッファに分割）に理想的です

beDMXは、Bluetooth 5.0の高速および干渉に強い機能を活用し、独自の機能によって強化されています。CRC32計算されるシーケンスとミリ秒同期を備えたAdaptive Frequency Hopping（AFH）が即座に干渉に適応します。双方向のRDMサポートにより、データ送信とデバイス管理の両方が可能です

私たちはライティングを、デザイナーにとって重要で表現力豊かで魅力的なツールとして認識しています。居心地の良い都市の休日のディスプレイから、大規模な音楽フェスティバル、演劇プロダクション、建築のイルミネーションまで、beDMXはクリエイターが制約なく大胆なビジョンを実現することを可能にします。私たちの機材を使用すれば、どこにいても光があらゆる色と影で輝きます