HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II BÁO CÁO MÔN HỌC MẠNG CẢM BIẾN NIÊN KHÓA 2017 – 2022 Giáo viên hướng dẫn PGS TS Trần Công Hùng CHƯƠNG[.]
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II
BÁO CÁO MÔN HỌC
Trang 2CHƯƠNG 5 : MẠNG CẢM BIẾN PHÂN TÁN
Máy tính phổ biến hình dung các vật thể hàng ngày được tăng cường khả năngtính toán và giao tiếp Trong khi các đồ tạo tác như vậy vẫn giữ nguyên hình thức vàcông dụng ban đầu của chúng, việc nâng cấp của chúng có thể liên tục nâng cao và mởrộng việc sử dụng, mở ra các ứng dụng và mô hình tương tác mới
Bluetooth hỗ trợ mô hình kết nối mạng tự phát, trong đó các nút có thể thamgia vào giao tiếp mà không cần biết trước về nhau Một cuộc điều tra có tên thủ tục cóthể được sử dụng để khám phá các thiết bị Bluetooth nào khác nằm trong phạm vigiao tiếp và kết nối sau đó được thiết lập, dựa trên thông tin được trao đổi trong quátrình điều tra Khi một đơn vị đã phát hiện ra đơn vị khác, kết nối được thiết lập rấtnhanh, vì thông tin trao đổi trong quy trình điều tra có thể được khai thác
Mạng cảm biến không dây là kết quả của sự hội tụ nhanh chóng của ba côngnghệ chính: mạch kỹ thuật số, truyền thông không dây và Hệ thống cơ điện tử vi mô(MEMS) Những tiến bộ trong công nghệ phần cứng và thiết kế kỹ thuật đã dẫn đếnviệc giảm kích thước, tiêu thụ điện năng và chi phí Điều này đã cho phép các nút nhỏgọn, tự động, mỗi nút chứa một hoặc nhiều cảm biến, khả năng tính toán và giao tiếpcũng như nguồn điện
Các nút quy mô milimet, được gọi là Dust thông minh, khám phá các giới hạn
về kích thước và mức tiêu thụ điện năng trong các nút cảm biến tự trị Giảm kíchthước là điều tối quan trọng trong việc làm cho các nút không tốn kém và dễ triểnkhai Dust thông minh kết hợp phần cứng cảm biến, giao tiếp và máy tính cần thiết,cùng với nguồn điện, với thể tích không quá vài mm khối, trong khi vẫn đạt được hiệusuất tốt về chức năng cảm biến và khả năng liên lạc
5.2 BLUETOOTH TRONG MẠNG CẢM BIẾN PHÂN TÁN.
Các thiết bị điện toán phổ biến trải nghiệm giao tiếp đặc biệt với các thiết bịthông minh khác bằng cách sử dụng năng lượng tối thiểu và có thể không có sự trợgiúp của cơ sở hạ tầng trung tâm Công nghệ truyền thông không dây thiếu mạnh mẽ,tiêu tốn quá nhiều năng lượng hoặc yêu cầu cơ sở hạ tầng để trở thành ứng cử viênkhả thi Để đánh giá tính phù hợp của tiêu chuẩn Bluetooth đối với các yêu cầu giaotiếp như vậy, Kasten và Langheinrich (2001) đã tích hợp module Bluetooth vàonguyên mẫu của nút mạng cảm biến phân tán, được phát triển trong dự án nghiên cứu
Trang 3European Smart-Its Mặc dù Bluetooth cung cấp giao tiếp chuyên dụng mạnh mẽ vàthuận tiện, các chuyên gia cho thấy rằng tiêu chuẩn Bluetooth có thể được hưởng lợi
từ việc cải thiện hỗ trợ thiết lập giao tiếp đối xứng và giao tiếp slave-to-slave
Mục tiêu của dự án Smart-Its là gắn các thiết bị tính toán nhỏ, được gọi làSmart-Its, vào các đối tượng trong thế giới thực Trong khi một Smart-It đơn có thểnhận biết thông tin ngữ cảnh từ các cảm biến tích hợp của nó, một số Smart-It đượckết nối đặc biệt có thể đạt được nhận thức tập thể bằng cách chia sẻ thông tin này Chia sẻ thông tin yêu cầu một công nghệ truyền thông phù hợp, tốt nhất làkhông dây Vì không có cơ quan trung tâm trong mạng cảm biến của Smart-Its, cácnút trong mạng cũng phải giao tiếp mà không cần biết trước về nhau và không cần sựtrợ giúp của cơ sở hạ tầng nền, mặc dù chúng có thể sử dụng các dịch vụ khi có sẵn.Hơn nữa, công nghệ truyền thông phải mạnh mẽ, mở rộng quy mô tốt và sử dụng nănglượng hạn chế của thiết bị tự hành một cách hiệu quả Công nghệ truyền thông được
sử dụng phải tuân theo một tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi để thúc đẩy các dịch vụtruyền thông hiện có trong môi trường Những nhu cầu này đã thúc đẩy việc tìm kiếmmột công nghệ truyền thông phù hợp cho mạng cảm biến Smart-Its
Bluetooth là một chuẩn giao tiếp cung cấp cấu hình đặc biệt của piconets chính/phụ với tối đa tám đơn vị hoạt động Nó hỗ trợ các kết nối tự phát giữa các thiết bị màkhông cần kiến thức chi tiết của chúng về nhau Bluetooth cho phép truyền dữ liệugiữa các thiết bị trong khoảng cách lên đến 10 mét Tổng dữ liệu tốc độ 1 Mbps đượcchia sẻ cho tất cả những người tham gia piconet Bluetooth hoạt động trong phổ ISM(Y tế, Khoa học, Công nghiệp) 2,4 GHz (2.400–2.484 GHz) và sử dụng phổ trải rộngnhảy tần (FHSS) để giảm thiểu nhiễu Công nghệ này hướng tới mức tiêu thụ nănglượng thấp và nhắm đến thị trường tiêu dùng đại chúng với tính sẵn có trên toàn thếgiới và giá cả thấp
Smart-Its nhúng tính toán vào các đối tượng trong thế giới thực bằng cách gắncác thiết bị điện toán nhỏ, không phô trương và tự động vào chúng Các thiết bị này,Smart-Its, tích hợp các khả năng cảm biến, xử lý và giao tiếp, có thể được tùy chỉnhcho các đối tượng mà chúng được gắn vào
Trong khi một Smart-It đơn có thể nhận biết thông tin phạm vi từ các cảm biếntích hợp, một số Smart-It được kết nối chuyên dụng có thể đạt được nhận thức chungbằng cách chia sẻ thông tin này Do đó, một nhóm các đối tượng được tăng cường củaSmart-Its có thể thiết lập một phạm vi chung có thể được khai thác bởi các ứng dụng
và dịch vụ nằm trong môi trường
Ví dụ về các tình huống ứng dụng của nhận thức chung về Smart-It là chế độchống trộm thẻ tín dụng, trong đó thẻ tín dụng hỗ trợ Smart-It chỉ hoạt động nếu có đủ
Trang 4số lượng vật dụng cá nhân hỗ trợ Smart-It, chẳng hạn như quần áo hoặc chìa khóa xehơi ở xung quanh, do đó làm cho thẻ trở nên vô dụng khi bị mất hoặc bị đánh cắp Thiết bị phải dễ sử dụng, lập trình và gỡ lỗi Đồng thời, nó phải đủ nhỏ để phục
vụ cho nút cảm biến Smart-It, nhưng đủ lớn để dễ dàng xử lý
Để tạo điều kiện tạo mẫu nhanh chóng, thiết bị Smart-It triển khai một lõi chứcnăng hạn chế, bao gồm bộ xử lý, bộ nhớ và thông tin liên lạc Bluetooth Một giao diệnbên ngoài linh hoạt, với I/O analog và digital, được cung cấp cho phép tích hợp nhiềucảm biến đơn lẻ hoặc thậm chí một bảng mạch con để cảm nhận Các giao diện đadạng này, từ đầu ra analog đơn giản qua giao diện nối tiếp đến hệ thống bus, chẳnghạn như (Mạch tích hợp liên), cho phép xác định các cảm biến và thuật toán cảm biếnphù hợp để sử dụng trong môi trường Smart-Its Cổng nối tiếp RS232 được sử dụngchủ yếu cho mục đích gỡ lỗi
Các thiết bị của Smart-Its có thể hoạt động độc lập trong thời gian dài Điềunày bao gồm việc lựa chọn có ý thức các thành phần liên quan đến mức tiêu thụ điệnnăng của chúng, cũng như cung cấp nguồn điện phù hợp Để dễ dàng xử lý, thiết bịđược cấp nguồn từ bộ pin sạc được gắn bên ngoài, thay vì có vỏ pin được gắn trênthiết bị Bằng cách này, các pin nhỏ được gắn vào để hoạt động bình thường, trong khivẫn có thể vận hành thiết bị bằng cách sử dụng pin cồng kềnh nhưng mạnh hơn để thửnghiệm kéo dài
Để dễ dàng bố trí bảng mạch, Kasten và Langheinrich (2001) đã chọn một mặtphẳng điện áp duy nhất và tổng số thành phần thấp Hệ thống có thể lập trình trongmạch để giảm thiểu thời gian quay vòng
Trang 5Để chạy các lớp và ứng dụng giao thức Bluetooth cao hơn, Kasten vàLangheinrich đã chọn vi điều khiển Atmel ATmega 103L làm CPU chủ Thiết bị này
có thể lập trình trong hệ thống và có lõi 8-bit RISC (Máy tính với tập lệnh đơn giảnhóa) với tối đa 4 MIPS (Hàng triệu lệnh mỗi giây) ở 4 MHz, UART nối tiếp cũng nhưmột số chế độ nguồn Bộ nhớ nhúng bao gồm bộ nhớ flash 128 kbyte và 4 kbyteSRAM bên trong (RAM tĩnh) Bộ nhớ dữ liệu có thể được mở rộng lên đến 64 kbyte,chỉ yêu cầu hai thành phần bên ngoài, SRAM (RAM tĩnh) và một chốt địa chỉ Bộ nhớngoài có thể được định địa chỉ trực tiếp bằng bus địa chỉ bộ nhớ dữ liệu 16 bit Một hệthống mạnh mẽ hơn được sử dụng để cho phép xử lý trước trên bo mạch phức tạp hơnngay cả khi một bộ xử lý kém mạnh hơn với ít bộ nhớ hơn có thể đã phân phối dữ liệucảm biến đến module Bluetooth
Nguyên mẫu của Smart-Its được đặt trên đầu một bộ pin (chủ yếu được giấusau bo mạch) được sử dụng để kiểm tra và đánh giá Tất cả các thành phần được gắntrên một bảng mạch in hai lớp 4×6 cm Thiết bị có một số giao diện bên ngoài Mộtcổng UART nối tiếp có sẵn để truyền dữ liệu và gỡ lỗi với tốc độ lên đến 57,6 kbps
Có hai cổng I/O 8 bit, tám bộ chuyển đổi analog - digital 10 bit và hai đường ngắt kíchhoạt cạnh hoặc mức để giao tiếp với các cảm biến bên ngoài hoặc các thành phầnkhác Bốn đèn LED (Diode phát quang) có thể được sử dụng để gỡ lỗi và thông tintrạng thái Ví dụ, một đèn LED có thể được sử dụng để nhấp nháy tín hiệu nhịp timkhi thiết bị đang hoạt động Bộ điều chỉnh điện áp được sử dụng để cung cấp điện áphoạt động cần thiết là 3,3 V từ bộ pin
Jumper cung cấp quyền truy cập vào từng đường cấp điện riêng lẻ của thànhphần chính cho phép theo dõi chính xác mức tiêu thụ điện năng và chu kỳ làm việc.Đầu nối là giao diện lập trình hệ thống trong mạch (SPI) của MCU (MicroControllerUnit) Module Bluetooth và ăng-ten 2,4 GHz bên ngoài được gắn trên đầu máy bay đểbảo vệ hệ thống khỏi nhiễu sóng RF
Module Bluetooth được gắn vào bộ vi điều khiển bằng phần mềm UART đượctích hợp sẵn (thể hiện trong Hình 5.1) Kasten và Langheinrich (2001) không sử dụngUART phần cứng (bộ thu / bộ chuyển đổi không đồng bộ đa năng) được cung cấp bởi
vi điều khiển, vì điều đó sẽ yêu cầu mạch bổ sung cho các chân ghép kênh được chia
sẻ giữa UART và các cổng lập trình trong mạch Do đó, Kasten và Langheinrich đãtriển khai phần mềm thứ hai UART bằng ngôn ngữ lập trình C Các ràng buộc về thờigian cấm truyền dữ liệu vượt quá 9,6 kbps, hạn chế hiệu quả tốc độ tổng dữ liệu củaBluetooth Kasten và Langheinrich đánh giá số lượng thành phần thấp và độ phức tạpcủa mạch thấp hơn tốc độ dữ liệu cao hơn
Phần mềm hệ thống được triển khai bằng ngôn ngữ lập trình C, cung cấp trìnhđiều khiển cấp thấp, bộ lập trình đơn giản (hỗ trợ lập trình theo hướng sự kiện của cáctác vụ ứng dụng) và phần máy chủ của ngăn xếp giao thức Bluetooth Có các trình
Trang 6điều khiển phụ thuộc hệ thống cho cả cổng UART, bộ chuyển đổi analog - digital, I/Omục đích chung, bộ tạo số ngẫu nhiên, đồng hồ hệ thống và cảm biến.
Hình 5.1 : Tổng quan về hệ thống
Một mã nguồn mở và một số triển khai thương mại của phần máy chủ của ngănxếp Bluetooth có sẵn Các ngăn xếp phần mềm có sẵn trên thị trường đặt ra yêu cầurất cao đối với hệ thống, cả về các tính năng cần thiết của hệ điều hành (đặc biệt là đaluồng) cũng như các quy định về chương trình và bộ nhớ dữ liệu Trải nghiệm vớiphần mềm cho thấy rằng khoảng 2 kbyte bộ nhớ dữ liệu là đủ để thực hiện tối thiểu,hầu hết trong số đó được sử dụng làm không gian đệm Kasten và Langheinrich(2001) đã sử dụng việc triển khai mã nguồn mở do tính khả dụng ngay lập tức của nó Kasten và Langheinrich đã chuyển phần máy chủ của ngăn xếp giao thứcBluetooth từ triển khai mã nguồn mở Linux sang môi trường vi điều khiển Các lớpđược hỗ trợ là HCI và Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) Phiênbản Linux của ngăn xếp Bluetooth yêu cầu khả năng đa luồng và quyền truy cập vàocổng nối tiếp Trong hệ thống này, các chức năng này được đảm nhiệm bởi bộ lập lịch
và các trình điều khiển cấp thấp Trở ngại chính trong quá trình chuyển là dung lượng
bộ nhớ hạn chế của vi điều khiển
5.2.2 Giao tiếp và kết nối Bluetooth.
Bluetooth là tiêu chuẩn cho mạng tùy biến không dây ( ad hoc network ) Ban đầu
nó được hình thành như một công nghệ thay thế cáp và có thể hoạt động tốt trong lĩnhvực ứng dụng đó Tuy nhiên, thiết kế đặc biệt của nó khiến nó ít phù hợp hơn với cácứng dụng khác trong lĩnh vực mạng chuyên dụng
Bluetooth đã được tối ưu hóa để hỗ trợ một số lượng lớn liên lạc diễn ra trongcùng một khu vực tại cùng một thời điểm Nó tổ chức tất cả các thông tin liên lạc
Trang 7thành piconet, mỗi piconet phục vụ tối đa tám đơn vị tham gia Nhiều piconet có vùngphủ sóng chồng lên nhau được gọi là scatternets Có thể kết nối các piconet với nhaubằng cách sử dụng các đơn vị tham gia vào các piconet khác nhau trên cơ sở ghépkênh phân chia theo thời gian Tuy nhiên, vì radio chỉ có thể điều chỉnh theo một sóngmang piconet duy nhất tại bất kỳ thời điểm nào, nên một thiết bị chỉ có thể liên lạcbằng một piconet tại một thời điểm.
Piconets được quản lý bởi một tổng thể duy nhất thực hiện kiểm soát tập trungđối với quyền truy cập kênh Tất cả những thiết bị tham gia piconet đều là slave đượcchỉ định Giao tiếp hoàn toàn là slave với master (hoặc ngược lại), nhưng không baogiờ có thể là slave với slave Trong thời gian tồn tại của piconet, các vai trò master vàslave có thể được chuyển đổi Ví dụ, khi một slave muốn tiếp quản hoàn toàn mộtpiconet hiện có Tương tự như vậy, một slave trong một piconet hiện có có thể muốnthiết lập một piconet mới, tự xác lập mình là master của nó và chủ piconet hiện tại làslave Trường hợp thứ hai ngụ ý một vai trò kép cho chính piconet ban đầu; nó trởthành slave trong piconet mới trong khi vẫn duy trì piconet ban đầu là chính Một đơn
vị có thể là slave trong hai piconet hoặc là master trong một, và slave trong piconetkhác
Giới hạn tám nút trong một piconet là không đủ để thiết lập một mạng cảmbiến được kết nối dày đặc Để giao tiếp với hơn tám nút cùng một lúc, đòi hỏi một sốloại ghép kênh theo thời gian, trong đó các nút bổ sung phải được đỗ và bỏ đánh dấuliên tục Việc thiết lập các piconet khác yêu cầu các nút cổng phải xen kẽ giữa cácpicone tương ứng của chúng, vì Bluetooth chỉ hỗ trợ các đơn vị trong một piconetđang hoạt động tại một thời điểm
Các ứng dụng thường cần giao tiếp slave-to-slave, điều này không được hỗ trợtrong tiêu chuẩn Bluetooth Để chuyển tất cả lưu lượng slave-to-slave thông qua tổngthể làm tăng cả lưu lượng truy cập và tiêu thụ năng lượng Ngoài ra, một slave có thểchuyển đổi vai trò với master hoặc thiết lập một piconet bổ sung Các giải pháp nàyphải gánh chịu cấu hình đáng kể Các giao thức liên lạc có thể làm giảm bớt giảm bớttác động của nó đến giao tiếp và sử dụng điện năng
Trạng thái mặc định của thiết bị Bluetooth là chờ Ở trạng thái này, thiết bịđang ở chế độ năng lượng thấp, với tất cả các bộ phận nhưng đồng hồ bên trong sẽ tắt
Ở chế độ chờ, không có kết nối nào được mở
Khi có kết nối đang hoạt động với thiết bị Bluetooth, thiết bị đó được cho làđang ở trạng thái kết nối Ở trạng thái kết nối, Bluetooth biết bốn chế độ năng lượngkhác nhau: active, sniff, hold, and park Ở chế độ active, thiết bị Bluetooth chủ độngxác định địa chỉ trên kênh Quá trình truyền dữ liệu có thể bắt đầu gần như ngay lậptức, nhưng với chi phí tiêu thụ điện năng tăng lên (so với ba chế độ còn lại)
Trang 8Khi hoạt động công suất thấp được ưu tiên trong thời gian phản hồi ngắn, cácthiết bị có thể sử dụng một trong ba chế độ tiết kiệm điện: sniff, hold, and park Tất cảcác chế độ năng lượng thấp làm giảm chu kỳ làm việc của các đơn vị khác nhau trongmột piconet Trong chế độ sniff, các đơn vị phụ chỉ nghe trên kênh vào những thờiđiểm cụ thể, đã được thống nhất với master Do đó, quá trình truyền chỉ có thể bắt đầuvào những thời điểm này Các kết nối của một piconet cũng có thể được giữ lại Ở chế
độ hold, tất cả thành phần tham gia (bao gồm cả chính) có thể nghỉ một chút để ngủ.Trước khi vào chế độ hold, master và slave đồng ý về thời điểm quay lại chế độ hoạtđộng một lần nữa Thời gian nghỉ cũng có thể được sử dụng để tiến hành các hoạtđộng khác, chẳng hạn như tham dự các piconets khác, hoặc quét các đơn vị khác Chế độ park là một chế độ đặc biệt dành cho những slave không cần tham giapiconet, nhưng vẫn muốn duy trì kết nối để tránh phải thực hiện lại thủ tục thiết lậpkết nối Những slave parked không được tính là thành phần thường xuyên, tức là hoạtđộng, piconet Ngoài tối đa tám thành phần đang hoạt động, có thể có tới 255 slaveđang parked trong một piconet
Chế độ năng lượng thấp là sự cân bằng giữa mức tiêu thụ điện năng và thờigian phản hồi Tăng thời gian ngủ làm giảm tiêu thụ điện năng nhưng kéo dài thờigian trước khi có thể truy cập và ngược lại Chế độ năng lượng thấp là một công cụmạnh mẽ cung cấp một loạt các tùy chọn cho các ứng dụng khi đã biết trước kiểutruyền Khi lưu lượng truy cập dữ liệu bắt đầu theo một lịch trình bình thường, các chế
độ sniff và park dường như phù hợp Ví dụ, một nút Smart-Its có thể muốn phân phốicác bài đọc cảm biến của nó cứ sau 10 giây cho một nút trong cơ sở hạ tầng nền (triểnkhai chính) Nút đó sẽ tự thiết lập cho chế độ sniff với chu kỳ ngủ 10 giây Tương tự,chế độ hold phục vụ các ứng dụng giao tiếp theo một lịch trình bất thường hơn, nhưng
có thể dự đoán được
Tuy nhiên, nếu quá trình truyền dữ liệu quan trọng về thời gian bắt đầu tự phát,ứng dụng không có tùy chọn nào khác ngoài việc giữ module Bluetooth ở chế độ hoạtđộng Ví dụ ở đây có thể là một nút Smart-It sử dụng phần mềm hỗ trợ nền để xử lýcác tín hiệu âm thanh Việc truyền dữ liệu sẽ cần phải bắt đầu ngay sau khi quan sáttín hiệu âm thanh vì việc lưu vào bộ đệm trên thiết bị Smart-Its cục bộ là không khảthi
Thành phần chính trong Smart-It, liên quan đến mức tiêu thụ điện năng, làmodule Bluetooth Vì các module Bluetooth là các mẫu kỹ thuật không triển khai cácchế độ năng lượng thấp, không có sẵn dữ liệu về cách các module này sẽ làm giảmmức sử dụng năng lượng đáng kể của các module ở chế độ hoạt động Các sản phẩmBluetooth cải tiến sẽ giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng vì thiết kế hệ thống chophép dễ dàng thay thế module thu phát Bluetooth
Trang 9Bluetooth hỗ trợ mô hình kết nối mạng tự phát, nơi các nút có thể tham gia vàogiao tiếp mà không cần biết trước về nhau Một câu hỏi có tên thủ tục có thể được sửdụng để khám phá các thiết bị Bluetooth nào khác nằm trong phạm vi liên lạc Các kếtnối sau đó được thiết lập dựa trên thông tin được trao đổi trong quá trình truy vấn Khimột đơn vị đã phát hiện ra đơn vị khác, việc thiết lập kết nối sẽ diễn ra rất nhanhchóng, vì thông tin trao đổi trong quy trình truy vấn có thể được khai thác.
Truy vấn là một thủ tục không đối xứng, trong đó đơn vị hỏi và đơn vị đượchỏi cần phải ở trong các chế độ bổ sung, được gọi là truy vấn và quét Khi một thiết bịBluetooth đã được đặt ở chế độ truy vấn, nó sẽ liên tục gửi các tin nhắn yêu cầu đểthăm dò cho các thiết bị khác Chế độ truy vấn tiếp tục trong một thời gian đã chỉ địnhtrước đó, cho đến khi phát hiện ra một số lượng đơn vị đã chỉ định trước đó hoặc chođến khi dừng một cách rõ ràng Tương tự như vậy, các thiết bị Bluetooth khác chỉnghe (và trả lời) các tin nhắn hỏi đáp khi chúng đã được đặt rõ ràng ở chế độ quét.Trong một đơn vị, các chế độ truy vấn và quét loại trừ lẫn nhau tại bất kỳ thời điểmnào
Khi một thiết bị ở chế độ quét chấp nhận một thông báo truy vấn, nó sẽ trả lờicho thành phần truy vấn Do đó, quá trình truy vấn hoàn chỉnh yêu cầu một tin nhắnquảng bá được gửi từ đơn vị truy vấn và một tin nhắn từ mỗi đơn vị được truy vấn trởlại đơn vị truy vấn
Nếu truy vấn được bắt đầu định kỳ, thì khoảng thời gian giữa hai lần truy vấnphải được xác định ngẫu nhiên, để tránh hai thiết bị Bluetooth đồng bộ hóa quy trìnhtruy vấn của chúng ở bước khóa Trong một tình huống mà các đơn vị là ngang hàng,tức là khi không có đơn vị truy vấn và đơn vị bị truy vấn chuyên dụng, phần mềm ứngdụng mang gánh nặng phá vỡ tính đối xứng
Mức tiêu thụ điện năng tăng lên đáng kể trong quá trình truy vấn Điều này là
do tính chất không đối xứng của quy trình truy vấn Bluetooth, trong đó gánh nặng tiêuthụ năng lượng chủ yếu được đặt lên thiết bị thực hiện yêu cầu
Để tiết kiệm điện năng, một thiết bị trong chế độ truy vấn - quét không liên tụcnghe các thông báo yêu cầu Thay vào đó, nó chỉ lắng nghe trong một khoảng thờigian rất ngắn (11,25 ms theo mặc định), trong điều kiện thông thường, đủ để thôngbáo yêu cầu được thông qua với xác suất đủ cao Sau đó, thiết bị chuyển sang chế độkhông tải trong một khoảng thời gian dài hơn (thường là 1,28 giây) Tuy nhiên, bộphận truy vấn cần gửi tin nhắn truy vấn (và luân phiên lắng nghe các câu trả lời tiềmnăng) trong toàn bộ khoảng thời gian, vì nó không thể biết khi nào bộ phận đích thực
sự đang lắng nghe
Trang 10Theo Salonidis và cộng sự (2000), độ trễ dự kiến cho việc hình thành liên kết(tức là yêu cầu cộng với thiết lập kết nối) của các đơn vị ngang hàng là 1s khi cả haiđơn vị luân phiên giữa các chế độ truy vấn và quét theo phân phối đồng đều Trong sựchậm trễ hình thành liên kết, cho đến nay việc khám phá thiết bị vẫn là yếu tố chiphối Tuy nhiên, Kasten và Langheinrich (2001) đã đưa ra các kết quả thời gian khácnhau, cao hơn nhiều cho việc khám phá thiết bị, cả về lý thuyết cũng như trong các thínghiệm kết quả của Salonidis và cộng sự không bao gồm thực tế là các đơn vị ở chế
độ quét chỉ chú ý đến các tin nhắn truy vấn trong 11,25 ms trong số 1,28 giây, tức là íthơn 1% thời gian Do đó, chúng ta cần thêm (1,28 s - 11,25 ms) / 2 vào độ trễ dự kiến.Ngoài ra, kết quả của Salonidis và cộng sự giả định một môi trường lý tưởng, không
có lỗi, nơi các thông điệp không bao giờ bị mất
Thử nghiệm của Kasten và Langheinrich cho thấy rằng quá trình khám pháthiết bị chậm hơn nhiều trong cài đặt thực và thường mất vài giây để hoàn thành Thiếtlập thử nghiệm bao gồm hai bảng đánh giá Bluetooth bất động, sử dụng cùng cácmodule Ericsson ROK 101 007 như nguyên mẫu Smart-It, được đặt cách nhau khoảng
1 mét Một thiết bị liên tục được đặt ở chế độ quét, trong khi thiết bị còn lại dành riêngcho truy vấn, cả hai đều sử dụng cài đặt mặc định của Bluetooth
Thay vì sử dụng trực tiếp hai trong số các đơn vị Smart-It, Kasten vàLangheinrich (2001) đã sử dụng các bảng đánh giá (trong đó phần máy chủ của ngănxếp của đơn vị yêu cầu được chạy trên máy Linux) vì nó cung cấp độ chi tiết của bộđếm thời gian tốt hơn nhiều so với điều gì có thể xảy ra khi sử dụng nguyên mẫuSmart-Its Trong mọi thử nghiệm, đơn vị truy vấn chuyên dụng tiến hành truy vấnchính xác trong 12,8 giây, ngay cả khi thiết bị mục tiêu được phát hiện trong vòngchưa đầy 12,8 giây Trước khi thực hiện bài kiểm tra tiếp theo, đơn vị truy vấn đãquay lại chế độ chờ trong khoảng thời gian được phân bổ đồng đều từ 0 đến 12,8 giây
để tránh hiện tượng đồng bộ hóa Thử nghiệm được đặt trong một môi trường vănphòng điển hình với ít lưu lượng truy cập từ mạng LAN không dây IEEE 802.11 vàkhông có lưu lượng truy cập Bluetooth
Kết quả của các thí nghiệm như sau:
• Độ trễ yêu cầu trung bình là 2221 ms
• Sau 1910 ms, 4728 ms và 5449 ms, đơn vị mục tiêu đã được tìm thấy lần lượttrong 50,95 và 99% của tất cả các bài kiểm tra