W opisywanym projekcie zajęliśmy się tematem (rozproszonej) sieci Bluetooth w ramach zajęć symulacji procesów dyskretnych.
Aby rozpocząć wystarczy uruchomić plik index.html. Zmianę parametrów można dokonać modyfikują plik config.js
(Rozproszona) sieć bluetooth jest tworzona na rozsyłaniu danych poprzez kanały rozgłaszające, na podstawie opisów zawartych w standardzie bluetooth. Sieć wykorzystuje eksosytem miliardów dostępnych na rynku kompatybilnych urządzeń, takich jak: smartfony, laptopy oraz urządzenia “low-power”, co czyni ją bardzo przestronną (pozwala na jej wszechstronne wykorzystanie\otwartą na modyfikacje).
- Model “publish/subscribe”: Wymiana danych w (rozproszonej) sieci jest opisana z wykorzystaniem paradygmatu “publish/subscribe”. Węzły generujące wiadomości nadają je na adres, w czasie gdy zainteresowane węzły przyjmujące, dany adres subskrybują.
- “Flooding with restricted relaying”: “Flooding” jest najprostszym i bezpośrednim sposobem na propagację wiadomości w sieci wykorzystującej nadawanie rozgłaszania. Gdy urządzenie nada wiadomość, ta może zostać odebrana przez wiele przekaźników, które podadzą ją dalej. (Rozproszona) sieć bluetooth korzysta z zasad, które zabraniają urządzeniom na ponowne przekazanie ostatnio otrzymanych wiadomości aby zapobiec wyścigom przesłaniu wiadomości wieloma drogami.
- Oszczędność mocy z wykorzystaniem “friendship”: Urządzenia, wykorzystujące systemy “low-power” mogą współpracować z urządzeniami typu “always-on”, które będą przechowywać i przekazywać dalej wiadomości w ich imieniu, wykorzystując system znany jako “friendship”. Wspomniana technologia to specjalne połączenie pomiędzy węzłem “low-power” i węzłem zaprzyjaźnionym. Tworzenie tego połączenia rozpoczyna się od urządzenia “low power”. Po połączeniu węzeł zaprzyjaźniony odbywa operacje, które pozwalają na zmniejszenie (ilości) energii wykorzystywanej na węzłach “low-power”. “Zaprzyjaźniony” węzeł wykorzystuje dane tymczasowe, które przechowują wszystkie wiadomości wystosowane do urządzenia “low-power” i dostarcza je do niego w razie potrzeby. Dodatkowo zaprzyjaźniony węzeł przesyła łatki bezpieczeństwa, wystosowane do węzła “low-power”.
Schemat:
"Friendship":
Jako rzeczywisty budynek do naszego projektu wybraliśmy Centrum Energetyki AGH przy ulicy Czarnowiejskiej 30. Ma on 95 m długości i 18 m szerokości co daje 6840 m^2 na czterech rozpatrywanych przez nas piętrach. Budynek ten pełni funkcje biurowe i laboratoryjne więc uważamy, że bardzo dobrze nadaje się na wzór do symulacji sieci bluetooth mesh.
Parter:
Piętro 1:
Piętro 2:
Piętro 3:
Piętro 4:
Moc mierzyliśmy w decybelach [dB]. Urządzenia obok siebie notowały spadek mocy o 25-36 dB w zależności od pomieszczenia i ta wielkość została uznana za referencyjną. Największy spadek jaki udało się zarejestrować przed przerwaniem łączności wynosił ok 90 dB.
Próba zasięgu na pustym korytarzu budynku. Korytarz łączył różne laboratoria, znajdowały się po lewej lub prawej skrzynki elektryczne.
Charakterystyka odległościowa:
| Dystans m | Moc dB |
|---|---|
| 0 (ref) | -36 |
| 4.5 | -60 |
| 6 | -62 |
| 8 | -65 |
| 9 | -68 |
| 11.25 | -65 |
| 12 | -70 |
| 14 | -72 |
| 18 | -75 |
| 21 | -80 |
| 24 | -83 |
| 25+ | XX |
Spadek mocy z odległością:
Schody stanowią specyficzne środowisko gdyż odległości muszą być uwzględniane także w pionie, oraz istnieją inne rodzaje przeszkód (barierki i sama konstrukcja schodów). Ponieważ klatka schodowa to jedna pomieszczenie rozciągające się na kilka pięter, odpowiednie ustawienie węzłów może zmniejszyć ich ilość, zużycie mocy i ogólne koszty.
Klatka schodowa jest pokryta tynkiem, barierki są metalowe (prawdopodobnie aluminiowe lub ze stali nierdzewnej).
Pomiary wykonywane były od miejsca referencyjnego ok 0,4 m od środka pierwszego schodka. Kolejne punkty znajdują się w środkowej schodka po lewej lub prawej.
| Miejsce | dB |
|---|---|
| parter (ref) | -25 |
| półpiętro | -55 |
| półpiętro + barierki | -73 |
| piętro | -65 |
| piętro jeden nad drugim | -65 |
| półtora piętra | -81 |
Widać że metalowe barierki stanowią poważną przeszkodą na drodze sygnału. Jednak jeśli umiejętnie postawi się węzeł moc spada nieznacznie i komunikacja w drodze parter-półpiętro-piętro, możliwy jest w miarę bez zakłóceń. W przypadku montażu urządzeń na suficie i ścianie ok 3 m nad poziomem półpiętra powinno wyeliminować problem z przeszkodami w postaci ludzi czy barierek.
Pomiar z urządzenia Galaxy A5 (2017) ustawionego pomiędzy Redmi i HUAWEI P9 lite które były od siebie oddalone o 50m (w taki sposób: Redmi -25m- pomiar -25m- HUAWEI P9 lite):
Inny pomiar z urządzenia Galaxy A5 (2017) ustawionego pomiędzy duckietown i HUAWEI P9 lite które były od siebie oddalone o 50m (w taki sposób: duckietown -25m- pomiar -25m- HUAWEI P9 lite):
Pomiar z urządzenia Galaxy A5 (2017) ustawionego pomiędzy Redmi i HUAWEI P9 lite które były od siebie oddalone o 64m (w taki sposób: Redmi -32m- pomiar -32m- HUAWEI P9 lite):
Moc sygnału dla ok 70m:
Pomiar z urządzenia Redmi oddalonego od Galaxy A5 (2017) o 25m i od HUAWEI P9 lite o 50m (w taki sposób: Redmi -25m- Galaxy A5 (2017) -25m- HUAWEI P9 lite):
Pomiar przez szybę:
-
Ściany między pokojami są grube (ok 20-30cm) oraz zrobione z betonu prawdopodobnie zbrojonego. Urządzenia znajdujące się w dwóch sąsiednich pokojach nie potrafią się między sobą skomunikować.
-
Sufity/podłogi również są zrobione z grubego betonu i również urządzenia znajdujące się nad sobą (na różnych piętrach) nie mogą się ze sobą komunikować.
-
W budynku wszystkie drzwi (które nie prowadzą do pomieszczeń ściśle chronionych) zrobione są z płyty wiórowej. Straty na mocy sygnału przy przechodzeniu przez drzwi są niewielkie. Przechodzenie sygnału przez dwa drzwi pod rząd w lini prostej również nie sprawia problemów.
-
Rozwiązaniem, które powinno spełniać oczekiwania są węzły umieszczone na korytarzach i to przez nie będzie prowadzona komunikacja w całym budynku. Sygnał w linii prostej w korytarzu może rozchodzić się na 25 m więc węzły w korytarzu mogą być rzadsze, jednak przy dużej ilości zakrętów czy zakłóceń (szafy elektryczne itp) powinny być gęściej.
-
Na klatce schodowej sygnał rozchodzi się poprawnie.
-
Rozmieszczenie przekaźników ma kluczowe znaczenie dla jakości sieci.
-
Zagęszczenie fal powoduje znaczne spadki jakości sieci bluetooth.
-
Nie ma jednego "dobrego" schematu umiejscowienia przekaźników.
-
Rozwój technologi może w przyszłości się skutecznie sprawdzać w tzw."Smart Home"