Kỹ thuật truyền thông bluetooth năng lượng thấp và ứng dụng trong y tế

Có thể nói tất cả các chuẩn tiên tiến, mới nhất về truyền thông Bluetooth đều được tích hợp trong phần cứng, phần mềm của các điện thoại di động smartphones dẫn tới việc sử dụng điện tho

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TR¦êNG §¹I HäC C¤NG NGHÖ TH¤NG TIN Vµ TRUYÒN TH¤NG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TR¦êNG §¹I HäC C¤NG NGHÖ TH¤NG TIN Vµ TRUYÒN TH¤NG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

GV hướng dẫn: TS Phùng Trung Nghĩa

THÁI NGUYÊN - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS Phùng Trung Nghĩa

Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và mọi trích dẫn trong báo cáo đều được ghi rõ nguồn gốc Nếu có sử dụng bất hợp pháp kết quả công trình nghiên cứu của người khác trong báo cáo tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác giả

Khoa Thành Đăng

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng của mình tới thầy giáo, TS Phùng Trung Nghĩa Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu để hoàn thành luận văn tôi gặp không ít khó khăn, nhưng những lúc như vậy tôi luôn nhận được sự động viên khích lệ của thầy Thầy đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu, hướng dẫn tận tình trong cách thức và phương pháp nghiên cứu khoa học cũng như hỗ trợ tôi trong việc tìm tài liệu

Để có được những kết quả trong luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy, Cô Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho tôi được học hỏi kiến thức thông qua các môn học cũng như hoàn thành khóa học

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn bè đồng nghiệp đã khích lệ và động viên tôi hoàn thành luận văn này.!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I:KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN BLUETOOTH 4 1.1 Giới thiệu về Bluetooth 4

1.1.1 Lịch sử phát triển Bluetooth 4

1.1.2 Kiến trúc của Bluetooth 7

1.1.3 Các thành phần trong truyền thông Bluetooth 8

1.1.4 Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth 12

1.1.5 Địa chỉ thiết bị 12

1.1.6 Trạng thái của thiết bị Bluetooth 13

1.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong công nghệ Bluetooth 13

1.2.1 Khái niệm trải phổ trong công nghệ không dây 13

1.2.2 Kỹ thuật nhảy tần số trong công nghệ Bluetooth 14

1.3 Cách thức hoạt động của Bluetooth 15

1.3.1 Cơ chế truyền và sửa lỗi 15

1.3.2 Quá trình hình thành Piconet 16

1.3.3 Quá trình hình thành Scattenet 18

1.4 Cấu trúc Bluetooth 19

1.4.1 Tầng điều khiển 20

1.4.2 Tầng host 21

1.4.3 Tầng ứng dụng 23

CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG BLE 25

2.1 Nhận xét về công nghệ truyền thông Bluetooth 25

2.2 Tổng quan về sử dụng năng lượng trong BLE 26

2.3 Các chế độ năng lượng trong BLE 27

2.3.1 Active mode 27

2.3.2 Hold mode 28

2.3.3 Sniff mode 29

2.3.4 Park mode 31

2.4 Ứng dụng của BLE 33

CHƯƠNG III:XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG Y TẾ SỬ DỤNG BLE 35

3.1 Yêu cầu bài toán 35

3.2 Phân tích thiết kế hệ thống truyền thông y tế sử dụng BLE 36

3.2.1 Sơ đồ khối 36

3.2.2 Chức năng của các khối phần cứng 37

3.2.3 Thiết kế mạch phần cứng 46

3.2.4 Thiết kế phần mềm 48

3.2.5 Đánh giá hoạt động của hệ thống 50

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Kiến trúc Bluetooth 8

Hình 1.2.Mô hình một Piconet 10

Hình 1.3 Một Scatternet 11

Hình 1.4 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số 14

Hình 1.5 Các packet truyền trên các tần số khác nhau 14

Hình 1.6 Các packet truyền trên khe thời gian 15

Hình 1.7 Mô hình Piconet 16

Hình 1.8 Quá trình truy vấn tạo kết nối 17

Hình 1.9 Truy vấn tạo kết nối giữa các thiết bị trong thực tế 18

Hình 1.10 Minh họa một Scatternet 19

Hình 1.11 Cấu trúc của Bluetooth 19

Hình 1.12 Dải tần kênh của lớp vật lý 20

Hình 2.1 Hold Mode Interaction 28

Hình 2.2 Sniff Mode Interaction 29

Hình 2.3 Ví dụ về các chế độ tiết kiệm năng lượng của BLE 32

Hình 2.4 Ứng dụng BLE trong y tế và các lĩnh vực khác 34

Hình 3.1 Hệ thống thu thập đa thông số bằng cảm biến y tế 35

Hình 3.2 Sử dụng module BLE kết nối Arduino Uno với điện thoại và kết nối Internet từ điện thoại bằng 3G/GPRS 36

Hình 3.3 Sơ đồ khối 36

Hình 3.4 Sơ đồ chân trong ATmega 328 37

Hình 3.5 Cảm biến nhiệt độ TMP006 38

Hinh 3.6 Sơ đồ chân TMP006 39

Hình 3.7 Cảm biến XD-58C 40

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý XD-58C 41

Hình 3.9 Module BLE HM-10 42

Hình 3.10 Sơ đồ chân module BLE HM-10 43

Hình 3.11 Hình ảnh thực tế chip FT232RL 45

Hình 3 12 Lưu đồ thuật toán lặp gửi dữ liệu liên tục qua HM-10 48

Hình 3 13 Lưu đồ thuật toán hiển thị dữ liệu thu từ BLE trên điện thoại và truyền lên server 49

Hình 3.14 Hình ảnh thực tế toàn mạch 51

Hình 3.15 Hình ảnh thực tế mạch xử lý trung tâm lớp TOP 51

Hình 3.16 Hình ảnh thực tế mạch xử lý trung tâm lớp BOTTOM 52

Hình 3 17 Hình ảnh kết quả chạy phần mềm trên điện thoại Android 52

Hình 3.18 Hình ảnh hiển thị thời gian thực các thông số thu thập được trên web 53

Hình 3.19 Máy đo oxylo đo cường độ dòng 55

(thông qua đo thời gian thực tại vi điều khiển và điện thoại) 55 Bảng 3.6 Kết quả đánh giá về mức tiêu hao năng lượng của 2 chế độ Sniff và Park

với V = 3.3 V 56

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin và công nghệ điện tử, truyền thông, vấn đề chăm sóc sức khỏe từ xa ngày càng được quan tâm nhiều hơn Sự hội tụ của các trào lưu công nghệ như cảm biến và thiết bị di động nối mạng khắp nơi thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị điện tử y tế cá nhân.Trong cuộc sống thường ngày, các bệnh về tai biến mạch máu não, xuất huyết não,…ngày càng gia tăng Các thông số sức khỏe như nhịp tim, nhiệt độ cơ thể và huyết áp của bệnh nhân nặng, người cao tuổi,…do đó cần phải được giám sát liên tục để tránh khỏi nguy cơ đột quỵ Thay vì, dùng cặp nhiệt độ để đo nhiêt độ cơ thể, dùng máy đo Boso Oscillphon để đo huyết áp hay máy đo điện tâm đồ để đo nhịp tim thì ngành điện tử y tế đã đưa ra các loại cảm biến khác nhau tích hợp trong các thiết bị nhỏ gọn để đo cả 3 thông số trên Để truyền thông các thông số sức khỏe trên một cách chính xác, hiệu quả, tiện dụng thì các mạng truyền thông vô tuyến ứng dụng trong y tế đóng một vai trò quan trọng [1] Mặc dù hiện nay

có rất nhiều công nghệ truyền thông không dây được sử dụng trong đời sống, công nghiệp, không phải công nghệ nào cũng có thể sử dụng trong y tế

do không phù hợp hoặc có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Do khoảng cách truyền giữa các nút cảm biến y tế hoặc giữa nút cảm biến y tế tới bộ điều khiển trung tâm thường nằm trong phạm vi ngắn từ 10m tới dưới 100m [2, 3] Do vậy, các kỹ thuật truyền thông vô tuyến khoảng cách ngắn

có vai trò quan trọng các hệ thống thiết bị y tế [4, 5, 6]

Trong số các kỹ thuật truyền thông khoảng cách ngắn, kỹ thuật Bluetooth năng lượng thấp (BLE) được xem là một kỹ thuật triển vọng cho

các hệ thống thu thập, giám sát trong y tế và trong các mạng không dây cá nhân WPAN nói chung [4] Nó không gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người

do dải tần quy định nằm trong phạm vi an toàn, tiêu thụ nặng lượng thấp dẫn tới công suất phát và thu thấp Công nghệ BLE cũng phù hợp để truyền thông các dữ liệu y tế kích cỡ nhỏ như các thông số nhiệt độ, nhịp tim, huyết áp vốn không yêu cầu độ rộng dải thông của kênh truyền lớn, công suất thu và phát cao Nó cũng đảm bảo các nút mạng cảm biến không dây có thời gian sống lâu, duy trì tính ổn định của hệ thống vốn yêu cầu chặt chẽ như các hệ thống truyền thông y tế

Ngoài ra, một lí do thúc đẩysự phát triển không ngừng của các công nghệtruyền thông Bluetooth như truyền thông BLE chính là sự hỗ trợ của các

hệ điều hành dành cho điện thoại đi động trên thế giới dành cho Bluetooth luôn được các nhà sản xuất điện thoại quan tâm và cập nhật Có thể nói tất cả các chuẩn tiên tiến, mới nhất về truyền thông Bluetooth đều được tích hợp trong phần cứng, phần mềm của các điện thoại di động smartphones dẫn tới việc sử dụng điện thoại di động smartphones làm nút truyền thông BLE trở nên dễ dàng Khi đã thu thập được các thông số y tế bằng điện thoại smartphones cá nhân, việc hiển thị các thông tin trên điện thoại di động cũng như truyền lên máy chủ để bác sỹ giám sát từ xa trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết

Ở Việt Nam cũng đã có một số nghiên cứu về truyền thông vô tuyến trong y

tế [7, 8, 9] Tuy nhiên, vẫn chưa có các nghiên cứu vềBLE, vấn đề sử dụng năng lượng trong BLEcũng như các ứng dụng của BLE trong y tế.Chính vì

các lí do trên, tôi đã chọn đề tài luận văn cao học là “Kỹ thuật truyền thông

Bluetooth năng lượng thấp và ứng dụng trong y tế”

2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn này là nghiên cứu về kỹ thuật truyền thông BLE và ứng dụng trong y tế, trong đó chú trọng đến vấn đề sử dụng

năng lượng trong BLE Đánh giá độ ổn định và hiệu quả của kỹ thuật BLE qua việc xây dựng một hệ thống thực nghiệm thu thập các thông số sức khỏe con người và truyền thông bằng BLE tới điện thoại di động bệnh nhân để bệnh nhân tự giám sát và bác sỹ có thể giám sát thời gian thực từ xa

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là kỹ thuật truyền thông BLE và ứng dụng trong y tế Đây là đối tượng nghiên cứu được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm trong thời gian gần đây

Phạm vi của luận văn bao gồm nghiên cứu tổng quan tổng quan về truyền thông vô tuyến ứng dụng trong y tế, nghiên cứu về kỹ thuật truyền thông BLE, đặc biệt là vấn đề sử dụng năng lượng trong BLE Luận văn cũng nghiên cứu xây dựng hệ thống thực nghiệm thu thập các thông số sức khỏe con người và truyền thông bằng BLE tới điện thoại di động bệnh nhân để bệnh nhân tự giám sát và bác sỹ có thể giám sát thời gian thực từ xa.Trên cơ

sở các đánh giá thực nghiệm về độ chính xác và tính ổn định của hệ thống, luận văn sẽ đưa ra các khuyến nghị, đề xuất

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu tổng hợp các lý thuyết đã có trên thế giới [1-9] kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm trên một

hệ thống thu thập thông số, truyền thông tin y tế cụ thể

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu về kỹ thuật truyền thông BLE có vai trò quan trọng trong các hệ thống truyền thông y tế Đây không phải vấn đề nghiên cứu mới trên thế giới nhưng còn khá mới mẻ ở Việt Nam Đặc biệt, nghiên cứu về vấn đề sử dụng năng lượng trong BLE và kết hợp đánh giá thực nghiệm trong một hệ thống thu thập, truyền thông tin y tế cụ thể chưa được nghiên cứu ở Việt Nam

Do vậy vấn đề nghiên cứu trong luận văn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

CHƯƠNG I

KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN BLUETOOTH

1.1 Giới thiệu về Bluetooth

1.1.1 Lịch sử phát triển Bluetooth

a, Khái niệm

Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn bằng sóng vô tuyến thông qua băng tần ISM (Industrial Scientific Medical) có phổ tần 2.4 GHz – 2.4835 GHz Đây là dãy băng tần không cần đăng ký dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học và y tế

Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính

và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi và có giá thành rẻ

Khi được kích hoạt Bluetoth có thể tự động định vị những thiết bị khác

có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói

b, Lịch sử phát triển

Bluetooth là tên của nhà vua Đan Mạch – Harald I Bluetooth (910 - 985) Harald Bluetooth đã hợp nhất Đan Mạch và Na-uy Ngày nay, Bluetooth là biểu tượng của sự thống nhất giữa Computer và Telecom, giữa công nghệ máy tính và công nghệ truyền thông đa phương tiện

- Năm 1994: lần đầu tiên hãng Ericsson đưa ra một đề án nhằm họp nhất

liên lạc giữa các loại thiết bị điện tử khác nhau mà không phải dùng đến các sợi cáp nối cồng kềnh, phức tạp Đây thực chất là một mạng vô tuyến không dây cự ly ngắn chỉ dùng một vi mạch cỡ 9mm có thể chuyển các tín hiệu sóng

vô tuyến điều khiển thay thế cho các sợi dây cáp điêù khiển rối rắm

- Năm 1998: 5 công ty lớn nhất thế giới gồm: Ericsson, Nokia, IBM,

Intel và Toshiba đã liên kết, hợp tác thiết kế và triển khai phát triển một chuẩn

công nghệ kết nối không dây mới mang tên “bluetooth” nhằm kết nối các thiết

bị điện tử lại với nhau dùng sóng vô tuyến

- Ngày 20/5/1998: Nhóm nghiên cứu Special Interest Group – SIG chính

thức được thành lập với mục đích phát triển công nghệ Bluetooth trên thị trường viễn thông Bất kỳ công ty nào có kế hoạch sử dụng công nghệ Bluetooth thì đều có thể tham gia vào

- Tháng 7/1999: Các chuyên gia trong SIG đã đưa ra thuyết minh kỹ

thuật Bluetooth phiên bản 1.0

- Năm 2000: SIG đã bổ sung thêm 4 thành viên mới là: 3Com, Lucent

Technologies, Microsoft và Motorola Công nghệ Bluetooth đã được cấp dấu chứng nhận kỹ thuật ngay trong lần ra mắt đầu tiên

- Năm 2001: Bluetooth 1.1 ra đời cùng với bộ bluetooth software

development kit – XTNDAccess Blue SDK, đánh giá bước phát triển chưa từng có của công nghệ bluetooth trên nhiều lihx vực khác nhau với sự quan tâm của nhiều nhà sản xuất mới Bluetooth được bình chọn là công nghệ vô tuyến tốt nhất trong năm

- Tháng 7/ 2002: Bluetooth SIG thiết lập cơ quan đầu não toàn cầu tại

Overland Park, Kansas, USA Năm 2002 đánh dấu sự ra đời các thế hệ máy tính Apple hỗ trợ Bluetooth Sau đó không lâu Bluetooth cũng được thiết lập trên máy Macintosh với hệ điều hành MAC OXS Bluetooth cho phép chia sẻ tập tin giữa các máy MAC, đồng bộ hóa và chia sẻ thông tin liên lạc giữa các máy Palm, truy cập Internet thông qua điện thoại di động có hỗ trợ Bluetooth

- Tháng 5/2003: CSR (Cambridge Silicon Radio) cho ra đời một chip

Bluetooth mới với khả năng tích hợp dễ dàng và giá cả hợp hơn Điều này góp phần cho sự ra đời thế hệ Motherboard tích hợp Bluethooth, giảm sự chênh lệch giá cả giữa những mainboard cellphone có và không có Bluetooth

- Tháng 11/2003: Dòng sản phẩm Bluetooth 1.2 ra đời Tổ chức Cahners

In-Stat dự báo rằng các sản phẩm gắn Bluetooth sẽ lên tới 1 tỷ

- Năm 2004: Các công ty điện thoại di động tiếp tục khai thác thị trường

sôi nổi này bằng cách cho ra đời các thế hệ điện thoại di động đời mới hỗ trợ Bluetooth (N7610, N6820, N6230) Motorola cho ra đời sản phẩm đầu tay của mình Các sản phẩm Bluetooth tiếp tục tra đời và được xúc tiến mạnh mẽ

qua chương trình “Operation Blueshock” International Consumer Electronics

Show (CES) tại Las Vegas ngày 9/1/2004

- Ngày 6/1/2004: Trong hội nghị Bluetooth CES (Consumer Electronics

Show) tại Las Vegas, tổ chức SIG thông báo số thành viên của mình đã đạt con số 3000, trở thành tổ chức có số thành viên đông đảo thuộc nhiều lĩnh vực công nghệ: từ máy móc tự động đến thiết bị y tế, PC đến điện thoại di động, tất cả đều sử dụng kỹ thuật không dây tầm ngắn trong sản phẩm của họ

- Năm 2008: Bluetooth 3.0 ra đời hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới

24Mbps, và dành chủ yếu cho các ứng dụng audio và chia sẻ file

- Năm 2009: Phiên bản mới nhất của Bluetooth đã được tổ chức SIG

thông qua Tuy nhiên, khác với Bluetooth 3.0 bản Bluetooth 4.0 mới nhất chỉ dành cho các ứng dụng trong lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe và an ninh

- Ngày 30/6/2010: Bluetooth SIG đã đưa ra Bluetooth phiên bản 4.0 là sự

kết hợp của “classic Bluetooth” (Bluetooth 2.1 và 3.0), “Bluetooth high speed” (Bluetooth 3.0 + HS) và “Bluetooth low energy – Bluetooth năng lượng thấp” (Bluetooth Smart Ready/Bluetooth Smart)

c, Các đặc điểm của Bluetooth

Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps Bluetooth có hỗ trợ tốc độ truyền tải dũ liệu lên tới 720Kbps trong pham vi 10m Khác với kết nối hồng ngoại (IrDA), kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng dải tần 2.4GHz

Bluetooth tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động

Bluetooth có giá thành hạ (giá một con chip Bluetooth đang giảm dần) Khoảng cách giao tiếp cho phép:

 Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngoài trời

và 5m trong tòa nhà

 Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngoài trời và 30m trong nhà

Bluetooth sử dụng băng tần đăng ký 2.4GHz trên dãy băng tần ISM Tốc

độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không cần phải lấy trực tiếp nhau

Việc phát triển ứng dụng Bluetooth rất dễ dàng, Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói và 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân

Bluetooth có độ an toàn và bảo mật, được tích hợp với sự xác nhận và

mã hóa

Bluetooth có tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ

1.1.2 Kiến trúc của Bluetooth

Mô hình trong mạng sử dụng công nghệ Bluetooth là ad-hoc Các thiết bị hoạt động trong một phạm vi bán kính tối đa 10m Một tập hợp các thiết bị giao tiếp với nhau trong phạm vi cho phép gọi là 1 piconet Tất cả các thiết bị trong cùng một piconet sẽ chia sẽ cùng một kênh Mỗi piconet có một master và ít nhất một slave Bất cứ thiết bị nào cũng có thể đóng vai trò là master hay slave tuỳ vào sự quy định của người dùng Có tối đa 7 slave trong một piconet Vì thế mỗi thiết bị trong một piconet được xác định bằng 3 bit định danh

Hình 1.1 Kiến trúc Bluetooth

Chỉ có master mới có thể khởi động một mạng Bluetooth Tuy nhiên, khi

mà liên kết đã được thiết lập slave có thể yêu cầu một master/ slave trở thành một master Các slave thì không thể giao tiếp trực tiếp với nhau Tất cả các giao tiếp trong mạng Bluetooth là giao tiếp giữa slave và master Nhiều piconet bao phủ chồng lên nhau tạo thành một vùng gọi là scatternet Mỗi piconet chỉ có duy nhất một master, nhưng slave thì có thể thuộc các piconet khác nhau

1.1.3 Các thành phần trong truyền thông Bluetooth

a Master Unit

Là thiết bị duy nhất trong 1 Piconet, Master thiết lập đồng hồ đếm xung

và kiểu bước nhảy (hopping) để đồng bộ tất cả các thiết bị trong cùng piconet mà nó đang quản lý, thường là thiết bị đầu tiên chuyển đổi dữ liệu Master cũng quyết định số kênh truyền thông Mỗi Piconet có một kiểu hopping duy nhất

b Slave Unit

Là tất cả các thiết bị còn lại trong piconet, một thiết bị không là Master thì phải là Slave Tối đa 7 Slave dạng Active và 255 Slave dạng Parked (Inactive) trong 1 Piconet Có 3 dạng Slave trong một Piconet:

- Active: Slave hoạt động, có khả năng trao đổi thông tin với Master và

các Slave Active khác trong Piconet Các thiết bị ở trạng thái này được phân

biệt thông qua 1 địa chỉ MAC (Media Access Control) hay AMA (Active Member Address) - đó là con số gồm 3 bit Nên trong 1 Piconet có tối đa 8 thiết bị ở trang thái này (1 cho Master và 7 cho Slave)

- Standby: Standby là một dạng inactive, thiết bị trong trạng thái này

không trao đổi dữ liệu, sóng radio không có tác động lên, công suất giảm đến tối thiểu để tiết kiệm năng lượng, thiết bị không có khả năng dò được bất cứ

mã truy cập nào Có thể coi là những thiết bị trong nằm ngoài vùng kiểm soát của Master

- Parked: là một dạng inactive, chỉ 1 thiết bị trong 1 Piconet thường

xuyên được đồng bộ với Piconet, nhưng không có 1 địa chỉ MAC Chúng như ở trạng thái "ngủ" và sẽ được Master gọi dậy bằng tín hiệu "beacon" (tín hiệu báo hiệu) Các thiết bị ở trạng thái Packed được đánh địa chỉ thông qua địa chỉ PMA (Packed Member Address) Đây là con số 8 bits để phân biệt các packed Slave với nhau và có tối đa 255 thiết bị ở trạng thái này trong 1 Piconet

c Piconet

Picotnet là tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua kỹ thuật Bluetooth theo mô hình Ad-Hoc (đây là kiểu mạng được thiết lập cho nhu cầu truyền dữ liệu hiện hành và tức thời, tốc độ nhanh và kết nối sẽ tự động huỷ sau khi truyền xong) Trong 1 Piconet thì chỉ có 1 thiết bị là Master Đây thường là thiết bị đầu tiên tạo kết nối, nó có vai trò quyết định số kênh truyền thông và thực hiện đồng bộ giữa các thành phần trong Piconet, các thiết bị còn lại là Slave Đó là các thiết bị gửi yêu cầu đến Master Lưu ý rằng, 2 Slave muốn thực hiện liên lạc phải thông qua Master bởi chúng không bao giờ kết nối trực tiếp được với nhau, Master sẽ đồng bộ các Slave về thời gian và tần số Trong

1 Piconet có tối đa 7 Slave đang hoạt động tại 1 thời điểm

Hình 1.2.Mô hình một Piconet

 Cách hình thành một Piconet

Một piconet bắt đầu với 2 thiết bị kết nối với nhau, như laptop PC với 1 Mobilephone Giới hạn 8 thiết bị trong 1 Piconet (3 bit MAC cho mỗi thiết bị) Tất cả các thiết bị Bluetooth đều ngang hàng và mang chức năng xác định Tuy nhiên khi thành lập 1 Piconet, 1 thiết bị sẽ đóng vai Master để đồng

bộ về tần số và thời gian truyền phát, và các thiết bị khác làm Slave

- Vai trò của 1 thiết bị trong Piconet là không cố định, có nghĩa là nó

có thể thay đổi từ Master thành Slave và ngược lại, từ Slave thành Master

Ví dụ nếu Master không đủ khả năng cung cấp tài nguyên phục vụ cho

Piconet của mình thì nó sẽ chuyển quyền cho 1 Slave khác giàu tài nguyên hơn, mạnh hơn, bởi vì trong 1 piconet thì Clock và kiểu Hopping đã được đồng bộ nhau sẵn

Hình 1.3 Một Scatternet

Có 2 cách hình thành một Scatternet

- Cách 1: Piconet này cử ra 1 Slave làm Slave của Piconet kia (các Piconet là độc lập với nhau và không đồng bộ) Slave này sẽ phân chia các time slots (TS), một vài TS ở Piconet này, vài TS ở Piconet kia

- Cách 2: Một Slave trong Piconet này trở thành 1 Master trong 1 Piconet khác Cũng bằng cách chia các TS như trên cách 1 Cách này cho phép 2 Piconet đồng bộ nhau về clock (xung nhịp) và kiểu hopping (kiểu nhảy tần số) Vì 1 Slave đóng vai trò Master trong 1 Piconet mới, sẽ mang theo clock và hopping của Piconet cũ, đồng bộ cho các Slave trong Piconet mới mà nó làm Master

Khi có nhiều Piconet độc lập, có thể bị nhiễu trên một số kênh, những packet đó sẽ bị mất và được truyền lại Nếu tín hiệu là tiếng nói (tín hiệu thoại), chúng sẽ bị bỏ qua

1.1.4 Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth

- Liên kết bất đồng bộ(Asynchronous connectionless - ACL): được thiết

lập cho việc truyền dữ liệu, những gói dữ liệu cơ bản (primarily packet data)

Là một kết nối point-tomultipoint giữa Master và tất cả các Slave tham gia trong piconet Chỉ tồn tại duy nhất một kết nối ACL Chúng hỗ trợ những kết nối chuyển mạch gói (packet-switched connection) đối xứng và không đối xứng Những gói tin đa khe dùng ACL link và có thể đạt tới khả năng truyền tối đa 723 kbps ở một hướng và 57.6 kbps ở hướng khác Master điều khiển

độ rộng băng tầng của ACL link và sẽ quyết định xem trong một piconet một slave có thể dùng băng tầng rộng bao nhiêu Những gói tin broadcast truyền bằng ACL link, từ master đến tất cả các slave Hầu hết các gói tin ACL đều

có thể truyền lại.Liên kết bất đồng bộ được sử dụng cho chuyền dữ liệu

- Liên kết kết hướng đồng bộ (Synchronous connection-oriented - SCO):

hỗ trợ kết nối đối xứng, chuyển mạch mạch (circuit-switched), point-to-point giữa một Master và một Slave trong 1 piconet Kết nối SCO chủ yếu dùng để truyền dữ liệu tiếng nói Hai khe thời gian liên tiếp đã được chỉ định trước sẽ được dành riêng cho SCO link Dữ liệu truyền theo SCO link có tốc độ 64kbps Master có thể hỗ trợ tối đa 3 kết nối SCO đồng thời SCO packet không chứa CRC (Cyclic Redundancy Check) và không bao giờ truyền lại Liên kết SCO được thiết lập chỉ sau khi 1 liên kết ACL đầu tiên được thiết lập.Liên kết kết hướng đồng bộ được sử dụng để truyền âm thanh, hình ảnh

- AM-ADDR (Active Member Address): nó còn gọi là địa chỉ MAC (Media Access Control) của một thiết bị Bluetooth Nó là một con số 3 bit dùng để phân biệt giữa các active slave tham gia trong 1 piconet 2^3 =8 nên

có tối đa 7 Slave active trong 1 piconet, còn 000 là địa chỉ Broadcast (truyền đến tất cả các thành viên trong piconet) Địa chỉ nà chỉ tồn tại khi Slave ở trạng thái active

- PM-ADDR (parked member address): Là 1 con số 8 bit, phân biệt các parked Slave Do đó có tối đa 255 thiết bị ở trạng thái parked Địa chỉ này chỉ tồn tại khi Slave ở trạng thái parked

- AR-ADDR (Access Request Address): Địa chỉ này được dùng bởi parked Slave để xác định nơi mà nó được phép gửi thông điệp yêu câu truy cập tới

1.1.6 Trạng thái của thiết bị Bluetooth

Có 4 trạng thái chính của 1 thiết bị Bluetooth trong 1 piconet:

- Inquiring device (inquiry mode): thiết bị đang phát tín hiệu tìm thiết bị

Bluetooth khác

- Inquiry scanning device (inquiry scan mode): thiết bị nhận tín hiệu

inquiry của thiết bị đang thực hiện inquiring và trả lời

- Paging device (page mode): thiết bị phát tín hiệu yêu cầu kết nối với

thiết bị đã inquiry từ trước

- Page scanning device (page scan mode): thiết bị nhận yêu cầu kết nối

từ paging device và trả lời

1.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong công nghệ Bluetooth

1.2.1 Khái niệm trải phổ trong công nghệ không dây

Trong truyền thông bằng sóng radio cổ điển, người ta chỉ dùng một tần số để truyền dữ liệu, nhưng khả năng mất dữ liệu là rất lớn do tần số này

có thể bị nhiễu, mặt khác tốc độ truyền sẽ không cao

Truyền thông trải phổ là kỹ thuật truyền tín hiệu sử dụng nhiều tần số cùng 1 lúc (DSSS-Direct Sequence Spread Spectrum) hoặc luân phiên (FHSS

- Frequency Hopping Spread Spectrum) để tăng khả năng chống nhiễu, bảo mật và tốc độ truyền dữ liệu

Trải phổ nhảy tần số là kỹ thuật phân chia giải băng tần thành một tập hợp các kênh hẹp và thực hiện việc truyền tín hiệu trên các kênh đó bằng việc nhảy tuần tự qua các kênh theo một thứ tự nào đó

Hình 1.4 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số 1.2.2 Kỹ thuật nhảy tần số trong công nghệ Bluetooth

Việc truyền dữ liệu trong Bluetooth được thực hiện bằng sử dụng kỹ thuật nhảy tần số, có nghĩa là các packet được truyền trên những tần số khác nhau Giải băng tần ISM 2.4Ghz được chia thành 79 kênh, với tốc độ nhảy là

1600 lần trong một giây, điều đó có thể tránh được nhiễu tốt và chiều dài của các packet ngắn lại, tăng tốc độ truyền thông

Hình 1.5 Các packet truyền trên các tần số khác nhau

Việc truyền nhận sử dụng các khe thời gian Chiều dài 1 khe thời gian thông thường là 625µs Một packet thường nằm trong 1 khe đơn, nhưng cũng

có thể mở rộng ra 3 hay 5 khe Với các packet đa khe, yêu cầu tần số phải không đổi cho đến khi toàn bộ packet gửi xong

Hình 1.6 Các packet truyền trên khe thời gian

Sử dụng packet đa khe, tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhờ phần header của mỗi packet chỉ đòi hỏi 1 lần 220µs (là thời gian chuyển đổi sau mỗi packet) Có thể hiểu ngắn gọn là thời gian truyền 3 packets đơn khe sẽ lớn hơn thời gian truyền 1 packet 3- khe Bù lại, trong môi trường có nhiều tín hiệu truyền, các packet dài chiếm nhiều timeslot dễ bị nhiễu hơn, do đó dễ bị mất hơn

1.3 Cách thức hoạt động của Bluetooth

1.3.1 Cơ chế truyền và sửa lỗi

Kỹ thuật Bluetooth thực sự là rất phức tạp Nó dùng kỹ thuật nhảy tần

số trong các timeslot (TS), được thiết kế để làm việc trong môi trường nhiễu tần số radio, Bluetooth dùng chiến lược nhảy tần để tạo nên sức mạnh liên kết truyền thông và truyền thông thông minh Cứ mỗi lần gửi hay nhận một packet xong, Bluetooth lại nhảy sang một tần số mới, như thế sẽ tránh được nhiễu từ các tín hiệu khác

So sánh với các hệ thống khác làm việc trong cùng băng tần, sóng radio của Bluetooth nhảy tần nhanh và dùng packet ngắn hơn Vì nhảy nhanh

và packet ngắn sẽ làm giảm va chạm với sóng từ lò vi sóng và các phương tiện gây nhiễu khác trong khí quyển

Có 3 phương pháp được sử dụng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền đi:

 Forwad Error Connection: thêm 1 số bit kiểm tra vào phần Header hay Payload của packet

 Automatic Repeat Request: dữ liệu sẽ được truyền lại cho tới khi bên nhận gửi thông báo là đã nhận đúng

 Cyclic Redundancy Check: mã CRC thêm vào các packet để kiểm chứng liệu Paylaod có đúng không

Bluetooth dùng kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC (Forwad Error Connection)

để sửa sai do nhiễu tự nhiên khi truyền khoảng cách xa FEC cho phép phát hiện lỗi, biết sửa sai và truyền đi tiếp (khác với kỹ thuật BEC-Backward Error Control chỉ phát hiện, không biết sửa, yêu cầu truyền lại)

Giao thức băng tần cơ sở (Baseband) của Bluetooth là sự kết hợp giữa chuyển mạch và chuyển đổi packet Các khe thời gian có thể được dành riêng cho các packet phục vụ đồng bộ Thực hiện bước nhảy tần cho mỗi packet được truyền đi Một packet trên danh nghĩa sẽ chiếm một timeslot, nhưng nó

có thể mở rộng chiếm đến 3 hay 5 timeslot

Bluetooth hỗ trợ một kênh dữ liệu bất đồng bộ, hay 3 kênh tín hiệu thoại đồng bộ nhau cùng một lúc, hay 1kênh hỗ trợ cùng lúc dữ liệu đồng bộ

và tín hiệu đồng bộ

1.3.2 Quá trình hình thành Piconet

Hình 1.7 Mô hình Piconet

Một mô hình Piconet được tạo bằng 4 cách:

 Có Master rồi, Master thực hiện Paging để kết nối với 1 Slave

 Một Unit (Master hay Slave) lắng nghe tín hiệu (code) mà thiết bị của

nó truy cập được

 Khi có sự chuyển đổi vai trò giữa Master và Slave

 Khi có một Unit chuyển sang trạng thái Active

Để thiết lập một kết nối mới, tiến trình INQUIRY hay PAGE sẽ bắt đầu Tiến trình Inquiry cho phép 1 Unit phát hiện các Unit khác trong tầm hoạt động cùng với địa chỉ và đồng hồ của chúng

Tiến trình paging mới thực sự là tạo kết nối Kết nối chỉ thực hiện giữa những thiết bị mang địa chỉ Bluetooth Unit nào thiết lập kết nối sẽ phải thực hiện tiến trình paging và tự động trở thành Master của kết nối

Trong tiến trình paging, có thể áp dụng vài chiến lược paging Có một chiến lược paging bắt buộc tất cả các thiết bị Bluetooth đều phải hỗ trợ, chiến lược dùng khi các Unit gặp trong lần đầu tiên, và trong trường hợp tiến trình paging theo ngay sau tiến trình Inquiry Hai Unit sau khi kết nối nhờ dùng chiến lược bắt buộc này, sau đó có thể chọn chiến lược paging khác

Sau thủ tục paging (PAGE), Master thăm dò Slave bằng cách gửi packet POLL thăm dò hay packet NULL rỗng theo như Slave yêu cầu

Chỉ có Master gửi tín hiệu POLL cho Slave, ngược lại không có

Các vai trò của thiết bị trong Piconet là:

 Stand by: Không làm gì cả

 Inquiry: Tìm thiết bị trong vùng lân cận

 Paging: Kết nối với một thiết bị cụ thể

 Connecting: Nhận nhiệm vụ

Hình 1.8 Quá trình truy vấn tạo kết nối

Hình 1.9 Truy vấn tạo kết nối giữa các thiết bị trong thực tế

Khi thiết bị tạo paging muốn tạo các kết nối ở các tầng trên, nó sẽ gửi yêu cầu kết nối host theo nghi thức LMP (Link Management Protocol) Khi Unit quản lý host này nhận được thông điệp, nó thông báo cho host biết về kết nối mới Thiết bị từ xa có thể chấp nhận (gửi thông điệp chấp nhận theo nghi thức LMP) hoặc không chấp nhận kết nối (thông điệp không chấp nhận theo nghi thức LMP)

Khi một thiết bị không yêu cầu bất kỳ thủ tục thiết lạp liên kết từ xa nào cả, nó sẽ gửi thông điệp “thiết lập hoàn thành” Sau đó 2 thiết bị có thể trao đổi packet trên kênh logic khác với LMP

1.3.3 Quá trình hình thành Scattenet

Một Master hay Slave của Piconet này có thể thành Slave của Piconet khác nếu bị Master của Piconet khác thực hiện tiến trình paging với nó Có nghĩa là bất kỳ Unit nào cũng có thể tạo một Piconet mới bằng cách paging một Unit đã là thành viên của một Piconet nào đó Ngược lại, bất kỳ Unit nào tham gia trong một Piconet đều có thể thực hiện paging lên Master hay Slave của Piconet khác Điều này có thể dẫn đến việc chuyển đổi vai trò giữa Master và Slave trong kết nối mới này

Hình 1.10 Minh họa một Scatternet

Các kết nối bên trong một Piconet được thiết lập thông qua các Unit chia

sẻ, Unit này thuộc về 2 hay nhiều Piconet, nó dùng kỹ thuật phân chia thời gian để chuyển đổi qua lại giữa các Piconet

1.4 Cấu trúc Bluetooth

Hình 1.11 Cấu trúc của Bluetooth

Cấu trúc của Bluetooth về cơ bản là rất đơn giản và được minh họa bằng

sơ đồ trên Cấu trúc của Bluetooth được chia làm 3 phần chính: tầng điều khiển, tầng host và tầng ứng dụng

1.4.1 Tầng điều khiển

Tầng điều khiển: thường là một thiết bị vật lý mà có thể truyền và nhận tín hiệu radio và có thể hiểu làm thế nào với các tín hiệu này cũng có thể được

giải thích như các gói thông tin bên trong chúng

Tầng điều khiển bao gồm: lớp vật lý (physical layer) và chế độ kiểm tra trực tiếp (direct test mode)

Hình 1.12 Dải tần kênh của lớp vật lý

a Chế độ kiểm tra trực tiếp

Dùng để kiểm tra tiêu chuẩn lớp vật lý, cho phép lớp vật lý kiểm tra chuỗi các gói tin truyền đi hoặc là các gói tin nhận về Việc kiểm tra đó có thể phân tích các gói tin nhận được hoặc số lượng các gói tin mà thiết bị nhận được sau khi kiểm tra Cũng như có thể xác định được các thông số kỹ thuật

RF phù hợp với lớp vật lý từ các gói tin nhận được có thông số RF khác nhau

b Lớp liên kết

Lớp liên kết có nhiệm vụ quảng bá, quét, tạo và duy trí kết nối Có 2 loại kênh liên kết: kênh quảng bá và kênh dữ liệu Cấu trúc của lớp liên kết như sau:

Preamble

(8 bits)

Access Address (32 bits)

Header (8 bits)

Length (8 bits)

Data (0 – 296 bits)

CRC (24 bits)

c HCI (host controller interface)

Là một giao diện giữa tầng host và tầng điều khiển Nó cho phép máy chủ gửi lệnh và dữ liệu đến tầng điều khiển; tầng điều khiển gửi dữ kiện và dữ liệu lên máy chủ

Information Payload

(0 đến 65535 bytes)

b Attribute Protocol (ATT)

Được định nghĩa như một bộ quy tắc cho việc truy cập dữ liệu tương tự như một thiết bị Dữ liệu được lưu trữ trên thuộc tính máy chủ trong

“attributes” mà thuộc tính khách hàng có thể đọc và viết Khách hàng gửi các yêu cầu đến máy chủ và máy chủ trả lời lại bằng các thông điệp Các khách hàng ó thể sử dụng điều này để tìm tất cả các thuộc tính trên máy chủ, sau đó

có thể đọc và viết các thuộc tính ATT có 6 loại thông điệp:

 Yêu cầu được gửi từ máy khách đến máy chủ

 Dựa vào yêu cầu máy chủ gửi phản hồi lại cho khách hàng

 Các lệnh được gửi từ khách hàng lên máy chủ sẽ không được phản hồi

 Thông báo được gửi từ máy chủ cho khách hàng sẽ không được xác nhận

 Các chỉ dẫn gửi từ máy chủ cho khách hàng

 Để trả lời lại chỉ dẫn từ máy chủ, khách hàng gửi lại xác nhận

Vì vậy, cả máy chủ và khách hàng đều có thể bắt đầu giao tiếp với nhau bằng những thông điệp đòi hỏi trả lời hoặc những thông điệp không đòi hỏi trả lời

c Generic Attribute Profile (GATT)

Là một đặc điểm kỹ thuật chung cho việc gửi và nhận một đoạn dữ liệu ngắn được coi như là “attributes” trên một liên kết BLE Các thủ tục GATT xác định các tiêu chuẩn của các thiết bị, các đặc tính và các mô tả về chúng có thể được phát hiện và đưa vào sử dụng Các thủ tục GATT có thể được chia làm 3 loại cơ bản:

 Các thủ tục phát hiện

 Các thủ tục khách hàng khởi xướng

 Các thủ tục máy chủ khởi xướng

Tuy nhiên, có một loại thủ tục bổ sung không thuộc các nhóm này đó là thủ tục trao đổi MTU Thủ tục này sử dụng yêu cầu trao đổi MTU từ ATT để xác định kích thước MTU Thủ tục này không được sử dụng, vì vậy, chúng được sử dụng với kích thước mặc định là 23 octets

d Security Manager (SM)

Sự riêng tư và tính toàn vẹn dữ liệu luôn luôn là vấn đề được quan tâm trong các ứng dụng không dây và cũng không khác gì so với các ứng dụng

trong Bluetooth Về bản chất Bluetooth an toàn hơn so với các công nghệ thay thế khác vì nó sử ụng một quá trình trong đó hai thiết bị cần được ghép nối để giao tiếp với nhau Quá trình này được gọi là “pairing” nó được kích hoạt tự động lần đầu tiên một thiết bị nhận được một yêu cầu kết nối từ một thiết bị

mà nó vẫn chưa được ghép nối Khi một pairing đã được thiết lập các thiết bị

đó sẽ được nó nhớ lại, sau đó nó có thể kết nối với nhau mà không cần sự can thiệp của người dùng Khi muốn, mối quan hệ pairing này có thể được loại bỏ bởi người sử dụng Để tăng cường bảo mật hơn nữa, BLE bao gồm các cơ chế bảo mật như: xác thực, cấp phép, mã hóa và bảo mật

e Generic Access Profile (GAP)

GAP xác định các thiết bị Bluetooth có thể phát hiện và kết nối với nhau như thế nào Nó cũng xác định các thiết bị có thể tạo ra một mối quan hệ lâu dài, được gọi là “ghép” Để kích hoạt tính năng này, profile xác định cách các thiết bị có thể phát hiện, khả năng kết nối và khả năng gắn kết Nó cũng mô tả cách các thiết bị có thể sử dụng các thủ tục để phát hiện các thiết bị khác, kết nối với các thiết bị khác, đọc tên thiết bị và gắn kết với chúng

1.4.3 Tầng ứng dụng

Tầng ứng dụng nằm trên tầng host và tầng controller được xác định qua

3 thông số: Đặc tính (characteristic), Dịch vụ (service) và Cấu hình (profile)

a Đặc tính

Là một bít dữ liệu được biết đến là một định dạng nhãn với một Universally Unique Indentifier (UUID) Các đặc tính được thiết kế để tái sử dụng do vậy mà không có hành vi Ngay sau khi được lắp vào một thiết bị nào

đó, nó giới hạn việc tái sử dụng lại chính nó Nó được xác định trong định dạng máy tính có thể đọc được chứ không phải là văn bản mà con người có thể đọc được Đó chính là khả năng của máy tính, khi nó nhìn thấy các đặc tính cho lần sử dụng lần đầu tiên, để tải chúng máy tính đọc các thông số kỹ thuật và sử dụng nó để hiển thị chúng cho người sử dụng

b Dịch vụ

Là thông số kỹ thuật mà con người có thể đọc được một tập các đặc tính

và các hành vi liên quan của họ Dịch vụ này chỉ quy định những hành vi của những đặc tính này trên một máy chủ; các dịch vụ không xác định hành vi của khách hàng Đối với nhiều dịch vụ, hành vi khách hàng có thể mặc nhiên được xác định bởi hành vi của máy chủ dịch vụ Tuy nhiên, đối với một số dịch vụ, có thể cần phải có hành vi phức tạp trong các khách hàng phải được xác định Hành vi khách hàng này được định nghĩa trong các cấu hình, không

có trong dịch vụ

c Cấu hình profile

Các Profile là thông số kỹ thuật mô tả một hay nhiều thiết bị với một hoặc nhiều dịch vụ trên mỗi thiết bị Các Profile cũng mô tả cách các thiết bị cần được phát hiện và được kết nối, để từ đó xác định hình trạng mạng gì phù hợp với thiết bị Các Profile cũng mô tả hành vi của khách hàng cho việc tìm kiếm các dịch vụ, và sử dụng các dịch vụ cho phép các chức năng yêu cầu của các trường hợp sử dụng hoặc ứng dụng

Đó là ánh xạ nhiều – nhiều từ các profile đến các dịch vụ Một dịch vụ

có thể được sử dụng bởi nhiều cấu hình để cho phép một hành vi nất định trên một thiết bị Hành vi của một dịch vụ độc lập với cấu hình sẽ được sử dụng dịch vụ này tại thời điểm này Cửa hàng ứng dụng có thể được đưa ra danh sách các dịch vụ mà một thiết bị hỗ trợ và tìm các thiết lập của ứng dụng từ các cửa hàng sử dụng các dịch vụ này Đó là sự linh hoạt các kết nối của mô hình plug – and – play, cũng đã làm việc rất tốt cho các bus nối tiếp phổ biến