Nghiên cứu chuẩn ieee 802 15 1 và ứng dụng xây dựng giao diện kết nối giữa các thiết bị hỗ trợ thu thập thông tin sức khỏe cá nhân

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BOUALAPHANH Vilaivanh NGHIÊN CỨU CHUẨN IEEE 802.15.1 VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG GIAO DIỆN KẾT NỐI GIỮA CÁC THIẾT BỊ HỖ TRỢ THU THẬP THÔNG TIN SỨC KHỎE CÁ NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG THÁI NGUYÊN - 2021 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BOUALAPHANH Vilaivanh NGHIÊN CỨU CHUẨN IEEE 802.15.1 VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG GIAO DIỆN KẾT NỐI GIỮA CÁC THIẾT BỊ HỖ TRỢ THU THẬP THÔNG TIN SỨC KHỎE CÁ NHÂN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 8520208 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hải Minh THÁI NGUYÊN - 2021 LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: BOUALAPHANH Vilaivanh Lớp cao học: CHKTVT K18 Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông- Đại học Thái Nguyên Chuyên ngành: KTVT K18 Em xin cam đoan luận văn: “NGHIÊN CỨU CHUẨN IEEE 802.15.1 VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG GIAO DIỆN KẾT NỐI GIỮA CÁC THIẾT BỊ HỖ TRỢ THU THẬP THƠNG TIN SỨC KHỎE CÁ NHÂN” cơng trình nguyên cứu em thời gian qua Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, số liệu tham khảo trích dẫn theo quy định quy định Học viên thực BOUALAPHANH Vilaivanh i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập Việt Nam thực luận văn thạc sỹ em nhận nhiều khích lệ, động viên, giúp đỡ từ cha mẹ, người thân gia đình, bạn bè xung quanh Em xin chân thành cảm ơn động viên giúp đỡ quý báu Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, thầy truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em Em xin cảm ơn chân thành tới thầy giáo, TS Nguyễn Hải Minh, người trực tiếp hướng dẫn em luận văn thạc sỹ Với đề tài "NGHIÊN CỨU CHUẨN IEEE 802.15.1 VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG GIAO DIỆN KẾT NỐI GIỮA CÁC THIẾT BỊ HỖ TRỢ THU THẬP THÔNG TIN SỨC KHỎE CÁ NHÂN” nhân em cần phải tự tìm hiểu, tự nghiên cứu thêm nhiều kiến thức Nhưng thời gian có hạn, vốn ngơn ngữ cịn hạn chế, kỹ làm việc với ngơn ngữ lập trình đại em cịn nhiều khó khăn Do đó, luận văn thạc sỹ luận văn thạc sỹ cịn có thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thày bạn để luận văn thạc sỹ hoàn thiện Học viên thực BOUALAPHANH Vilaivanh ii MỤC LỤC LỜI CAM đOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x KÝ HIỆU CHỨ VIẾT TẮT x NỘI DUNG VIẾT TẮT x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quan Bluetooth 1.1.1 Khái niệm Bluetooth 1.1.2 Lịch sử, hình thành phát triển Bluetooth 1.1.3 Các đặc điểm Bluetooth 1.2 Chuẩn IEEE 802.15.1: WPAN / Bluetooth 1.3 Chuẩn IEEE 802.15.3: High Rate WPAN 1.4 IEEE 802.15.3b-2006 1.5 IEEE 802.15.3c-2009 1.6 Ứng dụng Bluetooth 1.7 Vấn đề an toàn bảo mật Bluetooth 1.7.1 An toàn bảo mật Bluetooth: .7 1.7.2 Phần mơ tả an tồn bảo mật: 1.7.3 Nhìn sơ bảo mật Bluetooth: 10 Kết luận chương 1: 12 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT KẾT NỐI BLUETOOTH 13 2.1 Giới thiệu chung 13 2.2 Các khái niệm dùng công nghệ Bluetooth 13 2.2.1 Master Unit 13 2.2.2 Slaver Unit 13 2.2.3 Piconet 14 iii 2.2.4 Scatternet 15 2.2.5 Kết nối theo kiểu ad hoc 17 2.2.6 Định nghĩa liên kết vật lý Bluetooth 17 2.2.7 Trạng thái thiết bị Bluetooth 18 2.2.8 Các chế độ kết nối 18 2.3 Bluetooth Radio 19 2.3.1 Ad Hoc Radio Connectivity 19 2.3.2 Kiến trúc hệ thống Bluetooth Radio 20 2.4 Kĩ thuật trải phổ nhảy tần công nghệ Bluetooth 22 2.4.1 Khái niệm trải phổ công nghệ không dây 22 2.4.2 Kĩ thuật nhảy tần số công nghệ Bluetooth 23 2.5 Cách thức hoạt động Bluetooth 25 2.5.1 Cơ chế truyền sửa lỗi 25 2.5.2 Quá trình hình thành Piconet 26 2.5.3 Quá trình hình thành Scatternet 28 2.6 Các tầng giao thức Bluetooth 29 2.6.1 Bluetooth Radio 30 2.6.2 BaseBand 31 2.6.3 Link Manager Protocol 37 2.6.4 Host Controller Interface 37 2.6.5 Logical link control and adaption protocol (L2CAP) 39 2.6.6 RFCOMM Protocol 41 2.6.7 Service Discovery Protocol 42 2.7 Bluetooth Profiles 44 2.8 Vấn đề sử dụng lượng Bluetooth 46 2.8.1 Giới thiệu 46 2.8.2 Việc sử dụng quản lý lượng công nghệ Bluetooth 46 Kết luận chương 2: 51 CHƯƠNG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ BLUETOOTH 52 3.1 Giao tiếp bluetooth Symbian 52 3.1.1 Các ứng dụng Bluetooth thiết bị sử dụng hệ điều hành Symbian: 52 iv 3.1.2 Các cơng cụ phát triển ví dụ: 52 3.2 Tổng quan Bluetooth API 52 3.2.1 Các nhóm hàm Bluetooth API: 54 3.2.2 Quan hệ nhóm hàm API: 54 3.3 Một vài kiểu liệu Bluetooth thông dụng 55 3.4 Bluetooth Sockets 57 3.4.1 Mở cấu hình Bluetooth Socket : 58 3.4.2 Xây dựng Bluetooth Socket Server : Lắng nghe chấp nhận kết nối từ thiết bị Client : 59 3.4.3 Xây dựng Bluetooth Socket Client : Tìm kiếm kết nối tới thiết bị Server 61 3.4.4 Trao đổi liệu thông qua Bluetooth socket : 65 3.5 Bluetooth Service Discovery Database 67 3.5.1 Kết nối vào Bluetooth Service Discovery Database : 67 3.5.2 Đăng kí dịch vụ vào Service Database : 68 3.5.3 Thiết lập thuộc tính Service Record: 70 3.6 Bluetooth Service Discovery Agent 70 3.6.1 Truy vấn dịch vụ thiết bị khác với Bluetooth Service Discovery Agent: 71 3.6.2 Tìm kiếm thuộc tính dịch vụ: 72 3.6.3 Tạo đối tượng để quản lý kết truy vấn: 73 3.7 Bluetooth security manager 74 3.7.1 Tổng quan 74 3.7.2 Kết nối vào Bluetooth Security Manager 74 3.7.3 Thiết lập chế độ bảo mật : 75 3.8 Bluetooth Device Selection UI 76 3.9 Xây dựng ứng dụng Bluetooth Symbian OS với Series 60 SDK .79 3.9.1 Sự khác Bluetooth thiết bị ảo thiết bị thật 80 3.9.2 Các yêu cầu phần cứng phần mềm cho việc phát triển ứng dụng Bluetooth với Series 60 SDK : 81 3.9.3 Cài đặt cấu hình thiết bị USB Bluetooth 81 3.10 Xây dựng ứng dụng minh họa 82 3.10.1 Phần Server 87 v 3.10.2 Phần Client 90 3.10.3 Thực truyền nhận liệu : 94 3.11 Thiết bị y tế có kết nối bluetooth 95 3.11.1 MÁY ĐO HUYẾT ÁP BẮP TAY KẾT NỐI BLUETOOTH BEURER BM77 95 3.11.2 Máy massage xung điện BEURER EM95 BLUETOOTH .96 3.11.3 Cân phân tích thể BEURER BF950 BLUETOOTH 97 Kết luận chương 98 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Q trình thiết lập kênh truyền 11 Hình 2.1 Một Piconet thực tế 14 Hình 2.2 Piconet gồm Slave 15 Hình 2.3 Piconet gồm nhiều Slave 15 Hình 2.4 Một Scatternet gồm Piconet 16 Hình 2.5 Sự hình thành Scatternet theo cách 16 Hình 2.6 Sự hình thành Scatternet theo cách 17 Hình 2.7 Kĩ thuật trải phổ nhảy tần số 23 Hình 2.8 Các Packet truyền tần số khác 23 Hình 2.9 Các Packet truyền khe thời gian 24 Hình 2.10 Cấu trúc gói tin Bluetooth 24 Hình 2.11 Access code 24 Hình 2.12 Cấu tạo packet 25 Hình 2.13 Mơ hình piconet 26 Hình 2.14 Quá trình truy vấn tạo kết nối 27 Hình 2.15 Truy vấn tạo kết nối thiết bị thực tế 28 Hình 2.16 Minh hoạ Scatternet 29 Hình 2.17 Bluetooth Protocol Stack 29 Hình 2.18 Các tầng nghi thức Bluetooth 30 Hình 2.19 Frequency hopping 31 Hình 2.20 Piconet 32 Hình 2.21 Scatternet 33 Hình 2.22 Định dạng gói tin Bluetooth 34 Hình 2.23 Host Controller Interface 37 Hình 2.24 Host controller transport layer 38 Hình 2.25 Bluetooth v1.1 profiles 46 Hình 2.26 Hold Mode Interaction 48 Hình 2.27 Sniff Mode Interaction 49 Hình 3.1 Kiến trúc Bluetooth Stack 53 vii Hình 3.2 Quan hệ nhóm hàm Bluetooth API 55 Hình 3.3 Bluetooth Data Element Types 56 Hình 3.4 Bluetooth Sockets 58 Hình 3.5 Các bước khởi tạo Bluetooth Socket Server 59 Hình 3.6 Sự khác biệt chồng giao thức Bluetooth thiết bị thật máy ảo 80 Hình 3.7 Cấu hình Bluetooth COM port cho thiết bị giả lập 82 Hình 3.8 Qui trình kết nối gửi nhận liệu 84 Hình 3.9 Sơ đồ lớp phần ứng dụng điện thoại 85 Hình 3.10 Mơ tả chức lớp phần ứng dụng điện thoại 86 Hình 3.11 Sơ đồ lớp phần ứng dụng điện thoại (Server) 87 Hình 3.12 Quảng bá dịch vụ Server 88 Hình 3.13 Nhận liệu từ Client 89 Hình 3.14 Truyền liệu phonebook tới client 90 Hình 3.15 Sơ đồ lớp phần ứng dụng điện thoại (Client) 90 Hình 3.16 Sơ đồ tìm kiếm thiết bị 91 Hình 3.17 Sơ đồ UML truy vấn dịch vụ thiết bị 92 Hình 3.18 Giao diện thiết bị 96 Hình 3.19 Giao diện BEURER EM95 97 Hình 3.20 Giao diện máy phân tích thể BEURER BF950 98 viii