đồ án công nghệ thông tin Xây dựng module lọc tin cho trình duyệt ĐTDD dùng công nghệ Bluetooth

Với những ưu điểm của mình, Bluetooth đang trở thành côngnghệ kết nối được ưa chuộng để tích hợp vào các thiết bị di động.. Với sự đa dạng của các thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth, t

──────── * ───────

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

XÂY DỰNG MODULE LỌC TIN CHO TRÌNH DUYỆT ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG DÙNG CÔNG NGHỆ BLUETOOTH

Sinh viên thực hiện : Đinh Tiên Hoàng

Lớp CNPM - K48 Giáo viên hướng dẫn: ThS Lương Mạnh Bá

Hà nội 5 - 2008

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Mục đích nội dung của ĐATN

• Tìm hiểu về công nghệ Bluetooth, Mobile Web và những công nghệ lập trình xây dựng ứng dụng module lọc tin

• Xây dựng module lọc tin cho trình duyệt trên điện thoại di động sử dụng công nghệBluetooth

2 Các nhiệm vụ cụ thể của ĐATN

• Tìm hiểu công nghệ Bluetooth

• Tìm hiểu Mobile Web

• Phân tích thiết kế và xây dựng module lọc tin: cho trình duyệt trên điện thoại di động sử dụng công nghệ Bluetooth

3 Lời cam đoan của sinh viên:

Tôi – Đinh Tiên Hoàng - cam kết ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sựhướng dẫn của ThS Lương Mạnh Bá

Các kết quả nêu trong ĐATN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳcông trình nào khác

Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2008

Tác giả ĐATN

Đinh Tiên Hoàng

4 Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành của ĐATN và cho phép bảovệ:

Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2008

Giáo viên hướng dẫn

Thạc sỹ Lương Mạnh Bá

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Yêu cầu về kết nối của các thiết bị điện tử đã thúc đẩy các công nghệ kết nối pháttriển mạnh Giờ đây, sự kết nối không chỉ là nối với nhau bằng dây, mà còn là kết nốikhông dây dẫn Đó cú khá nhiều công nghệ không dây ra đời như: hồng ngoại(IrDA),Bluetooth, WiFi, WiMax Với những ưu điểm của mình, Bluetooth đang trở thành côngnghệ kết nối được ưa chuộng để tích hợp vào các thiết bị di động Có Bluetooth, các thiết

bị di động sẽ có khả năng kết nối thuận tiện hơn, đặc biệt là kết nối với máy tính

Đi cùng với sự phát triển của các công nghệ kết nối là World Wide Web WorldWide Web đã được ghi nhận như một dấu mốc quan trọng trong quá trình trao đổi và xử lýthông tin của mọi con người trên toàn thế giới Nú đó thay đổi cách thức chúng ta tương

tác và truyền tải thông tin Những chiếc điện thoại di động với kết nối mạng không dây

tích hợp giờ đây đã có thể truy cập Web Tuy nhiên, khả năng trình diễn của chúng khôngđược như chiếc máy tính cá nhân Vì vậy, sự lựa chọn tốt nhất cho người dùng di động làtruy cập Web thông qua các trang Mobile Web

Đồ án này sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ Bluetooth, Mobile Web và xây dựngmodule lọc tin cho điện thoại di động Đồ án tập trụng nghiên cứu các vấn đề chính sau:

• Nghiên cứu công nghệ Bluetooth

• Nghiên cứu Mobile Web

• Giới thiệu công nghệ XML, RSS, lập trình NET cho XML

• Phân tích thiết kế và xây dựng module lọc tin cho trình duyệt trên điện thoại

di động sử dụng công nghệ Bluetooth

Những kết quả thu được sau khi thực hiện đồ án:

• Thu được những hiểu biết về công nghệ Bluetooth, Mobile Web, XML, RSS

• Nắm được những kỹ năng lập trình ASP.NET, C#

• Xây dựng thành công module lọc tin cho trình duyệt trên điện thoại di động

ABSTRACT OF THESIS

Wireless technology has become the most exciting area in telecommunication andnetworking Bluetooth is one of the wireless technologies that have the rapid growth Withmany advantages, it quickly becomes a favorite wireless technology to be integrated intomobile devices With Bluetooth technology, mobile devices can be connected more easily,especially connected to the PC

Along with development of connection technologies is World Wide Web The Webtechnology has revolutionized how we interact with and publish information, but up tonow it has only been accessible to people with desktop devices Web-enabled mobilephones now extend the expected global reach of the Web to three times that of today,touching one-third of the population1 of the planet

The goals of this thesis consist of:

• Research Bluetooth technology

• Research Mobile Web

• Introduction to technologies as XML, RSS, ASP.NET

• Analys, design and construct Web filter module for mobile browser thatuse Bluetooth technology

The results after finish this thesis consist of:

• Having knowledge of technologies: Bluetooth, Mobile Web, XML,RSS, ASP.NET; and get NET programming skill

• Having experience in Software Development, Analys and designInformation system

• Construct successfully Web filter module for mobile browser that useBluetooth technology

The way of development:

• Developing the Web filter module to filter Ajax web page

• Adding cache for saving visited web page This allow browser don’treload all components when user browse the page after first visit

Mục lục

Lời cảm ơn

Trước khi trình bầy nội dung nghiên cứu đồ án tốt nghiệp, em xin dànhnhững dòng đầu tiên gửi lời cảm ơn chân thành đến những người đã giúp đỡ em để

em có thể hoàn thành đồ án được như ngày hôm nay

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lương Mạnh Bá, người đã tận

tình hướng dẫn, định hướng và chỉ dạy em trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội nói chung và các thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin, Bộ môn côngnghệ phần mềm nói riêng đã tận tỡnh giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thứcquý báu trong những năm học vừa qua

Con xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cha Mẹ, những người đó luụn độngviên, ủng hộ về vật chất và tinh thần cho con trong suốt thời gian qua

Em xin gửi lời cảm ơn đến anh Phan Tuấn Dũng, cựu sinh viên lớp Côngnghệ phần mềm, Khóa 47, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người đã giúp đỡ,đóng góp ý kiến cho em trong thời gian thực hiện đồ án

Và cuối cùng, tôi xin cảm ơn anh em, bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ, ủng hộtôi trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp

Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2008

Tác giả ĐATN

Đinh Tiên Hoàng

Sinh viên lớp Công nghệ phần mềm – K48Khoa Công nghệ thông tin – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

•

Danh mục hình vẽ

Danh mục bảng biểu

Thuật ngữ Tên đầy đủ

API Application Program Interface

CAC Channel Access Code

CDC Connected Device Configuration

CLDC Connected Limited Device Configuration

CoD Class of Device

CSS Cascading Style Sheet

DAC Device Access Code

DOM Document Object Model

DTD Document Type Definition

DUN Dial Up Networking

EDR Enhanced Data Rate

FHS Frequency Hop Synchronization

FTP File Transfer Protocol

GIAC General Inquiry Access Code

GPRS General Packet Radio Service

HCI Host Controller Interface

HTTP HyperText Transfer Protocol

IAC Inquiry Access Code

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IP Internet Protocol

ISM Industrial, Scientific, Medical

KVM K Virtual Machine

L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol

LAN Local Area Network

LAP Lower Address Part

LIAC Limited Inquiry Access Code

LMP Link Manager Protocol

MAN Metropolitan Area Network

MID Mobile Information Device

MIDP Mobile Information Device Profile

OBEX OBject EXchange protocol

OMA Open Mobile Alliance

P/Invoke Platform Invoke

PAN Personal Area Network

PDA Personal Digital Assistant

PPP Point to Point Protocol

RSS Really Simple Syndication

SCO Synchronous Connection-Oriented

SDDB Service Discovery Database

SDP Service Discovery Protocol

SGML Standard Generalize Markup Language

SIG Special Interest Group

TCP Transmission Control Protocol

TCP/IP Transmission Control Protocol /Internet Protocol

TCS Telephony Control protocol Specification

TDD Time-Division Duplex

UDP User Datagram Protocol

URL Uniform Resource Locator

USB Universal Serial Bus

UUID Universal Unique Identifier

VFIR Very Fast InfraRed

W3C World Wide Web Consortium

WAE Wireless Application Environment

WAP Wireless Application Protocol

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

WML Wireless Markup Language

WPS Wireless Protocol Stack

XHTML eXtensible HyperText Markup Language

XHTML MP eXtensible HyperText Markup Language Mobile ProfileXML eXtensible Markup Language

XPATH XML Path Language

XSD XML Schema Definition

XSL eXtensible Stylesheet Language

XSLT eXtensible Stylesheet Language Transformation

Chương 1: Tổng quan về Bluetooth và đặc tả Bluetooth

1.1 Mở đầu

Bluetooth có thể giúp kết nối một cách dễ dàng không chỉ giữa điện thoại diđộng và phụ kiện của nó mà còn giữa nhiều loại thiết bị khác nhau Mục tiêu củaBluetooth tập trung vào các thiết bị cần tiết kiệm điện năng, muốn có kết nối khôngdây đơn giản với giá thành thấp Hồng ngoại, Bluetooth và WiFi, mỗi công nghệvới những ưu điểm và nhược điểm riêng, thích hợp với từng hoàn cảnh sử dụngkhác nhau, và chúng sẽ tồn tại cùng nhau Bluetooth được sự bảo trợ của những tậpđoàn hàng đầu thế giới, đã chứng tỏ được chỗ đứng của nó trên thị trường và tươnglai chắc chắn sẽ trở thành một công nghệ kết nối không dây phổ biến

Với khả năng ứng dụng ngày một rộng rãi, công nghệ Bluetooth đang đượcphát triển một cách nhanh chóng Đi cùng với nó là việc liên tục phát triển đặc tảBluetooth Với sự đa dạng của các thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth, thỡ cỏcứng dụng dùng công nghệ không dây này đang có một tương lai rộng mở

Chương này sẽ giới thiệu về Bluetooth từ cái nhìn tổng quan cho tới đặc tảcông nghệ

1.2 Tổng quan về Bluetooth

Phần đầu tiên sẽ dành để giới thiệu đụi nột về công nghệ Bluetooth nhưBluetooth là gì, lịch sử phát triển, ứng dụng của Bluetooth và so sánh với các côngnghệ không dây khác là hồng ngoại và WiFi

1.2.1 Bluetooth là gì?

Bluetooth là một công nghệ không dây tầm ngắn dựng súng radio dùng đểkết nối không dây giữa các thiết bị với nhau

Hình 1.1 Biểu tượng Bluetooth

Về mặt thiết kế, Bluetooth được thiết kế để đạt được ba mục tiêu chính: kíchthước nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng và giá thành thấp Những mục tiêu đó được đặt ranhằm đưa Bluetooth trở thành chuẩn kết nối không dây phổ biến, được ứng dụngngay cả trong những thiết bị nhỏ và tiêu tốn ít năng lượng nhất

Bluetooth sử dụng dải tần ISM 2.4 GHz không cần đăng ký Dải tần ISM(Industrial, Scientific, Medical) bao gồm các dải tần số 902 – 928 MHz và 2.4 –2.485 GHz Việc sử dụng các tần số trong dải tần ISM là không cần phải đăng ký,nghĩa là các thiết bị Bluetooth có thể hoạt động bình thường ở mọi nơi trên thế giới.Các thiết bị sử dụng Bluetooth được chia thành ba lớp:

• Lớp 1: tầm hoạt động khoảng 100 m Công suất khoảng 100 mW

• Lớp 2: tầm hoạt động khoảng 10 m Công suất khoảng 2.5 mW Được sửdụng rộng rãi trong các thiết bị di động

• Lớp 3: tầm hoạt động khoảng 1 m Công suất khoảng 1 mW

Về tốc độ truyền dữ liệu, phiên bản Bluetooth 1.2 có tốc độ tối đa là 1 Mbps Phiênbản mới nhất là 2.0 (EDR – Enhanced Data Rate) có tốc độ tối đa là 3 Mbps.

1.2.2 Lịch sử phát triển của Bluetooth

Năm 1994, công ty Ericsson bắt đầu một dự án nghiên cứu về công nghệkhông dây để kết nối giữa các điện thoại và các phụ kiện của chúng Nghiên cứucủa Ericsson đã gây được sự chú ý của IBM, Intel, Nokia và Toshiba

Về nguồn gốc cái tên Bluetooth, các kỹ sư của Ericsson đã đặt tên cho côngnghệ không dây mới là Bluetooth để tỏ lòng kính trọng đối với một vị vua ở thế kỷthứ 10 của Đan Mạch, vua Harald Bluetooth Vua Harald Bluetooth có biệt tài liênkết mọi người, đã thống nhất và trị vì Đan Mạch và Nauy Đó có thể là mong muốncủa những người phát triển công nghệ không dây Bluetooth: mong muốn Bluetooth

là chuẩn thống nhất kết nối các thiết bị với nhau

Tháng 5/1998, những công ty này thành lập nhóm quan tâm đặc biệt (SpecialInterest Group – SIG) về Bluetooth

Các công ty đó cựng hợp tác phát triển đặc tả Bluetooth phiên bản 1.0, ra đời vàotháng 7/1999

Năm 2000, SIG đã kết nạp thêm bốn thành viên mới là các công ty: 3Com, Agere,Microsoft, Motorola Sản phẩm Bluetooth đầu tiên được tung ra thị trường và cácsản phẩm khác liên tục được ra đời

Năm 2001, đặc tả Bluetooth 1.1 ra đời Bluetooth đó cú bước phát triển mạnh mẽ vàđược bình chọn là công nghệ không dây hay nhất của năm

Hiện tại SIG có hơn 7000 thành viên cùng nhau phát triển chuẩn Bluetooth

1.2.3 Ứng dụng của Bluetooth

Giá thành một con chip Bluetooth khá rẻ, khoảng 3 USD(http://www.bluetooth.com) Cứ mỗi tuần lại có khoảng 5 triệu thiết bị Bluetoothđược sản xuất (số liệu tháng 4/2007) Con số không nhỏ này chứng tỏ Bluetooth đã

có tầm ứng dụng rất lớn trong cuộc sống Vậy Bluetooth có thể làm được những gì?Câu trả lời là rất nhiều và danh mục ứng dụng của Bluetooth vẫn đang được tiếp tục

• Kết nối máy tính với chuột và bàn phím Bluetooth

• Điện thoại rảnh tay với tai nghe Bluetooth

• Kết nối máy tính với hệ thống loa trong phòng khách

Sau đây là một số ứng dụng quan trọng của Bluetooth

Truyền file giữa các thiết bị

Với kết nối Bluetooth, người dùng có thể chia sẻ những tấm ảnh ưa thích vớibạn bè, in chúng qua máy in hỗ trợ Bluetooth Họ cũng có thể cài đặt các ứng dụnghữu ích vừa tải về từ máy tính cho các thiết bị cầm tay, hay tải những bài hát mớinhất từ máy tính vào điện thoại hoặc máy nghe nhạc Đó là những ví dụ minh hoạcho khả năng kết nối đơn giản, làm cho việc truyền file trở nên dễ dàng hơn củacông nghệ Bluetooth.

Chia sẻ kết nối internet

Với một chiếc điện thoại đi động có khả năng kết nối internet thông quaGPRS hoặc quay số, cộng với khả năng kết nối Bluetooth thỡ nú hoàn toàn có thểchia sẻ kết nối internet với máy tính Trong tình huống người dùng có máy tínhxách tay và cần truy cập internet ở một địa điểm không cho phép kết nối bằng cácphương thức khác (như đang ở trên xe hơi chẳng hạn) thì việc chia sẻ kết nốiinternet với điện thoại di động thông qua Bluetooth là một giải pháp tuyệt vời.Hiện nay ở Việt Nam, các mạng di động đều đã cung cấp dịch vụ cho phép điệnthoại di động có thể kết nối internet, tuy nhiên, giá thành dịch vụ còn khá cao

xe để người dùng có thể vừa lái xe vừa nhận cuộc gọi

Hình 1.2 Tai nghe Bluetooth Mạng không dây nhỏ

Bluetooth là sự lựa chọn hợp lý nếu muốn tạo lập một mạng không dây nhỏ,truyền dữ liệu ở tốc độ vừa phải, ví dụ trong một cuộc họp nhóm Bluetooth có thểđược thiết lập để tự động thêm một thiết bị vào mạng khi thiết bị đó vào vùng phủsóng, và tự động ngắt thiết bị đó khỏi mạng nếu nó ra ngoài tầm hoạt động

Một ứng dụng nữa là thiết lập mạng giữa các thiết bị chơi game nhỏ Ngườidùng có thể tạo ra một mạng nhỏ để chơi game bằng các thiết bị di động khi đangphải chờ đợi trong nhà hàng hoặc giữa giờ nghỉ trong các trường học Một ví dụ tiêubiểu cho thiết bị chơi game di động sử dụng công nghệ Bluetooth là điện thoại diđộng N-Gage của hãng Nokia

Kết nối các thiết bị ngoại vi

Hiện nay, giá cả các thiết bị ngoại vi có tích hợp công nghệ Bluetooth đãgiảm đáng kể Các thiết bị thường sử dụng kết nối Bluetooth là: bàn phím, chuột,máy in, headphone

Hình 1.3 Chuột sử dụng công nghệ Bluetooth

Các thế hệ máy chơi game mới nhất hiện nay đều sử dụng công nghệBluetooth cho chiếc điều khiển: Wii của Nintendo, Playstation3 của Sony Thiết kếđột phá của chiếc điều khiển Wii, với cảm biến gia tốc cho phép nó xác định vị trítrong không gian Kết hợp với kết nối Bluetooth, nó cho phép người dùng vung vẩychiếc điều khiển như gậy đỏnh gụn, gậy bóng chày

Các ứng dụng khác

Một trong những ứng dụng có giá trị của Bluetooth là dự án Mạng bệnh việnkhông dây (Wireless Networks for Hospital) Sử dụng công nghệ Bluetooth, mạngBệnh viện có thể giải quyết các yêu cầu sau:

• Truy cập nhanh chóng thông tin của bệnh nhân tại các “Điểm chăm súc” (Point

of Care) gần bên giường bệnh

• Tự động truyền đến và nhận thông tin từ các thiết bị y tế

• Định vị và theo dõi tài sản, thiết bị trong khu vực bệnh viện

• Bằng cách sử dụng các dạng máy trợ giúp kỹ thuật số cá nhân (PDA) có hỗ trợBluetooth, các bác sĩ có thể truy cập vào các mục thông tin của bệnh nhân đượccập nhật hằng giờ để theo dõi, điều trị mà không cần phải đi khắp các giườngbệnh Tất nhiên nó cũng bao gồm việc bảo mật thông tin bệnh án của từng bệnhnhân, tránh mất mát, sai lệch Nếu xảy ra rò rỉ hoặc sai lệch thông tin có thể gây

ra những hậu quả nghiêm trọng

Hình 1.4 Theo dõi sức khoẻ bằng điện thoại di động

Các nhà nghiên cứu ở đại học Leeds đang phát triển một mẫu điện thoại diđộng có thể đo được các thông số quan trọng của cơ thể: huyết áp, nhịp tim, lượngđường trong máu, … Các thông số này được giám sát liên tục và có thể được gửiđến một máy chủ dữ liệu, có thể là của bệnh viện, để bác sỹ điều trị có thể xem xéttình trạng bệnh nhân một cách cập nhật nhất

1.2.4 So sánh Bluetooth với cỏc cụng nghệ không dây khác

Bluetooth và hồng ngoại

Công nghệ kết nối không dây bằng hồng ngoại đã phát triển rất nhiều nămtrước khi Bluetooth ra đời Ưu điểm của hồng ngoại là tốc độ khá cao, kết nối đơngiản, bảo mật cao Nhược điểm là chỉ cho phép kết nối point – to – point, do sửdụng sóng ánh sáng nên hai thiết bị kết nối phải “nhỡn” thấy nhau và khoảng cáchkết nối rất ngắn, dưới 1 mét

Dưới đây là bảng so sánh giữa Bluetooth và hồng ngoại

Phổ Radio, dải tần ISM 2.4

Tốc độ 1 Mbps (3 Mbps với phiên

bản 2.0 EDR)

4 Mbps (16 Mbps đối vớiVFIR – Very Fast InfraRed)

Số thiết bị

kết nối

đồng thời

Tối đa là 7 1 (point-to-point)

WiFi được dùng để kết nối tốc độ cao giữa các thiết bị có khả năng cung cấpmột lượng điện năng khá lớn Công nghệ này rất hữu ích để kết nối các thiết bị diđộng như máy tính xách tay ở công ty cũng như ở các địa điểm công cộng

Bluetooth hướng đến mục tiêu kết nối những thiết bị nhỏ nhẹ, tiêu thụ ít nănglượng, và kết nối ở tốc độ thấp Mức tiêu thụ năng lượng của Bluetooth nhỏ hơnkhoảng 500 lần so với WiFi, do vậy các thiết bị nhỏ nhẹ, dùng pin như điện thoại diđộng thường không sử dụng WiFi mà chỉ sử dụng Bluetooth

Liệu hai công nghệ này có công nghệ nào sẽ bị thay thế bởi đối thủ của nó không?Câu trả lời là không Bluetooth không thể thay thế WiFi bởi vì nú kộm WiFi ở cácđiểm:

• Tốc độ truyền dữ liệu thấp

• Khoảng cách hoạt động ngắn

Trong khi đó, WiFi cũng không thay thế Bluetooth bởi vì:

• WiFi không thể dùng để kết nối với các thiết bị ngoại vi giống nhưBluetooth

• WiFi tiêu thụ nhiều điện năng, không phù hợp với các thiết bị di độngnhỏ, nhẹ

• Tốc độ của WiFi là quá thừa thãi đối với nhiều kết nối chỉ để trao đổinhững lượng dữ liệu nhỏ

• WiFi không được thiết kế để có thể truyền âm thanh như Bluetooth.Sau đây là bảng so sánh giữa hai công nghệ

Phổ Dải tần ISM 2.4 GHz Dải tần ISM 2.4 GHz

Riêng chuẩn 802.11a dùngdải tần 5.15–5.35 GHz

Khoảng

cách

Lớp 1: 100m, lớp 2: 10m,lớp 3: 1m

100 m

Tốc độ 1 Mbps (3 Mbps với phiên

bản 2.0 EDR)

802.11b: 11 Mbps802.11a,g: 54 Mbps802.11n: 108 Mbps

Tối đa là 7 Nhiều thiết bị.

Địa chỉ Mỗi thiết bị có một địa chỉ MAC 48-bit.

Bảng 1.2 So sánh giữa Bluetooth và WiFi Bluetooth và WiMax

WiMax là công nghệ không dây dùng cho mạng diện rộng trong thành phố(MAN – metropolitan area network)

Các đặc điểm của WiMax:

• Tầm hoạt động khoảng 50 km với tốc độ truyền dữ liệu đạt 70 Mbps.Các thiết bị đầu cuối có tầm hoạt động ngắn hơn

Hiện ở Việt Nam cũng đã thử nghiệm công nghệ WiMax VDC đã thửnghiệm WiMax tại Lào Cai: một trạm phát sóng chính tại Bưu điện Lào Cai;khoảng 20 thiết bị đầu cuối thu tín hiệu (CPE) ở 19 địa điểm khác nhau, kết nốibăng thông ở tốc độ 8 Mb/giõy Viettel cũng đã thử nghiệm WiMax trong thành phố

Hà Nội: thông lượng truy cập đạt từ 1 Mb/giõy đến 3 Mb/giõy trong khi di chuyểnvới tốc độ tối đa là 100 km/giờ

Như vậy WiMax hoàn toàn không phải là công nghệ cạnh tranh với Bluetooth

1.3 Đặc tả Bluetooth

Ở phần trước trước, chúng ta đã tìm hiểu sơ lược về công nghệ Bluetooth.Chương này sẽ trình bày một cách rõ ràng hơn về bên trong công nghệ Bluetoohnhư cơ chế hoạt động, Bluetooth profile, giao thức Bluetooth,… Tài liệu đặc tả mớinhất của Bluetooth là phiên bản 2.0

1.3.1 Cỏc khái niệm

Băng tần ISM

Bluetooth hoạt động trên băng tần ISM 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific,Medical) là băng tần không cần đăng ký được dành cho các thiết bị không dây trongcông nghiệp, khoa học và y tế

Dải tần số của băng tần ISM 2.4 GHz là 2400 – 2483.5 MHz

Đồng hồ thiết bị

Đồng hồ của thiết bị Bluetooth là một bộ đếm 28 bit Giá trị của đồng hồđược tăng lên 1 sau mỗi chu kỳ 312.5 às Giá trị này được dùng để đánh số khe thờigian và đồng bộ thời gian trong cỏc kờnh vật lý

Nhảy tần số

Nhảy tần số (frequency hopping) là một kỹ thuật trải phổ (spread spectrum)

Kỹ thuật này được dựng vỡ có nhiều ưu điểm: chống nhiễu, chống dội sóng, vàchống nghe lén

Bluetooth sử dụng kỹ thuật nhảy tần số (frequency hopping), nghĩa là mỗigói tin được truyền đi ở một tần số khác nhau Sau khi truyền đi một gói tin, thiết bịBluetooth sẽ nhảy sang tần số khác để truyền gói tin tiếp theo Việc nhảy tần số nàytuân theo một mẫu đã được lựa chọn, do vậy sau khi đã nhảy đến tần số cuối cùngtrong mẫu thì lại lặp lại mẫu nhảy tần số đó Thông thường, Bluetooth sử dụng 79tần số trong dải tần ISM 2.4 – 2.4835 GHz, mỗi tần số cách nhau 1 MHz, bắt đầu từtần số f0 = 2402 MHz, kết thúc ở tần số f78 = 2480 MHz

Tốc độ nhảy tần số nhanh (1600 lần/giõy) giỳp giảm nhiễu tốt, và cũng cónghĩa là độ dài của gói tin rất ngắn Nếu phát hiện ra nhiễu trong khi đang truyềnmột gói tin thỡ gúi tin đó sẽ được truyền lại với một tần số khác

Khi một piconet được thành lập, thiết bị master sẽ lựa chọn mẫu nhảy tần số

và các thiết bị trong piconet sẽ sử dụng chung mẫu này Mẫu nhảy tần số cơ bảnđược tạo ra bằng cách sắp xếp một cách giả ngẫu nhiên (pseudo-random) 79 tần số.Mẫu này có thể được cắt bỏ những tần số đang được các thiết bị khác sử dụng đểtránh nhiễu Việc đồng bộ hoá đồng hồ đếm xung và mẫu nhảy tần số được thựchiện thông qua một kênh radio dành riêng, được chia sẻ bởi các thiết bị tham giavào piconet

Hình 1.5 Nhảy tần số Khe thời gian

Kênh radio vật lý được chia nhỏ thành các đơn vị thời gian gọi là khe thờigian (time-slot) Dữ liệu được đóng trong cỏc gúi tin (packet), mỗi gói tin đượctruyền trong một khe thời gian Trong hoàn cảnh đặc biệt, một số khe liên tiếp cóthể được ghép lại để truyền một gói tin, tối đa có thể dùng 5 khe để truyền một góitin Việc nhảy tần số diễn ra sau khi truyền một gói tin, nghĩa là tần số giữ nguyêncho đến khi truyền xong gói tin Công nghệ Bluetooth hỗ trợ truyền nhận song công(full duplex) thông qua lược đồ chia thời gian song công TDD (Time-DivisionDuplex)

Hình 1.6 Khe thời gian

Sau mỗi gói tin cần một thời gian là 220 às để mạch điện tử chuyển sang tần số mới.Nếu dùng nhiều khe để truyền gói tin thì tốc độ truyền dữ liệu sẽ cao hơn bởi vìviệc nhảy tần số chỉ xảy ra khi truyền xong gói tin, nên thời gian để truyền dữ liệu

sẽ nhiều hơn so với dùng nhiều khe thời gian

Hình 1.7 Gói tin sử dụng nhiều khe thời gian

Khe thời gian được đánh số theo đồng hồ của thiết bị master Trong lược đồTDD, master và slave không được truyền đồng thời Master truyền gói tin trong khe

có số thứ tự chẵn, slave truyền trong khe có số thứ tự lẻ Như vậy, hoạt động truyềntin này chính xác là bán song công (half-duplex) Tuy nhiên, thời gian chuyển đổigiữa hoạt động truyền và nhận diễn ra quá nhanh nên đối với người dùng có thể coi

đó là song công Trong tài liệu đặc tả Bluetooth của SIG cũng coi TDD là songcông

Mạng ad-hoc

Mạng được thiết lập giữa các thiết bị Bluetooth là kiểu mạng ad-hoc Mạngad-hoc là kiểu mạng được thiết lập một cách tự phát, tức thời, chỉ dùng để truyền dữliệu trong một thời gian tương đối ngắn Việc thiết lập mạng ad-hoc không cần cơ

sở hạ tầng như: switch, router, …

Piconet và scatternet

Hình 1.8 Mạng Bluetooth: piconet và scatternet

Bluetooth cho phép kết nối điểm-điểm (point-to-point) và điểm-đa điểm(point-to-multipoint) Trong kết nối point-to-point, kênh vật lý được chia sẻ bởi haithiết bị tham gia Trong kết nối point-to-multipoint, kênh vật lý được nhiều thiết bịtham gia chia sẻ Hai hoặc nhiều thiết bị cùng chia sẻ một kênh vật lý sẽ tạo thànhmột piconet Trong một piconet phải có một và chỉ một thiết bị làm master, các thiết

bị còn lại đóng vai trò slave Có tối đa 7 slave có thể tham gia kết nối ở trạng tháitích cực (active) trong một piconet Ngoài ra, có thể có nhiều thiết bị slave vẫn giữkết nối nhưng ở trạng thái “ngủ” (parked) Những thiết bị này không hoạt động trờnkờnh, nhưng vẫn đồng bộ với master và có thể chuyển sang trạng thái tích cực màkhông cần qua thủ tục thiết lập kết nối Master luôn giữ vai trò điều khiển truy nhậpkênh truyền

Khi hai hay nhiều piconet có chung thiết bị tham gia kết nối thì mộtscatternet được tạo ra Mỗi piconet vẫn chỉ có một master, do vậy master ở mộtpiconet này chỉ có thể tham gia với vai trò là slave trong các piconet khỏc Cỏcslave có thể tham gia vào nhiều piconet khác nhau Các piconet trong một scatternetthường không đồng bộ về tần số, mỗi piconet giữ một mẫu nhảy tần số riêng

Đặc tả Bluetooth

Đặc tả Bluetooth là chuẩn mà các thiết bị Bluetooth phải tuân theo để chúng

có thể giao tiếp được với nhau Đặc tả Bluetooth bao trùm rất nhiều vấn đề cả phầncứng lẫn phần mềm Về phần mềm, đặc tả Bluetooth bao gồm hai phần chính làchồng giao thức Bluetooth (Bluetooth protocol stack) và Bluetooth profile

Chồng giao thức Bluetooth mô tả các tầng giao thức Bluetooth Các giaothức này điều khiển tất cả mọi hoạt động của giao tiếp Bluetooth như: cấu hình thiết

bị, các tham số giao tiếp, mức năng lượng, …

Bluetooth profile là các chuẩn được tạo ra để các thiết bị Bluetooth có thểgiao tiếp với nhau một cách thống nhất Với mỗi hoàn cảnh sử dụng cụ thể lại cómột profile Ví dụ, hai thiết bị muốn truyền file cho nhau thì phải hỗ trợ profile vềtruyền file Nếu mỗi thiết bị lại thực hiện chức năng truyền nhận file theo nhữngcách khác nhau thì giữa chúng khó có thể giao tiếp được với nhau Việc đưa ra cácprofile sẽ đảm bảo các thiết bị hoạt động được với nhau nếu chúng hỗ trợ cùng mộtprofile

Các vấn đề này sẽ được tìm hiểu kỹ hơn trong phần sau

1.3.2 Sơ lược về hoạt động

Một hệ thống Bluetooth tối thiểu bao gồm một khối thu phát sóng radio,khối băng tần cơ sở, và chồng giao thức (protocol stack)

Khối thu phát sóng radio (tầng vật lý) hoạt động ở băng tần ISM 2.4 GHz

Hệ thống sử dụng công nghệ nhảy tần (frequency hopping) để giảm tác động củanhiễu và dội sóng Tốc độ truyền là 1 Mb/s (Basic Rate), với EDR (Enhanced DataRate) thì có thể đạt 2 Mb/s hoặc 3 Mb/s

Trong quá trình hoạt động, các thiết bị tham gia sẽ chia sẻ một kênh radio vật

lý Kênh này được dùng để đồng bộ hoá đồng hồ xung và mẫu nhảy tần số Mộtthiết bị cung cấp giá trị tham chiếu để đồng bộ được gọi là master Những thiết bịcòn lại trong mạng được gọi là slave Một nhóm thiết bị như thế tạo thành mộtpiconet

Các thiết bị trong một piconet sử dụng một mẫu nhảy tần số nhất định Mẫunhảy tần cơ bản là một sự sắp xếp giả ngẫu nhiên (pseudo-random) 79 tần số trongdải ISM Mẫu cơ bản này có thể được thay đổi để loại bỏ bớt những tần số gâynhiễu đang được các thiết bị khác sử dụng Khả năng này giúp các thiết bịBluetooth có thể hoạt động cùng với các hệ thống khỏc dựng tần số cố định trongdải tần ISM mà không gây đụng độ

Kênh vật lý được chia nhỏ thành các đơn vị thời gian gọi là khe thời gian(time-slot) Dữ liệu được đóng trong cỏc gúi tin (packet), mỗi gói tin được truyềntrong một khe thời gian Trong hoàn cảnh đặc biệt, một số khe liên tiếp có thể đượcghép lại để truyền một gói tin Việc nhảy tần số diễn ra sau khi truyền một gói tin.Công nghệ Bluetooth hỗ trợ truyền nhận song công (full duplex) thông qua lược đồchia thời gian song công TDD (Time-Division Duplex) Trong một kênh vật lý, mộtliên kết vật lý được tạo ra giữa hai thiết bị bất kỳ nếu chúng truyền dữ liệu chonhau Giữa mỗi slave và master có một liên kết vật lý, và giữa các slave không đượctạo ra liên kết vật lý

Các bước thông thường để hai thiết bị có thể kết nối với nhau là: Tìm kiếmthiết bị (Inquiry), Kết nối (Paging), sau bước kết nối, thiết bị được đặt ở trạng tháikết nối (Connection state)

Hình 1.9 Các bước kết nối 1.3.3 Kiến trúc của một hệ thống Bluetooth

Hình 1.10 Kiến trúc hệ thống Bluetoothmô tả 4 lớp thấp nhất, cùng với các giaothức truyền thông của từng lớp trong kiến trúc của một hệ thống Bluetooth Ba lớpdưới cùng được gộp lại gọi là khối điều khiển Bluetooth (Bluetooth Controller)

OBEX, UDP,… Chồng giao thức Bluetooth được thiết kế để sử dụng lại một cáchtối đa các giao thức sẵn có ở các tầng phía trên Mục đích là giỳp cỏc ứng dụng đó

cú hoạt động được với công nghệ Bluetooth mà không cần sửa đổi Đặc tảBluetooth cũng có tính mở, do vậy các nhà phát triển có thể phát triển các giao thứcriêng hoạt động trờn cỏc giao thức của Bluetooth

Chồng giao thức Bluetooth được chia làm 4 tầng chính:

• Bluetooth Core Protocols: các giao thức hạt nhân của Bluetooth baogồm: Baseband, LMP, L2CAP, SDP

• Cable Replacement Protocol: giao thức thay thế cáp truyền, hiện tại

có giao thức RFCOMM (mô phỏng cổng COM)

• Telephony Control Protocols: các giao thức điều khiển điện thoại baogồm: TCS Binary, AT-commands

• Adopted Protocols: các giao thức sẵn có được sử dụng lại bao gồm:PPP, UDP/TCP/IP, OBEX, WAP, vCard, vCal, WAE

Baseband

Baseband là tầng định nghĩa các thủ tục truy cập đường truyền và các thủ tục

ở tầng vật lý Đây là tầng quản lý hầu như mọi hoạt động kết nối vật lý của thiết bịBluetooth Tầng baseband thiết lập liên kết vật lý giữa master và các slave trongpiconet, chịu trách nhiệm điều khiển truyền nhận cỏc gúi tin qua liên kết radio Cóhai kênh truyền được cung cấp là dữ liệu và âm thanh Tầng baseband quản lý cácliên kết SCO dành cho âm thanh và các liên kết ACL dành cho dữ liệu khác

Liên kết SCO và ACL

Tầng baseband quản lý hai loại liên kết vật lý: liên kết SCO (SynchronousConnection-Oriented, liên kết đồng bộ hướng kết nối) và liên kết ACL(Asynchronous Connectionless, liên kết không đồng bộ và không hướng kết nối).Hai liên kết này có thể hoạt động đồng thời nhờ cơ chế dồn kênh

Liên kết SCO là một liên kết đối xứng point-to-point giữa một master và mộtslave trong piconet Nú dựng cỏc khe dành riêng trong kênh vật lý để truyền tin, dovậy có thể coi như là liên kết chuyển mạch kênh trong mạng điện thoại truyềnthống Liên kết SCO chủ yếu dùng để truyền dữ liệu âm thanh Master có thể hỗ trợtối đa 3 liên kết SCO đồng thời Cỏc gúi tin SCO không chứa mã kiểm tra lỗi, vàkhông có cơ chế để truyền lại gói tin

Liên kết ACL là liên kết dùng để truyền dữ liệu người dùng và các dữ liệuđiều khiển Liên kết này cung cấp cơ chế báo nhận và cơ chế truyền lại gói tin nếu

có lỗi Liên kết ACL hỗ trợ kiểu cả kết nối đối xứng lẫn không đối xứng, là kiểuliên kết chuyển mạch gói, point-to-multipoint.

bị Mỗi địa chỉ được chia làm 3 trường:

o LAP: Lower Address Part, phần địa chỉ thấp do nhà sản xuất gáncho thiết bị, 24 bit

o UAP: Upper Address Part, phần địa chỉ cao, 8 bit

o NAP: Non-significant Address Part, phần địa chỉ không có ýnghĩa, 16 bit

LAP và UAP tạo thành phần địa chỉ có ý nghĩa

Hình 1.12 Định dạng của địa chỉ thiết bị BD_ADDR

• AM_ADDR: Active Member Address Là một số có độ dài 3 bit để phânbiệt giữa các thiết bị slave đang ở trạng thái tích cực trong một piconet

Do chỉ dùng 3 bit nên trong một piconet có tối đa là 7 thiết bị ở trạng tháitích cực (địa chỉ 000 là địa chỉ quảng bá) Địa chỉ này chỉ tồn tại nếuslave đang ở trạng thái tích cực

• PM_ADDR: Parked Member Address Là địa chỉ có độ dài 8 bit dùng đểphân biệt giữa các thiết bị slave đang ở trạng thái “ngủ” (parked) trongmột piconet Có tối đa 255 thiết bị slave ở trạng thái này trong mộtpiconet

• AR_ADDR: Access Request Address Khi master muốn chuyển một thiết

bị slave đang “ngủ” sang trạng thái tích cực, nó chỉ cần gửi thông điệpđến địa chỉ PM_ADDR hoặc BD_ADDR của thiết bị đó Nhưng khi mộtthiết bị slave đang ở trạng thái “ngủ” muốn chuyển sang trạng thái tíchcực, nó phải gửi thông điệp yêu cầu truy cập đến master thông qua mộtkhe thời gian slave-master (khe này có độ rộng bằng một nửa (312,5 às)

so với khe thời gian thông thường (625 às) nờn gọi là nửa khe slot)) AR_ADDR sẽ quyết định việc slave được dùng nửa khe nào để gửiyêu cầu đến master

(half-Định dạng gói tin

Hình 1.13 Định dạng gói tin

• Access Code: Mỗi gói tin được bắt đầu bằng mã truy cập (access code).

Nếu sau access code có header thì access code có độ dài là 72 bit, ngượclại access code có độ dài là 68 bit và được gọi là access code rút gọn.Access code rút gọn không có thông tin phía sau nó Access code dùng đểnhận dạng tất cả cỏc gúi tin trao đổi trong một kênh vật lý: mọi gói tintruyền trong cùng một kênh vật lý phải cú cựng access code

Access code rút gọn dùng trong quá trình kết nối (paging), tìm kiếm thiết

bị (inquiry), chuyển đổi giữa trạng thái tích cực (active) và trạng thái

DAC dùng trong quá trình kết nối (paging) các thiết bị với nhau

IAC dùng trong quá trình tìm kiếm các thiết bị lân cận

• Header:

Header chứa thông tin điều khiển liên kết, bao gồm 6 trường:

Hình 1.14 Định dạng header của gói tin

o LT_ADDR: Logical Transport Address Mỗi slave ở trạng thái

tích cực trong piconet được gán một địa chỉ LT_ADDR 3 bit Địachỉ 000 là địa chỉ quảng bá Master không có địa chỉ LT_ADDR vìtrong một piconet, slave chỉ có thể truyền gói tin đến master màthôi Địa chỉ LT_ADDR được master gán cho slave khi nó chuyểnsang trạng thái tích cực (active) Khi slave chuyển sang trạng tháingủ (parked), nó sẽ không còn giữ địa chỉ này nữa

o TYPE: xác định loại gói tin Trường này có độ dài 4 bit nên có thể

phân biệt được tất cả 16 loại gói tin khác nhau

o FLOW: dùng để điều khiển luồng gói tin Khi bộ đệm nhận của

thiết bị nhận tin đầy, tín hiệu STOP (FLOW = 0) được gửi đi đểdừng việc gửi gói tin Khi bộ đệm nhận đã có thể tiếp tục nhận dữliệu, tín hiệu GO (FLOW = 1) được gửi đi để tiếp tục trao đổi dữliệu

o ARQN: Cờ báo nhận, thông báo cho thiết bị gửi tin biết gói tin

trước đó đã được nhận thành công (ARQN = 1) hay không(ARQN = 0)

o SEQN: Số tuần tự gói tin Khi gửi gói tin đầu tiên, SEQN được

gán bằng 1 Sau đó, mỗi khi gửi một gói tin mới thì đảo giá trị củabit SEQN Khi gửi lại một gói tin thì phải giữ nguyên SEQN đểthiết bị nhận biết là gói tin gửi lại chứ không phải là gói tin mới

o HEC: Header Error Check – kiểm tra lỗi header Dùng để kiểm tra

sự toàn vẹn của header

• Payload: Đây là phần mang dữ liệu có ý nghĩa của gói tin.

Thiết lập kết nối

Để thiết lập một kết nối mới, các thiết bị sẽ tiến hành hai quá trình là Inquiry(phát hiện thiết bị) và Paging (thiết lập kết nối)

Quá trình phát hiện thiết bị

Một thiết bị muốn phát hiện được các thiết bị khác thì phải chuyển sangtrạng thái phát hiện thiết bị (inquiry) Thiết bị liên tục truyền đi thông điệp tìm kiếm

ở các tần số khác nhau

Một thiết bị muốn để cho các thiết bị khác phát hiện được mình thì phảithường xuyên chuyển sang trạng thái quét thông điệp tìm kiếm (inquiry scan) để trảlời các thông điệp này Dĩ nhiên là thiết bị không bắt buộc phải trả lời thông điệpnếu nó không muốn

Khi nhận được thông điệp trả lời, thiết bị đã gửi đi thông điệp tìm kiếm sẽthu thập địa chỉ và đồng hồ của tất cả các thiết bị có thông điệp trả lời Sau đó, nó

có thể tiến hành quá trình thiết lập kết nối với bất kỳ thiết bị nào trong số đó

Quá trình thiết lập kết nối

Thiết bị khởi tạo kết nối sẽ đảm nhiệm thủ tục này và trở thành master trongkết nối đó Master liên tục gửi thông điệp thiết lập kết nối ở các tần số khác nhau.Slave thường xuyên quét để trả lời các thông điệp này và chấp nhận kết nối vớimaster Khi nhận được trả lời, master gửi gói tin FHS (Frequency HopSynchronization) cho slave để slave biết địa chỉ và đồng hồ của master Slave nhậnđược FHS sẽ trả lời lại master Sau đó master gửi gói tin thăm dò (POLL) đến slave,slave gửi lại một gói tin bất kỳ để hoàn tất thủ tục thiết lập kết nối

Hình 1.15 Quá trình thiết lập kết nối Các trạng thái và chế độ kết nối

Hình 1.16 Các trạng thái và chế độ kết nối

Trạng thái kết nối là trạng thái mà kết nối đã được thiết lập và thiết bị đã cóthể trao đổi gói tin với nhau Ở trạng thái này thiết bị có ba chế độ hoạt động là:active, sniff, và hold

Chế độ tích cực (active mode)

Trong chế độ này, cả master và slave đều tham gia tích cực trờn kờnh truyềnthông Tại mỗi thời điểm có tối đa 7 slave ở chế độ này Thiết bị master sẽ điều phốilưu lượng và đồng bộ hoá cho các thiết bị slave Do master phải luôn luôn giữquyền điều khiển trong piconet nên slave chỉ được phép giao tiếp với master màkhông được giao tiếp với các slave khác

Slave lắng nghe cỏc gúi tin trờn cỏc khe thời gian mà master dùng để truyềntin (master-to-slave slot) Slave chỉ được phép truyền gói tin trên khe thời gian đượcchỉ ra bởi địa chỉ LT_ADDR trong header của gói tin mà master truyền cho slavengay trước đó Nếu LT_ADDR không khớp hoặc không nhận được header hợp lệthì slave không được phép truyền

Sau mỗi Tpoll khe thời gian thì master lại gửi gói tin thăm dò (POLL) choslave Khi nhận được gói tin thăm dò, slave phải gửi lại master một gói tin bất kỳ để

thông báo là đã nhận được gói tin Gói tin mà master nhận được sau khi gửi gói tinthăm dò luôn được coi là gói tin báo nhận Slave không được phép gửi gói tin thămdò.

Chế độ sniff

Chế độ sniff là một chế độ tiết kiệm năng lượng Các slave ở chế độ này sẽgiảm tần suất hoạt động của mình Cụ thể, nếu ở chế độ tích cực, slave bắt buộcphải lắng nghe trên tất cả các khe thời gian master-to-slave thì ở chế độ sniff, slavechỉ lắng nghe sau một khoảng thời gian Tsniff

Hình 1.17 Hoạt động lắng nghe của slave trong chế độ sniff

Chu kỳ lắng nghe Tsniff là một tham số trong lệnh chuyển thiết bị sang chế độ sniff

Chế độ giữ (hold mode)

Chế độ giữ là chế độ mà slave tạm thời không trao đổi cỏc gúi tin ACL trờnkờnh, nhưng vẫn trao đổi cỏc gúi tin trờn cỏc khe đồng bộ (liên kết SCO và eSCO)

Ở chế độ giữ, tài nguyên của thiết bị có thể được giải phóng để thực hiện các côngviệc khác như: quét yêu cầu kết nối, thiết lập kết nối, tìm kiếm thiết bị hoặc thamgia vào một piconet khác Ngoài ra, thiết bị ở chế độ này có thể chuyển sang chế độngủ để tiết kiệm năng lượng Trong quá trình chuyển sang chế độ giữ, master vàslave phải thoả thuận với nhau về thời gian mà slave sẽ ở trong chế độ này Saukhoảng thời gian đó, slave phải quay lại trạng thái cũ

Trạng thái dừng (park state)

Khi một thiết bị slave không còn cần sử dụng kênh truyền thông trongpiconet, nhưng vẫn muốn đồng bộ với kờnh thỡ nú có thể chuyển sang rạng tháidừng (park state, có thể gọi là trạng thái “ngủ”) Khi ở trạng thái này, thiết bị chỉlắng nghe trờn kờnh với một tần suất thấp nên rất tiết kiệm năng lượng Hơn nữa,

do thiết bị phải giải phóng địa chỉ LT_ADDR nên có thể kết nối được nhiều slavevới master nếu hoán đổi các thiết bị ở trạng thái tích cực và trạng thái dừng chonhau Master có thể quản lý tối đa 255 thiết bị slave ở trạng thái này

Audio

Dữ liệu âm thanh có thể được truyền giữa hai hay nhiều thiết bị Bluetooth

Dữ liệu này được đóng vào cỏc gúi tin SCO và được chuyển thẳng đến tầngbaseband mà không đi qua L2CAP Có thể thấy mô hình sử dụng âm thanh quaBluetooth khá đơn giản, bất kỳ hai thiết bị Bluetooth nào cũng có thể gửi và nhận

dữ liệu âm thanh với nhau mà chỉ cần mở một liên kết âm thanh giữa chúng

Giao thức quản lý liên kết

Giao thức quản lý liên kết (LMP - Link Manager Protocol) chịu trách nhiệmthiết lập, cài đặt liên kết giữa các thiết bị Bluetooth Trong đó bao gồm cả các vấn

đề về an toàn thông tin như xác thực và mó hoỏ thông qua các thủ tục như: sinhkhoá, trao đổi khoá và kiểm tra khoỏ (cỏc vấn đề này được trình bày chi tiết hơn ởphần sau) Ngoài ra, nú cũn điều khiển các chế độ năng lượng, các trạng thái kết nốicủa một thiết bị Bluetooth trong một piconet.

Host Controller Interface

Host Controller Interface (HCI) là đường biên giới giữa phần cứng và phầnmềm Tầng L2CAP và các lớp trên được thực hiện bằng phần mềm, trong khi cáctầng LMP và các lớp dưới lại nằm trên phần cứng HCI có nhiệm vụ kết nối haithành phần này với nhau

HCI cung cấp giao diện điều khiển bằng lệnh để điều khiển tầng baseband,tầng quản lý liên kết, và truy cập trạng thái cũng như các thanh ghi điều khiển củaphần cứng HCI có hai phần chính: HCI driver ở thiết bị host (máy tính, điện thoại)

và HCI firmware ở phần cứng Bluetooth

Ví dụ, một thiết bị Bluetooth giao tiếp với máy tính qua cổng USB thì vai tròcủa HCI là sử dụng các tín hiệu theo chuẩn USB để gửi thông tin giữa máy tính vàthiết bị Bluetooth Như vậy, các thiết bị Bluetooth khác nhau có thể giao tiếp vớimáy tính theo nhiều cách khác nhau (USB, PCI, Serial, …) mà chỉ cần thay đổi ởHCI, cũn cỏc thành phần khỏc thỡ vẫn giữ nguyên

L2CAP

L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) là lớp trung gian cónhiệm vụ chuyển đổi các giao thức ở phía trên nó sao cho phù hợp với tầngbaseband L2CAP cung cấp các dịch vụ hướng kết nối hoặc không hướng kết nốicho các giao thức ở tầng trên với khả năng dồn kênh giao thức, phân đoạn và ghépđoạn Dồn kênh giao thức cho phép L2CAP phục vụ đồng thời nhiều giao thức ởtầng trên Còn phân đoạn là công việc chia nhỏ gói tin lớn từ giao thức ở tầng trênthành nhiều đoạn nhỏ phù hợp với tầng baseband, trong khi ghép đoạn là ghộp cỏcđoạn nhận được thành gói tin để chuyển lên tầng trên L2CAP cho phép các giaothức ở tầng trên gửi và nhận cỏc gúi tin L2CAP với kích thước tối đa là 64 KB

Mặc dù giao thức baseband cung cấp hai kiểu liên kết là SCO và ACL nhưngL2CAP chỉ sử dụng kiểu liên kết ACL và không hỗ trợ liên kết SCO Như đã nói ởphần trước, liên kết SCO được sử dụng để truyền dữ liệu âm thanh (không đi quaL2CAP)

Giao thức phát hiện dịch vụ (SDP)

Giao thức phát hiện dịch vụ (SDP – Service Discovery Protocol) là một phầnquan trọng trong chồng giao thức Bluetooth Một cách ngắn gọn, SDP là phươngtiện để các ứng dụng phát hiện ra những dịch vụ nào đang được cung cấp và các đặctrưng của những dịch vụ đó

Dịch vụ Bluetooth là gì? Một ví dụ đơn giản là máy in Bluetooth Máy inBluetooth sẽ cung cấp một dịch vụ là dịch vụ in Nếu một ứng dụng Bluetooth nào

đó cần in một tài liệu, nó sẽ sử dụng SDP để phát hiện các dịch vụ in đang được

cung cấp trong phạm vi hoạt động của nó, sau đó kết nối đến dịch vụ đó để tiếnhành in.

Các dịch vụ là nền tảng cho tất cả các mô hình sử dụng Bằng cách sử dụngSDP, các thông tin về thiết bị, các dịch vụ, các đặc trưng của dịch vụ có thể đượcphát hiện; sau đó một kết nối giữa các thiết bị Bluetooth có thể được thiết lập để sửdụng dịch vụ

RFCOMM

RFCOMM thường được biết đến là cổng truyền tin nối tiếp không dây Cổngserial được đặt tên là COMM1, COMM2, … RFCOMM mô phỏng chức năng củamột cổng serial theo chuẩn RS-232 Như vậy, các ứng dụng dùng cổng serial sẽ sửdụng công nghệ Bluetooth được ngay mà không cần có sự thay đổi nào

RFCOMM cho phép giả lập tối đa 60 cổng serial, số cổng tối đa thực tế của mỗithiết bị thì phụ thuộc vào nhà sản xuất

1.3.4 Bluetooth profiles

Bluetooth được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau với các ứng dụng

đa dạng Nếu các nhà sản xuất cứ đưa ra cách ứng dụng Bluetooth của riêng mìnhthì có thể dẫn tới sự không thống nhất, và các thiết bị Bluetooth của cỏc hóng khácnhau sẽ không hoạt động được với nhau Để thống nhất, SIG đã định nghĩa ra các

mô hình sử dụng Bluetooth Mỗi mô hình sử dụng được đi kèm với một profile.Profile sẽ định nghĩa các giao thức và các tính năng để hỗ trợ một mô hình sử dụng.Trong mỗi profile sẽ chỉ ra phần nào trong tầng giao thức Bluetooth được sử dụng.Nhiều profile phụ thuộc vào các profile khỏc Cú 4 profile cơ sở thường được cácprofile khác sử dụng, đó là:

• Generic Access Profile (GAP): profile chung nhất, tất cả các profilekhác đều sử dụng chức năng của profile này

• Serial Port Profile (SPP): Sử dụng tầng RFCOMM Profile này dùng

để tạo các cổng serial ảo

• Service Discovery Application Profile (SDAP): Sử dụng tầng SDP đểtìm kiếm các dịch vụ

• Generic Object Exchange Profile (GOEP): là profile chung được dùngbởi các profile sử dụng giao thức OBEX

Hình 1.18 Sự phụ thuộc của các profile

Hiện tại, Bluetooth đã có rất nhiều profile và một số profile vẫn đang được pháttriển để đáp ứng được các trường hợp sử dụng khác nhau Sau đây là một số profilethường dùng

File Transfer Profile

Profile này được dùng để truyền tập tin giữa các thiết bị Bluetooth Ngoài ra,

nú cũn cung cấp khả năng duyệt thư mục trên thiết bị Các thiết bị thường sử dụngprofile này là máy tính, điện thoại di động, PDA

Hình vẽ dưới đây mô tả các giao thức được sử dụng trong profile truyền file, trong

đó đã lược đi các tầng bên dưới như LMP, baseband, radio

Hình 1.19 Chồng giao thức của profile truyền file Headset Profile

Headset profile được sử dụng để trao đổi âm thanh Thiết bị sử dụng profilenày hoạt động như một thiết bị âm thanh với một đường vào và một đường ra cungcấp khả năng truyền nhận song công.

Các thiết bị thường dùng profile này là tai nghe, điện thoại di động, PDA và máytính

Hình 1.20 Chồng giao thức của headset profile Dial-up Networking Profile (DUN)

Dial-up Networking profile cung cấp một chuẩn thống nhất để truy cậpinternet và các dịch vụ quay số khác thông qua công nghệ Bluetooth Kịch bảnthường dùng nhất là truy cập internet từ máy tính xách tay bằng cách sử dụngBluetooth để kết nối với điện thoại di động rồi dùng điện thoại di động quay số đếnnhà cung cấp Trong profile này, tập lệnh AT được sử dụng để điều khiển điện thoại(hoặc modem)

Hình 1.21 Chồng giao thức của dial-up networking profile

Do được xây dựng dựa trên tầng RFCOMM, trong đó sử dụng liên kết serial ảo docác tầng bên dưới của chồng giao thức Bluetooth tạo ra, nờn cỏc ứng dụng khôngcần quan tâm đến việc chúng đang sử dụng công nghệ Bluetooth Nói cách khác,profile này tạo ra sự trong suốt đối với các ứng dụng sử dụng nó

Personal Area Networking Profile (PAN)

Profile này giúp các thiết bị Bluetooth thiết lập mạng LAN để kết nối vớinhau Các ứng dụng mạng như trò chơi, chia sẻ file, chia sẻ máy in, … thường sửdụng kết nối qua mạng LAN Các thiết bị Bluetooth có hỗ trợ profile này sẽ tạo ramột card mạng ảo, và hệ điều hành sẽ coi nó như một card mạng vật lý Như vậy

với sự trong suốt này, các ứng dụng mạng sẵn có vẫn hoạt động bình thường thôngqua Bluetooth giống như cú thờm một card mạng khác.

Hình 1.22 Chồng giao thức của personal area networking profile 1.3.5 An toàn thông tin trong kết nối Bluetooth

Có ba cơ chế tham gia để đảm bảo an toàn thông tin trong kết nối Bluetooth:mẫu nhảy tần số giả ngẫu nhiên, xác thực và mó hoỏ

• Kỹ thuật nhảy tần số khiến cho đối phương rất khó khăn trong việcnghe lén

• Xác thực cho phép giới hạn người dùng kết nối đến thiết bị

• Mó hoá sử dụng cỏc khoỏ bí mật để thông tin nhạy cảm chỉ đến đượcvới người nhận hợp pháp

Tất cả các thiết bị Bluetooth đều phải hỗ trợ Generic Access Profile Profile nàyđịnh nghĩa ba chế độ bảo mật:

• Chế độ 1: là chế độ không an toàn Không có thủ tục nào được thựchiện để đảm bảo an toàn thông tin

• Chế độ 2: còn gọi là chế độ ép bảo mật mức dịch vụ (service-levelenforced security) Các thủ tục bảo mật không được khởi tạo cho đếnkhi kênh truyền được thiết lập Chế độ này cho phép các ứng dụng cóthể có các chính sách truy cập khác nhau và thực hiện các chính sách

đó một cách đồng thời

• Chế độ 3: còn gọi là chế độ ép bảo mật mức liên kết (link-levelenforced security) Trong chế độ này, các thủ tục đảm bảo an toànđược khởi tạo trước khi thủ tục thiết lập liên kết hoàn thành

Bluetooth cung cấp các phương thức bảo vệ thông tin ở cả tầng ứng dụng vàtầng liên kết bằng các cơ chế xác thực (authentication), và mó hoỏ (encryption)

Có bốn nhân tố quan trọng tham gia vào thủ tục xác thực và mó hoỏ được mô tảtrong bảng sau

Nhân tố Kích thước

Địa chỉ thiết bị BD_ADDR 48 bit

Khoá mã hoá, kích thước có thể cấu hình được 8-128 bit

Số ngẫu nhiên RAND 128 bit

Bảng 1.3 Các nhân tố tham gia vào thủ tục xác thực và mó hoỏ Khoá của liên kết (link key)

Khoá của liên kết là một số ngẫu nhiên 128-bit được chia sẻ giữa các thiết bị.Khoá này được dùng trong thủ tục xác thực và làm tham số trong thủ tục sinh khoỏ

mó hoỏ

Khoá của liên kết có thể là:

• Khoá kết hợp KAB: phụ thuộc vào hai thiết bị tham gia liên kết

• Khoá của thiết bị KA: phụ thuộc từng thiết bị

• Khoá tạm thời của master Kmaster: Khoá này tạm thời được master dùnglàm khoá liên kết, ví dụ trong tình huống master cần giao tiếp với haithiết bị nhưng chỉ muốn dùng một khoỏ mó hoỏ

• Khoá khởi tạo Kinit: tạo ra và sử dụng làm khoá liên kết trong quá trìnhkhởi tạo liên kết

Khoá KA không được khuyến khích làm khoá liên kết vỡ tớnh bảo mật yếu Tuynhiên trong các thiết bị do hạn chế về tài nguyên thì vẫn phải dựng khoỏ này

Thủ tục khởi tạo chia làm 5 giai đoạn:

• Sinh khoá khởi tạo Kinit

• Sinh khoá liên kết K

• Trao đổi khoá liên kết

• Xác thực

• Sinh khoỏ mó hoỏ KC

Hình 1.23 Khoá liên kết là khoá của thiết bị K A

Hình 1.24 Khoá liên kết là khoá kết hợp K AB

Hình 1.25 Khoá liên kết là K master

Hình 1.26 Sinh khoỏ mó hoỏ K C

Xác thực

Hình 1.27 Thủ tục xác thực

Sau mỗi lần xác thực thất bại thì thiết bị xác minh (verifier) sẽ chờ mộtkhoảng thời gian trước khi tiến hành lần xác thực tiếp theo, hoặc trước khi nó trả lờiyêu cầu xác thực được khởi tạo bởi thiết bị đang được xác minh Cứ sau mỗi lầnthất bại, thời gian chờ lại tăng theo cấp số mũ Thời gian chờ này phụ thuộc vàotừng thiết bị và được chặn bởi một giá trị chặn trên Thời gian chờ sẽ được giảm vềgiá trị thấp nhất khi không có lần xác thực thất bại nào xảy ra sau một khoảng thờigian nhất định Thủ tục này nhằm ngăn chặn những kẻ xâm nhập tiến hành thủ tụcxác thực với một số lượng lớn khoá khác nhau trong một thời gian ngắn

Mó hoá

Thông tin của người dùng có thể được bảo vệ bằng cách mó hoỏ phầnpayload trong gói tin, phần mã truy cập và header của gói tin không bao giờ được

mó hoỏ

Mỗi thiết bị bluetooth đều có một tham số định nghĩa độ dài lớn nhất Lmax (1

≤ Lmax ≤ 16, số byte của khoỏ mó hoỏ) của khoỏ mó hoỏ mà nó hỗ trợ Với mỗi ứngdụng cần mó hoỏ lại định nghĩa một độ dài nhỏ nhất Lmin của khoỏ mó hoỏ Nhưvậy, trước khi sinh khoỏ mó hoỏ, các thiết bị phải đàm phán để quyết định sẽ sửdùng độ dài khoá là bao nhiêu

Quá trình đàm phán về độ dài khoá được tóm tắt như sau:

• Thiết bị master gửi một giá trị đề nghị Lsug(M) cho slave Giá trị đề nghịnày ban đầu được gán bằng Lmax(M)

• Nếu Lmin(S) ≤ Lsug(M) và slave có hỗ trợ độ dài Lsug(M) thì slave sẽ báochấp nhận độ dài khoá này và thủ tục đàm phán kết thúc

• Nếu hai điều kiện trên không thoả mãn, slave sẽ gửi một giá trị đềnghị khác Lsug(S) < Lsug(M) cho master Giá trị này phải nhỏ hơn giá trị

đề nghị trước của master và phải là giá trị lớn nhất mà slave hỗ trợ

• Master sẽ kiểm tra Lsug(S) có thoả mãn hay không tương tự như haibước trước.

• Thủ tục sẽ lặp cho đến khi một giá trị chung được thoả mãn hoặc mộtthiết bị huỷ bỏ đàm phán Đàm phán có thể bị huỷ bỏ do không có giátrị chung nào được cả hai bên hỗ trợ, hoặc do Lsug < Lmin ở một tronghai thiết bị Trong trường hợp bị huỷ bỏ thì liên kết không thể được

mó hoỏ

Hình 1.28 Sơ đồ mó hoỏ và giải mã dòng dữ liệu

Chương 2: Giới thiệu về Mobile Web

2.1 Mở đầu

Công nghệ World Wide Web đã được ghi nhận như một dấu mốc quan trọngtrong quá trình trao đổi và xử lý thông tin của con người trên toàn thế giới Nú đóthay đổi cách thức chúng ta tương tác và truyền tải thông tin Tuy nhiên, cho đếnhiện tại, chúng ta hầu như chỉ có thể truy cập Web thông qua chiếc máy tính cỏnhõn(PC)

Những chiếc điện thoại di động tích hợp công nghệ mạng giờ đây đã có thểtruy cập Web để biến những mong ước của con người về một thế giới trong tầm taythành sự thật Và sự thật là số lượng người dùng điện thoại di động truy cập Webngày càng tăng một cách phi thường, chiếm gần một phần ba dân số thế giới (theobáo cáo của tổ chức T-Mobile, Credit Suisse First Boston and Pyramid Research )

Chương này sẽ giới thiệu về Mobile Web – công nghệ Web cho thiết bị diđộng Chúng ta sẽ hiểu khái niệm Mobile Web, những giới hạn và ưu điểm củaMobile Web, sau đó tìm hiểu về những chuẩn công nghệ liên quan đến MobileWeb, các giải pháp thiết kế Mobile Web, và cuối cùng là những nguyên tắc thiết kế

2.2 Mobile Web là gì?

Mobile Web có nghĩa là World Wide Web(WWW) được truy cập từ nhữngthiết bị di động như điện thoại di động, PDAs(Personal Digital Assistant – Thiết bịtrợ giúp cá nhân kỹ thuật số) hoặc những thiết bị cầm tay có khả năng kết nối mạng

Hình 2.1 Duyệt Web qua điện thoại di động

Trong những năm vừa qua, khả năng và tầm ảnh hưởng của những thiết bị diđộng đã phát triển như một hiện tượng mang quy mô toàn cầu Hầu hết các loại điệnthoại di động hiện nay đều có thể kết nối Internet bằng cách này hay cách khác.Những cách thức kết nối Internet cũng rất đa dạng, có thể kể ra như WiFi, GPRS,3G,… thậm chí người dùng có thể chia sẻ kết nối Internet qua giao thức tầm ngắn

như Bluetooth Tất cả các loại PDAs hiện nay đều tích hợp sẵn một trình duyệtmini, được gọi là mobile browser hay micro-browser, mini-browser Đa số người sửdụng PDAs xem việc lấy thông tin trên Internet là nhu cầu tất yếu của họ Họ cầnduyệt Email, quản lý thông tin từ xa, tham khảo tin tức, hay đơn giản chỉ là thư giãnbằng cách xem video trong lúc đi du lịch,… Mobile Web bao gồm tất cả nhữnghoạt động như vậy

2.3 Giới hạn và ưu thế của Mobile Web

Mobile Web đang dần trở thành một nhu cầu, một xu thế trong thế giớiWorld Wide Web Mobile Web có những lợi thế rõ ràng để có thể phát triển:

• Khả năng linh động: Nó (Mobile Web) cho phép truy cập thông tin ở bất kỳ đâuvào bất kỳ thời gian nào Bằng cách giải phóng thông tin khỏi sự giới hạn từ bànlàm việc, mọi người có thể lấy được thông tin mình muốn cho dù ở bất kỳ đâu

• Kết nối rộng rãi: đi cùng với sự phổ thông của các thiết bị di động là mạng diđộng, khiến cho nhu cầu kết nối mạng Internet của những người dùng di độngtrở nên tất yếu

• Kết hợp chức năng của thiết bị di động và mạng Internet: đây là khả năng chophép những chức năng trên thiết bị di động có thể hoạt động trên mạng Internet

Ví dụ như người dùng có thể nhấn vào một số phone trên mạng để gọi cho số đóhoặc thờm nú vào phone book của mình

• Khả năng cung cấp thông tin phụ thuộc địa điểm: Công nghệ định vị có thể chophép cung cấp những thông tin theo địa điểm người dùng Ví dụ người dùng cóthể yêu cầu thông tin về những khách sạn gần nơi mình đang ở

Mặc dù với những lợi thế trên, Mobile Web vẫn luụn cú những khó khăn từ

sự hạn chế của những thiết bị di động:

• Kích thước màn hình nhỏ: điều này khiến cho người dùng khó khăn hoặc thậmchí không thể nhìn được văn bản và đồ họa vỡ chỳng vốn được tạo ra cho mànhình máy tính PC

• Giới hạn về tốc độ xử lý: tốc độ xử lý trên thiết bị di động rất nhỏ so với PC, bởivậy nhiều tài nguyên có thể được xử lý chậm hoặc không thể xử lý

• Giới hạn về bộ nhớ: vì bộ nhớ ít ỏi trên thiết bị di động nên sẽ gõy khú khó khănkhi phải dùng bộ đệm(caching)

• Thiếu hụt những cửa sổ: trên máy tính cá nhân, người dùng có thể mở cựng lỳcnhiều cửa sổ trình duyệt, khả năng này cho phép chế độ làm việc đa nhiệm

Ngược lại, với Mobile Web, chỉ một trang có thể hiện thị trong một thời điểm.

• Thiếu con trỏ chuột: Các thiết bị di động hầu như không sử dụng con trỏ chuột,thay vào đó người dùng điều khiển bằng cỏc phớm chức năng trên bàn phím, bởivậy đã làm giới hạn tính mềm dẻo trong khi duyệt web

• Giới hạn về tài nguyên có thể truy cập: nhiều sites có thể truy cập trên PC nhưngkhông thể trên thiết bị di động Nhiều thiết bị không thể truy cập được nhữngsite với giao thức kết nối an toàn (secure connection), những site chứa flash,PDF file hoặc những site có video,…

• Giới hạn về tốc độ đường truyền: tốc độ đường truyền trên đa số thiết bị di độngtương đối chậm so với đường truyền trên PC