Tiểu luận môn học mạng máy tính tìm hiểu về công nghệ bluetooth

Mặc dù bluetooth có một số hạn chế nhất định, chẳng hạn như phạm vi ngắn hơn và băng thông thấp hơn Wi-Fi, nhưng nó có thể giúp kết nối giữa các thiết bị trong nhà của bạn đáng tin cậy h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TIỂU LUẬN MÔN HỌC MẠNG MÁY TÍNH

Đ Ề TÀI TIỂU LUẬN: ĐỀ 37

TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ BLUETOOTH

Giảng viên hướng dẫn : NGUYỄN KHÁNH TÙNG

Lớp :D15HTTMDT1

Khóa :D15

Hà Nội, tháng 10 năm 2021

PHIẾU CHẤM ĐIỂM

STT Họ và tên sinh viên Nội dung thực hiện Điểm Chữ ký

Giảng viên chấm 1:

Giảng viên chấm 2:

M c l c ụ ụ

Danh sách các hình nhả 3

Danh sách các b ngả 4

1 Bluetooth: không ch là tai nghe ỉ 5

1.1 Ư u đi m ể [1] 5

1.2 Tr ườ ng h p s d ng ợ ử ụ [2] 6

2 Tìm hi u chuyên sâu ể 7

2.1 Nguyên lý ho t đ ng ạ ộ [3] 7

2.2 Kiêến trúc giao th c ứ [4] 9

2.3 So sánh v i các công ngh khác ớ ệ 11

2.3.1 Infrared 11

2.3.2 Wi-Fi 11

2.3.3 Zigbee 12

3 Th nhi m ử ệ 12

Tài li u tham kh oệ ả 14

Danh sách các hình ảnh

Hình 2.1 Kiến trúc protocol của bluetooth 8 Hình 3.1 Mô phỏng kết nối music player với speaker qua bluetooth 12

Danh sách các bảng Bảng 2.1 So sánh giữa bluetooth và infrared

Bảng 2.2 So sánh giữa bluetooth và Wi-Fi

Bảng 2.3 So sánh giữa bluetooth và Zigbee

1 Bluetooth: không chỉ là tai nghe

1.1. Ưu điểm[CITATION The \n \y \t \l 1066 ]

Bluetooth là công nghệ kết nối không dây cho phép bạn kết nối nhiều thiết bị trong nhà Giống như Wi-fi, bạn có thể sử dụng Bluetooth để trao đổi tệp và vận hành thiết bị điện tử Tai nghe không dây, điện thoại di động, thậm chí cả máy chơi game, thiết bị theo dõi sức khỏe đều có thể sử dụng bluetooth Mặc dù bluetooth có một số hạn chế nhất định, chẳng hạn như phạm vi ngắn hơn và băng thông thấp hơn Wi-Fi, nhưng nó có thể giúp kết nối giữa các thiết bị trong nhà của bạn đáng tin cậy hơn so với các lựa chọn thay thế không dây khác

Thiết lập đơn giản: Thiết lập kết nối gữa hia thiết bị rất nhanh chóng và dễ dàng.

Giao diện thiết lập khác nhau tùy thuộc vào thiết bị của bạn, nhưng để kết nối hai thiết bị, bạn cần đặt một thiết bị có thể phát hiện được trong khi thiết bị còn lại quét Sau khi thiết bị quét tìm thấy thiết bị có thể phát hiện được, bạn bắt đầu kết nối và nhập mã PIN theo hướng dẫn của sử dụng Đó là tất cả những gì bạn cần để kết nối Bạn không cần phải kết nối lại các thiết bị sau khi chúng đã được ghép nối

Khả năng tương thích: Tai nghe bluetooth tương thích với bất kì thiết bị nào

khác hỗ trợ bluetooth, bất kể kiểu dáng, kiểu máy hay thiết kế Có thể sử dụng nó với điện thoại di động hoặc ghép nối nó với máy chơi game và máy tính để dễ dàng trò chuyện trực tuyến Bàn phím bluetooth có thể hoạt động trên máy tính Vấn đề duy nhất bạn có thể gặp phải là nếu thiết bị được cài đặt chỉ có thể ghép nối với một số thiết bị khác

Ít phần cứng: Việc không dây là một lợi ích của bluetooth, nhưng nó còn ít cồng

kềnh hơn Wi-Fi Để tạo mạng không dây trong nhà bằng Wi-Fi, bạn cần một bộ định tuyến để thiết lập điểm truy cập Tất cả giao tiếp giữa hai thiết bị trên mạng không dây phải thông qua một bị định tuyến không dây Với bluetooth, các thiết bị nói chuyện trực tiếp với nhau Miễn là các thiết bị của bạn đã bật bluetooth, bạn không cần bất kỳ phần cứng bổ sung nào để kết nối chúng Mọi thứ đã được cài sẵn trên thiết bị của bạn Nếu bạn cần thêm phần cứng, nó ở dạng một dongle USE nhỏ giúp

bổ sung kết nối bluetooth vào máy tính hoặc thiết bị của bạn

Bảo vệ: Bluetooth có tính bảo mật theo hai cách Đầu tiên, nó không phải lúc

nào cũng phát sóng, không giống như kết nối Wi-Fi Khi bạn muốn kết nối hai thiết bị qua bluetooth, bạn đặt chúng ở chế độ “có thể phát hiện” Khả năng hiển thị này chỉ

cần thiết cho đến khi các thiết bị đã được ghép nối Sau khi được ghép nối, bạn có thể tắt chế độ đó đi và giữ cho thiết bị luộn ở trạng thái kín với các kết nối khác Mức độ bảo mật thứ hai là trong hầu hết các trường hợp, bạn sẽ cần cho phép kết nối bằng mã PIN để kết nối hai thiết bị Ví dụ, nếu bạn đặt bluetooth của máy tính cá nhân thành

“có thể phát hiện”, một người lạ vẫn không thể kết nối với máy tính của bạn cho đến khi bạn chấp nhận kết nối theo cách thủ công Thêm vào đó, phạm vi thiết bị bluetooth ngắn hơn có nghĩa là người dùng bên ngoài nhà bạn thậm chí không thể thấy thiết bị bluetooth của bạn

1.2. Trường hợp sử dụng[CITATION Edw \n \y \t \l 1066 ]

Bluetooth là công nghệ khong dây sử dụng sóng vô tuyến năng lượng thấp để gửi dữ liệu không dây giữa các thiết bị Nó tương tự như Wi-Fi ở chỗ nó hoạt động qua sóng vô tuyến Tuy nhiên, bluetooth có thể hoạt động giữa hai thiết bị bất kỳ và không yêu cầu thiết bị mạng bổ sung như bộ định tuyến hoặc modem, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến để gửi dữ liệu giữa các thiết bị điện tử di động trong phạm vị gần Bluetooth hoạt động trong khoảng cách tối đa là 164 feet giữa các thiết bị, nhưng phạm vi đó là quá đủ cho nhiều ứng dụng gia đình, xe hơi, sức khỏe và điện tử tiêu dùng

Máy tính: khi được tính hợp vào máy tính cá nhân và thiết bị ngoại vi, bluetooth

có thể kết nối máy tính xách tay hoặc máy tính để bàn với thiết bị như chuột, bàn phím, loa mà không cần phải sử dụng dây Ngoài ra, bluetooth có thể được sử dụng

để truyền tệp giữa hai máy tính có chip bluetooth hoặc gửi tài liệu đến một máy in không dây được kích hoạt Phạm vi hoạt động ngắn của bluetooth khiến nó trở nên lý tưởng cho các tình huống văn phòng với một số thiết bị được kích hoạt ở gần và công nghệ này cũng có thể được sử dụng để truyền tệp từ máy tính sang thiết bị di động như máy tính bảng và điện thoại thông minh để vận chuyển thông tin ra khỏi văn phòng

Nhà và xe: Trong một ngôi nhà có hỗ trợ bluetooth, người dùng có thể điều khiển không dây cài đặt máy lanh, máy điều hòa, báo thức, thiết bị gia dụng, đèn Ngoài ra, còn có thể truyền âm thanh hoặc video từ thiết bị di động hoặc máy tính lên tivi hoặc loa Khi bạn đang di chuyển trên đường, bluetooth cũng có thể kết nối các thiết bị đã bật với bảng điều khiển của ô tô để bạn có thể trả lời điện thoại di động,

phát nhạc hoặc nhận chỉ đường từ thiết bị GPS trực tiếp từ màn hình điều hướng của

ô tô

Sức khỏe: Kết nối không dây bluetooth có thể tự động ghi thông tin từ thiết bị y

tế như ống nghe, máy tạo nhịp tim hoặc máy theo dõi đường huyết vào máy tính, giúp tiết kiệm thời gian quý báu của cả bác sĩ và bệnh nhân và giúp thiết bị ý tế dễ tiếp cận hơn Thiết bị thể dục hỗ trợ bluetooth có thể giúp bạn theo dõi nhạp tin và theo dõi GPS tự động báo cáo tuyến đường hoặc lượng calo đã đốt cháy cho điện thoại thông minh hoặc tai nghe âm thanh nối phát trực tuyến từ thiết bị di động mà không cần dây cản trở bạn tập thể dục

Điện tử dân dụng: các thiết bị điện tử tiêu dùng hỗ trợ bluetooth như điện thoại, máy ảnh, TV, loa, tai nghe giúp bạn đơn giản hóa việc chia sẻ dữ liệu giữa các thiết

bị Ví dụ, điện thoại di động bluetooth có thể kết nối không dây với tay nghe để thực hiện cuộc gọi rảnh tay hoặc có thể gửi ảnh đến điện thoại, máy tính khác Trong trường hợp điện thoại di động có kết nối Internet, bluetooth có thể được sử dụng để biên dịch thông tin trên điện thoại sau đó được truyền qua Web với các ứng dụng đa dang như gửi ảnh cho một người bạn đang đi du lịch hoặc tự động gửi cuộc gọi khẩn cấp sai một vụ tai nạn ô tô

2 Tìm hiểu chuyên sâu

2.1. Nguyên lý hoạt động[CITATION How \n \y \t \l 1066 ]

Bộ thu phát Bluetooth RF (hoặc lớp vật lý) hoạt động trong băng tần ISM không được cấp phép, tập trung ở 2,4gigahezt (cùng một dải tần số được sử dụng bởi lò vi sóng và Wi-Fi) Hệ thống lõi sử dụng bộ thu phát nhảy tầng để chống nhiễu và làm mờ

Các thiết bị Bluetooth được quản lý bằng cách sử dụng cấu trúc liên kết RF được gọi là “cấu trúc liên kết hình sao” Một nhóm các thiết bị được đồng bộ hóa theo kiểu này tạo một piconet, có thể chứa một thiết bị chính và bảy thiết bị phụ, với các thiết bị phụ bổ sung không tham gia tích cực vào mạng Một thiết bị nhất định cũng có thể là một phần của một hoặc nhiều piconet, với tư cách là thiết bị chính hoặc thiết bị phụ Trong piconet, kênh vô tuyến vật lý được chia sẻ bởi một nhóm các

thiết bị được đồng bộ hóa với một đồng hồ và kiểu nhảy tần chung, với thiết bị chính cung cấp các tham chiếu đồng bộ hóa

Giả sử thiết bị chính là điện thoại di động của bạn Tất cả các thiết bị khác trong piconet của bạn đều được gọi là thiết bị phụ Nó có thể bao gốm tai nghe, bộ thu GPS, máy nghe nhạc MP3, dàn âm thanh trên ô tô,

Các thiết bị trong piconet sử dụng một mẫu nhảy tần cụ thể, được xác định theo thuật toán bởi thiết bị chính Mô hình nhảy tầng cơ bản là thứ tự ngẫu nhiên giả của

79 tần số trong băng tần ISM Dạng nhảy tần có thể được điều chỉnh để loại trừ một phần tần số được sử dụng bởi thiết bị gây nhiễu Kỹ thuật nhảy thích ứng cải thiện khả năng cùng tồn tại của công nghệ bluetooth với các hệ thống ISM tĩnh (không nhảy), chẳng hạn như Wi-Fi, khi các hệ thống này được đặt gần piconet

Kênh vật lý được chia nhỏ thành các đơn vị thời gian gọi là khe Dữ liệu được truyền giữa các thiết bị hỗ trợ bluetooth được định vị trong khe này Nhảy tần diễn ra giữa quá trình truyền hoặc nhận các gói, vì vậy các gói tạo nên một lần truyền có thể được gửi qua các tần số khác nhau trong băng tần ISM

Kênh vật lý cũng được sử dụng như một phương tiện truyền tải cho một hoặc nhiều liên kết logic hỗ trợ lưu lượng đồng bộ và không đồng bộ cũng như lưu lượng quảng bá Mỗi loại liên kết có một công dụng cụ thể Ví dụ, lưu lượng truy cập đồng

bộ được sử dụng để mang dữ liệu âm thanh rảnh tay, trong khi lưu lượng truy cập không đồng bộ có thể mạng theo các dạng dữ liệu khác có thể chịu được sự thay đổi nhiều hơn về thời gian phân phối, chẳng hạn như in tệp hoặc đồng bộ hóa lịch của bạn giữa điện thoại và máy tính

Một trong những phức tạp thường liên quan đến thiết bị không dây là quá trình kêt nối các thiết bị không dây Người dùng đã quen với quá trình kết nối các thiết bị

có dây bằng cách cắm một đầu cáp vào thiết bị này và đầu kia vào thiết bị bổ sung Công nghệ bluetooth sử dụng nguyên tắc của thiết bị “yêu cầu” và “quét yêu cầu” Thiết bị quét sẽ lắng nghe các tần số đã biết cho các thiết bị đang hỏi Khi bạn nhân được yêu cầu, thiết bị quét sẽ gửi phản hồi với thông tin cần thiết để thiết bị hỏi có thể xác định và hiển thị bản chất của thiết bị đã nhận ra tín hiệu của nó

Giả sử bạn muốn in ảnh không dây từ điện thoại di động của mình đến một máy

in gần đó Trong trường hợp này, bạn vào hình ảnh trên điện thoại của mình và chọn

in làm tùy chọn để gửi hình ảnh đó Điện thoại sẽ bắt đầu tìm kiếm các thiết bị trong

khu vực Máy in (thiết bị quét) sẽ trả lời câu hỏi và kết quả sẽ xuất hiện trên điện thoại như một thiết bị in khả dụng Bằng cách phản hồi, máy in đã sẵn sàng chấp nhận kết nối Khi bạn chọn máy in không dây bluetooth, quá trình in sẽ bắt đầu bằng cách thiết lập kết nối ở các lớp cao hơn liên tiếp của ngăn xếp giao thức bluetooth để điều khiển chức năng in

2.2. Kiến trúc giao thức[CITATION The1 \n \y \t \l 1066 ]

Công nghệ mạng bluetooth kết nối không dây các thiết bị trong phạm vi ngắn để tạo thành mạng khu vực cá nhân Kiến trúc bluetooth có mô hình độc lập riêng với chồng giao thức, thay vì theo mô hình OSI tiêu chuẩn hoặc mô hình TCP/IP Các giao thức trong tiêu chuẩn bluetooth có thể được nhóm một cách lỏng lẻo thành lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp phần mềm trung gian và lớp ứng dụng

Hnh 2.1 Kiến trúc protocol của bluetooth Tầng vật lý:

thông số kỹ thuật để truyền sóng vô tuyến Nó xác định giao diện không khí, các dải tần số, thông số kỹ thuật nhảy tần và kỹ thuật điều chế

đánh địa chỉ, định dạng khung gói, định thời và các thuật toán điều khiển công suất

Tầng liên kết dữ liệu:

bluetooth và duy trì các liên kết để kích hoạt giao tiếp Các chức năng chính khác của LMP là xác thực thiết bị, mã hóa tin nhắn và thương lượng kích thước gói tin

thích nghi giữa khung lớp trên và định dang khung lớp băng tần cơ sở L2CAP cung cấp hỗ trọ cho cả dịch vụ định hướng kết nối cũng như không kết nối

Tầng phần mềm trung gian:

tiếp với WAP

giao thức thường được sử dụng trong bluetooth là giao thức Point-to-Point (PPP), Internet Protocol (IP), User Datagram Protocol (UDP), Transmission Control Protocol (TCP), Wireless Application Protocol (WAP)

thông tin thiết bị để thiết lập kết nối giữa các thiết bị bluetooth cạnh tranh

Tầng ứng dụng: bao gồm các cấu hình ứng dụng cho phép người dùng tương tác

với các ứng dụng bluetooth

2.3 So sánh với các công nghệ khác

2.3.1 Infrared

Các thiết bị giao tiếp có thể được đặt

bất cứ ở đâu trong phạm vi ảnh hưởng

Các thiết bị giao tiếp phải gần nhau

Chủ yếu được sử dụng trong điện thoại

di động để truyền dữ liệu

Chủ yếu sử dụng trong các thiết bị điện

tử gia đình

điểm

Bảng 2.1 So sánh giữa bluetooth và infrared

2.3.2 Wi-Fi

Yêu cầu bộ điều hợp bluetooth trên tất

cả các thiết bị để kết nối

Yêu cầu adapter không dây cho tất cả các thiết bị và bộ định tuyến không dây

để kết nối

Tính bảo mật của bluetooth kém hơn

so với wifi

Cung cấp khả năng bảo mật tốt hơn bluetooth

Ít linh hoạt trong việc giới hạn số

người dùng được hỗ trợ

Hỗ trợ lượng lớn người dùng

Bảng 2.2 So sánh giữa bluetooth và Wi-Fi

2.3.3 Zigbee

Dải tần hỗ trợ thay đổi từ 2,4GHz đến

2,483GHz

Dải tần hỗ trợ chủ yếu là 2,4GHz trên toàn thế giới

Có bảy mươi chín kênh RF trong

bluetooth

Có mười sáu kênh RF

Sử dụng kỹ thuật điều chế GFSK

(Gaussian frequency – shift keying)

Sử dụng kỹ thuật điều chế BPSK (binary phase-shift keying) và QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

nút tế bào

thường xuyên hơn băng thông của bluetooth

Bảng 2.3 So sánh giữa bluetooth và Zigbee

3 Thử nhiệm

Trên phần mềm Packet Tracer, thực hiện mô phỏng kết nối một máy nghe nhạc với một loa thông qua bluetooth Sau khi kết nối này được thiết lập, nếu bật máy nghe nhạc thì loa sẽ phát ra âm thanh Các bước thực hiện như sau:

Bước 1: Mở phần mềm Packet Tracer

Music Player

Bước 4: Chọn tab Config trong Music Player -> Bluetooth Tích vào ô Port  Status

Bước 5: Tại tab Config của Music Player, chọn Discover, sẽ thấy thông tin về thiết bị Speaker hiện lên Chọn Pair Mở Tab Config của Speaker, chọn Discovery, chọn thông tin của Music Player pair Một kết nối nét đứt màu xanh hiện lên giữa  hai thiết bị biểu thị kết nối bluetooth giữa chúng

Bước 6: Alt + chuột trái vào music player để mở nhạc Bạn sẽ nghe thấy tiếng Speak đang phát nhạc Nếu muốn tắt nhạc, Alt + chuột trái vào music player lần nữa

Tài liệu tham khảo

[Trực tuyến] Available: https://smallbusiness.chron.com/advantages-using-bluetooth-existing-technology-32921.html

[2] E Mercer, “What is Bluetooth Technology Used for?,” [Trực tuyến] Available: https://smallbusiness.chron.com/bluetooth-technology-used-for-58102.html

[3] “How does Bluetooth work?,” [Trực tuyến] Available:

https://www.scientificamerican.com/article/experts-how-does-bluetooth-work/

[4] “The Bluetooth Protocol Architecture,” [Trực tuyến] Available:

https://www.tutorialspoint.com/the-bluetooth-protocol-architecture