25966

روش تطبيقي براي كنترل مصرف انرژي بلوتوث 5 در كاربردهاي اينترنت اشياء

كارشناسي ارشد

مهندسي كامپيوتر - شبكه هاي كامپيوتري

1400

1400/8/26

دكتر عيسي زارع پور

كامپيوتر

امروزه شاهد گسترش روز افزون راهكارهاي مبتني بر اينترنت اشياء هستيم كه كاربردهاي گوناگوني را با اهداف مختلفي نظير پايش و كنترل اشياء را در بر مي‌گيرند. در بسياري از اين راهكارها با توجه به نوع كاربرد مورد هدف چالش‌هاي متفاوتي وجود دارد كه مصرف انرژي و برد پوشش از مهمترين چالش‌ها به شمار مي‌روند. بلوتوث كم‌مصرف يكي از فناوري‌هاي ارتباطي است كه به دليل بهره‌مندي اكثر تلفن‌هاي همراه از اين فناوري و مصرف پايين‌ انرژي، بسيار محبوب و پر استفاده است. علاوه بر اين در سال‌هاي اخير با معرفي نسخه‌ي 5 از اين فناوري به جهت افزايش برد‌پوشش و نرخ‌ انتقال داده و كاهش مصرف انرژي، در طيف وسيع‌تري از كاربردها به كار گرفته شده است. تاكنون تحقيقات متنوعي در حوزه‌ي ارزيابي قابليت‌ها و بهبود عملكرد بلوتوث كم‌مصرف از منظر تاخير، گذردهي و قابليت اطمينان انجام شده اما به بحث مديريت مصرف انرژي با استفاده از قابليت‌هاي بلوتوث 5 در حضور عوامل مخرب كيفيت ارتباط پرداخته نشده است. لذا در اين پژوهش يك روش تطبيقي براي مديريت مصرف انرژي در بلوتوث 5 ارائه شده است كه به كمك آن، گره‌ها توانايي اين را دارند كه توان ارسالي و حالت لايه‌ي فيزيكي را به طور همزمان متناسب با شاخصه‌هاي كيفي ارتباط تنظيم كنند. به جهت ارائه‌ي اين روش، يك سيستم با حضور دو گره بلوتوثي طراحي و پياده‌سازي شد تا به كمك آن بتوان روند تغييرات شاخصه‌هاي كيفي ارتباط را در دو سناريو بررسي كرد. در سناريوي اول با تغيير فاصله‌ي گره‌ها از يكديگر در محيط استاديوم فوتبال بدون حضور سيگنال‌هاي متداخل، روند تغييرات شاخصه‌هاي كيفي ارتباط بررسي شد و در سناريويي ديگر بدون تحرك و با حضور منابع ايجاد تداخل در كانال‌هاي مشترك با بلوتوث كم‌مصرف اين بررسي‌ها انجام شد. نتايج حاصل شده از اين آزمايش‌ها منجر به تعيين آستانه‌ها و شاخصه‌هاي كيفي ارتباط شدند. شاخصه‌هاي مورد بررسي در اين پژوهش، وضعيت رويدادهاي اتصال و قدرت سيگنال دريافتي هستند. علاوه بر اين، در آزمايشي ديگر انرژي مصرفي رويدادهاي اتصال در تركيب حالات مختلف توان خروجي و حالت لايه‌ي فيزيكي اندازه‌گيري شد. در نهايت با بكارگيري روش تطبيقي در سناريوي تحرك در استاديوم فوتبال، با وجود پوشش سراسري، كاهش 13.4% مصرف انرژي و كاهش 1% رويداد ارتباطي از دست رفته نسبت به حالت معيار بدون روش تطبيقي با ميانگين رويداد از دست رفته‌ي 5% حاصل شد و در سناريويي ديگر كاهش 18.7% مصرف انرژي و افزايش 1% رويداد ارتباطي از دست رفته نسبت به حالت معيار بدون روش تطبيقي با ميانگين رويداد از دست رفته‌ي 3% مشاهده شد.

1400/10/29

An adaptive method for controlling Bluetooth 5 power consumption in IoT applications

11/17/2022 12:00:00 AM

Nowadays, we are facing increase of IoT-based solutions that include various applications with different purposes such as monitoring and controlling objects. In many of these solutions, depending on the type of application, there are different challenges that energy consumption and coverage range are two of the most important challenges. Bluetooth low energy is one of the communication technologies that is very popular and widely used due to the support of most mobile phones from this technology and low energy consumption. In addition, in recent years, with the introduction of Bluetooth 5, this technology has been used in a wider range of applications because of increasing coverage range and data transfer rates and reducing energy consumption. So far, various researches have been done in the field of evaluating the capabilities and improving the performance of Bluetooth low energy in terms of latency, output and reliability, but the discussion of energy consumption management using the capabilities of Bluetooth 5 has not been discussed. Therefore, in this study, a comparative method for managing energy consumption in Bluetooth 5 is presented, with the help this method, nodes will have the ability to adjust the transmitted power and the mode of the physical layer simultaneously in accordance with the quality characteristics of communication. In order to present this method, a system with two Bluetooth nodes was designed and implemented. By the help of this system, it was possible to track changes in the quality characteristics of communication in two scenarios. In the first scenario by changing the distance of nodes from each other in the football stadium environment without the presence of interfering signals and in another scenario without mobility and with presence of sources of interference in common channels with Bluetooth low energy. The results of these experiments identified the characteristics and thresholds required to implement the adaptive method, which were the connection events and the received signal strength. In addition, in another experiment, the energy consumption of the connection events was measured in a combination of different output power modes and the physical layer modes. Finally, by applying the adaptive method in the mobility scenario in the football stadium, despite the global coverage, a 13.4% reduction in energy consumption and a 1% reduction in lost communication event compared to the standard state without adaptive method with an average lost event of 5% and a reduction of 18.7 % Of energy consumption and 1% increase of the lost communication event compared to the standard state without adaptive method with an average of 3% lost event was observed.

بلوتوث كم‌مصرف , مصرف انرژي , روش تطبيقي , اينترنت اشياء

Bluetooth low energy , Energy consumption , Adaptive method , Internet of things