ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΗ ΒΟΛΙΔΟΣΚΟΠΗΣΗ ΣΤΟ BLUETOOTH ΜΕΣΩ ΜΑΝΘΑΝΟΝΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Δ Ι Π Λ Ω Μ Α Τ Ι Κ Η Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΗ ΒΟΛΙΔΟΣΚΟΠΗΣΗ ΣΤΟ BLUETOOTH ΜΕΣΩ ΜΑΝΘΑΝΟΝΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ Προσομοίωση λειτουργίας και μελέτη του πρωτοκόλλου LEAP για ασύρματα δίκτυα μικρής εμβέλειας Bluetooth. Συγκρίσεις απόδοσης με το υπάρχον πρωτόκολλο του Bluetooth. Καμάνης Φώτιος Τσακαλίδης Γεώργιος & Νικοπολιτίδης Πέτρος (επιβλέπων Καθηγητής) ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2007

2 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 2 Το παρόν έγγραφο αποτελεί της αναφορά της διπλωματικής εργασίας με τίτλο «ΠΡΟΣΑΡ- ΜΟΣΤΙΚΗ ΒΟΛΙΔΟΣΚΟΠΗΣΗ ΣΤΟ BLUETOOTH ΜΕΣΩ ΜΑΝΘΑΝΟΝΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ» των φοιτητών Καμάνη Φωτίου και Τσακαλίδη Γεωργίου του τομέα Δικτύων και Αρχιτεκτονικής Μικροσυστημάτων, Τμήματος Πληροφορικής Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η παρούσα εργασία είναι αποτέλεσμα σχολαστικής μελέτης και αφορά στην προσομοίωση της λειτουργίας και μελέτη του πρωτοκόλλου LEAP για ασύρματα δίκτυα μικρής εμβέλειας Bluetooth. Περιλαμβάνει ανάλυση του πρωτοκόλλου LEAP και των πλαισίων στα οποία κινείται, συγκρίσεις απόδοσης με το υπάρχον πρωτόκολλο BLUETOOTH και συμπεράσματα γύρω από την ορθότερη δυνατή λειτουργία των συστημάτων Bluetooth. Υπεύθυνος επίβλεψης της μελέτης αυτής ήταν ο Λέκτορας του Τμήματος Πληροφορικής Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, κ. Νικοπολιτίδης Πέτρος. Καμάνης Φώτιος Τσακαλίδης Γεώργιος

3 3 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Περιεχόμενα 1 ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ BLUETOOTH Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΒLUETOOTH ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ BLUETOOTH ΜΟΝΤΕΛΟ ΧΡΗΣΗΣ Σημεία Πρόσβασης Σε Υπηρεσίες Φωνής/Δεδομένων Διασύνδεση Περιφερειακών Δικτύωση Προσωπικής Περιοχής ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ BLUETOOTH Το στρώμα ραδιοσυχνότητας Bluetooth Baseband Τοπολογία δικτύου ΑΣΦΑΛΕΙΑ TΑ «ΠΡΟΦΙΛ» BLUETOOTH ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ BLUETOOTH ΑΠΟ ΧΡΗΣΤΙΚΗΣ ΠΛΕΥΡΑΣ Περιγραφή Bluetooth Λειτουργεία BLUETOOTH Eκδόσεις BLUETOOTH Ποια είναι τα προνόμια της έκδοσης Bluetooth 2.0 (+EDR); Πως επιτυγχάνονται οι «συνδέσεις» ανάμεσα στις Bluetooth συσκευές; Τι είναι το «ζευγάρωμα» (pairing) των Bluetooth συσκευών; Bluetooth η Infrared; Τι είναι καλύτερο; Bluetooth Vs Wi-Fi: Αντίπαλοι ή σύμμαχοι; Τι σημαίνει το όνομα Bluetooth; 27

4 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 4 2 ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ LEAP ΣΥΝΟΨΗ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ LEAP 32 3 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΣΚΟΠΟΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΠΑΡΑΔΟΧΕΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗ ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗ R - R Εισαγωγικά Παραμετροποίηση Επιλογές για την καταγραφή των αποτελεσμάτων σε αρχεία Ολοκλήρωση προσομοίωσης και εξαγωγή στατιστικών αποτελεσμάτων στην οθόνη ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗ LEAP Παραμετροποίηση Αποτελέσματα πρωσομοίωσης ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΈΞΟΔΟΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗ ΠΗΓΑΙΑ ΑΡΧΕΙΑ ΑΛΛΑΓΕΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ ΣΧΟΛΙΑ ΚΑΙ ΑΠΟΨΕΙΣ 56 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΠΟΙΗΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ Συγκριτική μελέτη πρωτοκόλλων για μεταβλητές τιμές του φόρτου δικτύου (Traffic Load) Συγκριτική μελέτη πρωτοκόλλων για μεταβλητές τιμές του Burst Length Μελέτη πρωτοκόλλου LEAP: Τιμές αποτελεσμάτων Delay για μεταβλητές τιμές του L Συγκριτική μελέτη πρωτοκόλλων για την απώλεια πακέτων λόγω BER, μεταβάλλοντας τις τιμές του Traffic Load Συγκριτική μελέτη πρωτοκόλλων για το ποσοστό των Dropped πακέτων, μεταβάλλοντας τις τιμές του Traffic Load ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 70

5 5 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 5 ΠΗΓΑΙΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΛΑΣΕΙΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΚΩΣΙΚΑΣ ΚΛΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ROUND ROBIN ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ Απαραίτητες βιβλιοθήκες Κλάση Simulation Κλάση Packet Κλάση PEER Το κυρίως μέρος της main Διαδικασίες καταγραφής αποτελεσμάτων σε αρχεία ΚΩΣΙΚΑΣ ΚΛΑΣΕΙΣ ΤΟΥ LEAP ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ Απαραίτητες βιβλιοθήκες Κλάση Simulation Κλάση Packet Κλάση PEER Το κυρίως μέρος της main Διαδικασίες καταγραφής αποτελεσμάτων σε αρχεία ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΕΣ Random.h Mersenne.cpp ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΗΓΕΣ ΕΝΤΥΠΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ - ΔΙΑΔΙΚΤΥΑΚΕΣ ΠΗΓΕΣ 136

6 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 6 1 Το πρωτόκολλο BLUETOOTH 1.1 Η ιστορία του BLUETOOTH Στην σημερινή εποχή, οι φορητές συσκευές γίνονται με ραγδαίο ρυθμό, ένα αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινής μας ζωής, καθώς όλο και περισσότεροι επαγγελματίες αλλά και απλοί πολίτες κυκλοφορούν έχοντας στην διάθεση τους ένα κινητό τηλέφωνο, έναν υπολογιστή χειρός ή έναν φορητό υπολογιστή. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι συσκευές αυτές δεν διαθέτουν συμβατές διεπιφάνειες επικοινωνίας δεδομένων, ή εάν διαθέτουν αυτές απαιτούν πολύπλοκες καλωδιώσεις και σύνθετες παραμετροποιήσεις. Μία προφανής λύση στο παραπάνω πρόβλημα είναι η αποτίναξη των καλωδίων και η χρησιμοποίηση ασύρματων δικτύων μικρής εμβέλειας, που θα διευκολύνουν την κατ απαίτηση σύνδεση και επικοινωνία μεταξύ των διαφόρων φορητών συσκευών. Η ιδανική λύση θα πρέπει επίσης να είναι φθηνή στην υλοποίηση, να υποστηρίζει πολλαπλές εφαρμογές και να υιοθετηθεί από τους κατασκευαστές συσκευών παγκοσμίως. Το έτος 1998, πέντε μεγάλες εταιρείες (Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba και Intel) συνεργάστηκαν για την δημιουργία μιας νέας τεχνολογίας, για ασύρματη επικοινωνία στην αγορά φορητών συσκευών, με διεθνή εφαρμογή. Το αποτέλεσμα ήταν η τεχνολογία Bluetooth, που πηρέ την ονομασία της από έναν βασιλιά του 10 ου αιώνα που κατάφερε να φέρει όλες τις φυλές των Βίκινγκ υπό κοινή

7 7 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων διοίκηση. Η λεπτομερής παρουσίαση της τεχνολογίας Bluetooth καθόριζε μία διεπαφή (interface) ασύρματης επικοινωνίας ραδιοσυχνότητας, καθώς και ένα σχετικό σύνολο από πρωτόκολλα επικοινωνίας και προφίλ χρήσης. Οι στόχοι της νέας τεχνολογίας δεν περιλάμβαναν τη δημιουργία άλλης Wireless Local Area Network (WLAN) τεχνολογίας, η οποία ήδη υπήρχε στην αγορά. Ενώ τα WLANs ήταν σχεδιασμένα να συνδέουν αποτελεσματικά μεγάλες ομάδες ανθρώπων μέσω ενός κοινού backbone, η τεχνολογία Bluetooth σχεδιάστηκε για να συνδέει φορητές συσκευές μέσω μιας προσωπικής και ιδιωτικής σύνδεσης. Το Bluetooth επιχειρεί να υποκαταστήσει το κόστος, την ασφάλεια αλλά και τις δυνατότητες των συμβατικών καλωδίων που χρησιμοποιούσαν οι χρήστες φορητών συσκευών. Οι στόχοι της τεχνολογίας, εκτός από την ασφάλεια και το χαμηλό κόστος παραγωγής, περιλαμβάνουν τη δυνατότητα σύνδεσης με μια ποικιλία συσκευών, την υποστήριξη ενός απαραίτητου ρυθμού μετάδοσης για τον χρήστη, την υποστήριξη πολλαπλών παράλληλων και ιδιωτικών συνδέσεων, την συμβατότητα με το είδος των δεδομένων που χρησιμοποιούν οι χρήστες και την χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, να υποστηρίζεται από τις φορητές συσκευές στις οποίες θα ενσωματωθεί. Τέλος, η τεχνολογία θα πρέπει να είναι διεθνής και συμβατή με συσκευές σε άλλες χώρες. Pic 1. Bluetooth protocol stack profiles

8 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Ανάπτυξη τεχνολογίας Bluetooth Η τεχνολογία Bluetooth αναπτύχθηκε από μέλη μιας ομάδας ενδιαφέροντος (Special Interest Group, SIG). Οι εταιρίες που συμμετείχαν συμφώνησαν να μη χρεώσουν τα πνευματικά δικαιώματα που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη της τεχνολογίας. Η ομάδα άρχισε αμέσως εργασίες με τους promoters που ή- ταν αυτοί που ανέπτυξαν την τεχνολογία και μετά την εξάπλωσαν. Η τεχνολογία Bluetooth αναπτύχθηκε ώστε να χρησιμοποιηθεί σ ένα μοναδικό διεθνές περιβάλλον που όχι μόνο θα επιτρέπει τη συγχώνευση στις host συσκευές αλλά θα επιτρέπει στη φορητή συσκευή να ταξιδεύει εύκολα από τη μία χώρα στην άλλη. Επιπρόσθετα, εξαιτίας των προσωπικών, εμπιστευτικών δεδομένων που βρίσκονται στις διάφορες συσκευές (π.χ. φορητός υπολογιστής) η σύνδεση που δημιουργείται μεταξύ αυτών των συσκευών πρέπει να είναι εξίσου ασφαλής με την ενσύρματη σύνδεση που αντικαθιστά. 1.3 Μοντέλο χρήσης Το μοντέλο χρήσης Bluetooth βασίζεται στη σύνδεση συσκευών και επικεντρώνεται σε 3 κατηγορίες : Σημεία Πρόσβασης, Σε Υπηρεσίες Φωνής / Δεδομένων, Διασύνδεση Περιφερειακών και Δικτύωση Προσωπικής Περιοχής (Personal Area Networking PAN) Σημεία Πρόσβασης Σε Υπηρεσίες Φωνής/Δεδομένων Αυτό είναι από τα αρχικά χρηστικά μοντέλα και περιλαμβάνει τη σύνδεση ενός υπολογιστή σε μία συσκευή επικοινωνίας μέσω ενός ασφαλούς ασύρματου δικτύου. Για παράδειγμα, ένας φορητός υπολογιστής εφοδιασμένος με τεχνολογία Bluetooth μπορεί να συνδεθεί με ένα κινητό τηλέφωνο που έχει Bluetooth και μέσω αυτού στο internet. Το κινητό τηλέφωνο δρα σαν ένα προσωπικό σημείο εισόδου. Ιδανικότερα, το laptop μπορεί να συνδεθεί στο internet ενώ το κινητό τηλέφωνο είναι σ ένα χαρτοφύλακα ή σε μια τσάντα. Επίσης, υπάρχει ένα ενδεχόμενο στο μέλλον το Bluetooth να λειτουργεί σε δημόσια σημεία εισόδου. Αν για παράδειγμα τα σημερινά δημόσια τηλέφωνα αναβαθμίζονταν με Bluetooth θα επιτρεπόταν σε κάθε φορητή συσκευή εφοδιασμένη με αυτό να συνδέεται εύκολα στο internet ενώ βρίσκεται 10 μέτρα μακριά από το σημείο εισόδου. Αυτά τα σημεία εισόδου θα μπορούσαν φυσικά να υποστηρίζουν πολύ μεγαλύτερες ποσότητες δεδομένων από τα σημερινά μόντεμ, μια και οι δημόσιοι

9 9 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων χώροι θα μπορούσαν να συνδεθούν με διάφορα ιδιωτικά σημεία εισόδου Bluetooth μέσω ενός LAN που είναι συνδεδεμένο με το internet μέσω μιας γραμμής xdsl. Έτσι, θα επιτρέπει σε κάθε σημείο εισόδου σύνδεση με το internet 1Mbps Διασύνδεση Περιφερειακών Η δεύτερη κατηγορία χρήσεως, peripheral interconnects, περιλαμβάνει τη σύνδεση άλλων συσκευών. Φανταστείτε πληκτρολόγια, ποντίκια και joysticks που δουλεύουν μαζί μέσω ενός ασύρματου δικτύου. Το δίκτυο Bluetooth είναι ενσωματωμένο στον φορητό υπολογιστή, οπότε το κόστος της περιφερειακής συσκευής είναι μικρότερο γιατί δε χρειάζεται access point. Για παράδειγμα, ένα Bluetooth headset (μικρόφωνο και ακουστικό) που χρησιμοποιείται στο γραφείο θα μπορούσε να συνδεθεί με ένα σημείο εισόδου Bluetooth που θα παρέχει πρόσβαση στο τηλέφωνο του γραφείου και τις λειτουργίες πολυμέσων του φορητού υπολογιστή. Όταν είναι φορητό, το ίδιο headset θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την επικοινωνία με το κινητό τηλέφωνο (το οποίο μπορεί να παραμένει στο χαρτοφύλακα ή την τσάντα). Μια άλλη χρησιμότητα μιας μικρής εμβέλειας σύνδεσης, όπως αυτής Bluetooth αφορά στην ασφάλεια των συσκευών. Σε αντίθεση με άλλα ασύρματα δίκτυα μεγαλύτερης εμβέλειας το Bluetooth μειώνει σημαντικά τις πιθανότητες επιτυχών παραβιάσεων του απορρήτου και υποκλοπής των ανταλλασσόμενων πληροφοριών από μη εξουσιοδοτημένους χρήστες καθώς ο περιορισμένος χώρος εμβέλειας Bluetooth βρίσκεται άμεσα υπό τη εποπτεία μας Δικτύωση Προσωπικής Περιοχής Το τελευταίο χρηστικό μοντέλο, Personal Area Networking (PAN), εστιάζεται στη ξαφνική δημιουργία και κατάρρευση των προσωπικών δικτύων (personal networks). Στο μέλλον, περίπτερα Bluetooth θα μπορούσαν να παρέχουν πρόσβαση σε ηλεκτρονικά έγγραφα, τα οποία οι χρήστες θα «κατεβάζουν» για μελλοντική χρήση. 1.4 Αρχιτεκτονική Bluetooth Η τεχνολογία Bluetooth χωρίζεται σε δύο κομμάτια : τον πυρήνα και τις εξειδικεύσεις profile. Ο πυρήνας ασχολείται με τη λειτουργία της τεχνολογίας ενώ οι εξειδικεύσεις profile εστιάζονται στο πώς να αναπτύξουν διαλειτουργικές (interoperating) συσκευές, χρησιμοποιώντας τις βασικές λειτουργίες.

10 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Το στρώμα ραδιοσυχνότητας Το Bluetooth χρησιμοποιεί ισχύ εκπομπής 1mW με επεκτάσεις που δουλεύουν μέχρι τα 100mW. Είναι συμβατό και χρησιμοποιεί τις ISM μπάντες. Χρησιμοποιείται Μεταπήδηση Συχνότητας (Frequency Hopping) για να μεταδώσει ενέργεια σε όλο το φάσμα του ISM σε 79 hops του 1MHz, αρχίζοντας στα 2,402GHz και σταματώντας στα 2,480GHz. Σ αυτή τη φάση, η ομάδα ενδιαφέροντος δουλεύει για να κάνει το φάσμα των 79 σταθμών να λειτουργεί διεθνώς και έχει ξεκινήσει αλλαγές στην Ιαπωνία, Ισπανία και σε άλλες χώρες. Η εμβέλεια του δικτύου είναι 10m αλλά μπορεί να επεκταθεί μέχρι πάνω από 100m με την αύξηση της ισχύος εκπομπής μετάδοσης (χρησιμοποιώντας την επιλογή των 100mW) Bluetooth Baseband Ο κάθε σταθμός λειτουργεί με frequency hopping στο οποίο το ISM band των 2,4 GHz χωρίζεται σε 79 κανάλια του 1MHz στα οποία ο σταθμός μεταπηδά όσο μεταδίδει και παίρνει δεδομένα. Ένα piconet σχηματίζεται όταν ένα τερματικό Bluetooth συνδέεται με ένα άλλο τερματικό. Και οι δύο συσκευές μεταπηδούν μεταξύ των 79 καναλιών. Το Bluetooth υποστηρίζει ένα μεγάλο αριθμό piconets παρέχοντας κάθε piconet με το δικό του σετ τυχαίων μεταπηδήσεων μοντέλων. Μερικές φορές τα piconets καταλήγουν στο ίδιο κανάλι. Όταν συμβεί αυτό τα τερματικά θα μεταπηδούν σ ένα άλλο ελεύθερο κανάλι και θα αναμεταδώσουν τα δεδομένα εάν αυτά έχουν χαθεί. Η δομή Bluetooth περιλαμβάνει ένα πακέτο μετάδοσης που ακολουθείται από ένα πακέτο παραλαβής. Το κάθε πακέτο μπορεί ν αποτελείται από πολλαπλά slots (1, 3 ή 5) των 625μs. Δομές multi-slot επιτρέπουν μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων εξαιτίας της απουσίας χρόνου μεταδόσεων μεταξύ των πακέτων και της μείωσης της επιβάρυνσης που δίνουν οι κεφαλίδες αυτών (header overhead). Για παράδειγμα, single slot πακέτα μπορούν να πετύχουν μια μέγιστη ποσότητα των 172kbps ενώ μια 5slot δομή υποστηρίζει ποσότητα 721kbps (προς τη 5slot κατεύθυνση) με ταχύτητα 57,6 kbps επιστροφής στη single slot κατεύθυνση.

11 11 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 1 Pic 2. Lower part of stack. L2CAP can be viewed as the data plane of Bluetooth s link layer Τοπολογία δικτύου Τα Bluetooth τερματικά συνδέονται μεταξύ τους με piconets τα οποία δημιουργούνται από ένα master σταθμό που συνδέεται παράλληλα με 7 το πολύ slave σταθμούς. Τα Bluetooth τερματικά είναι συμμετρικά με την έννοια ότι ο- ποιοδήποτε Bluetooth τερματικό μπορεί να γίνει master ή slave. Το μοντέλο του piconet εξαρτάται από την ώρα δημιουργίας του. Τυπικά, ο σταθμός που συνδέεται πρώτος θα γίνει ο master. Παρόλα αυτά υπάρχει λειτουργία που επιτρέπει την αντιστροφή ρόλων Inquiring Η διαδικασία inquiry περιλαμβάνει ένα τερματικό που εκτελεί μια λειτουργία page στο Inquiry ID (μια διεθνής διεύθυνση για τη λειτουργία Inquiry, όπως η MAC address στα ενσύρματα δικτυακά συστήματα), ενώ τα άλλα τερματικά αναζητούν για την εντολή Inquiry. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται σε μια μοναδική ακολουθία 32 καναλιών. Το τερματικό που αναζητεί για Inquiry θα ακούει κάθε 1,25 seconds σ ένα από αυτά τα 32 κανάλια για 10ms και μετά θα συνεχίσει στο επόμενο κανάλι. Το τερματικό που εκτελεί την εντολή Inquiry θα εκδώσει έναν αριθμό pages στα κανάλια για Inquire (2 φορές σε κάθε single slot) και μετά θα «ακούσει» στις συχνότητες απάντησης για 1,25 seconds για τα 16 από τα 32 κανάλια. Το τερματικό που «ακούει» στο ίδιο κανάλι και θα «απαντήσει» με ένα πακέτο FHS. Η ακολουθία επαναλαμβάνεται για το δεύτερο σετ των 16 καναλιών και μετά το Inquiring τερματικό θα έχει μια λίστα πακέτων FHS για όλους τους σταθμούς μέσα στη δική του εμβέλεια. 1 Bluetooth: Technology for Short-Range Wireless Apps, Pravin Bhagwat

12 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Paging Η εντολή page ακολουθεί μια παρόμοια διαδικασία. Κάθε τερματικό έχει μια μοναδική ακολουθία 32 συχνοτήτων paging και 32 συχνότητες απάντησης που βασίζονται στη διεθνή του ταυτότητα. Ένα τερματικό σε stand by που εκτελεί μία αναζήτηση Page θα «ακούει» για page της διεθνούς του ταυτότητας σε κάθε μια από τις συχνότητες paging για 10ms κάθε 1,25 seconds. Το paging τερματικό θα συνεχίσει να καλεί χρησιμοποιώντας τη διεθνείς ταυτότητες των καλούμενων τερματικών σ ένα από τα 2 σετ των 16 συχνοτήτων. Το paging τερματικό υπολογίζει (βάσει του τελευταίου γνωστού clock offset) το που θα ακούν τα καλούμενα τερματικά και δημιουργεί ένα A-train από συχνότητες page μέσα σ αυτή την υπολογισμένη συχνότητα. Το paging τερματικό θα συνεχίσει να καλεί μέσα στο σετ των 16 συχνοτήτων για 1,25 seconds. Εάν ο υπολογισμός είναι λανθασμένος (δηλαδή το τερματικό που καλεί δεν έχει λάβει απάντηση) τότε το τερματικό που καλεί θα δοκιμάσει τις επόμενες 16 συχνότητες για 1,25 seconds. Οι σταθμοί που έχουν μικρά clock offset θα μπορούν να συνδεθούν πολύ γρήγορα, ενώ οι σταθμοί που έχουν μεγάλα clock offset (δηλαδή οι σταθμοί που δεν έχουν συνδεθεί σωστά) μπορεί να χρειαστούν μέχρι και 2,5 seconds για να συνδεθούν. Pic 2. Καταστάσεις λειτουργίας Bluetooth

13 13 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Connection Στη σύνδεση δίνεται στο Bluetooth τερματικό μία 3-bit Διεύθυνση Ενεργού Μέλους (ΑΜΑ) μέσω της οποίας μπορεί να κατευθύνει τα δεδομένα σε διάφορες συσκευές στο piconet (ο master πάντα αναφέρεται ως διεύθυνση 0). Μεταδόσεις σε άλλα τερματικά σ αυτό το piconet μπορούν να επιτευχθούν από το master τερματικό που θα στέλνει ένα πακέτο στη διεύθυνση Εξοικονόμηση Ενέργειας Για να επιτρέψει στα άλλα τερματικά να διατηρήσουν τη σύνδεση με το piconet (διατήρηση του μοντέλου μεταπήδησης και του offset του piconet) παράλληλα με τη διατήρηση χαμηλής ενέργειας οι σταθμοί μπορούν να βρίσκονται σε καταστάσεις Park, Hold και SNIFF. Στις καταστάσεις Hold και Park οι σταθμοί «ξυπνάνε» σε συγκεκριμένα σημεία, στη κατάσταση SNIFF το τερματικό μπορεί να μεταδώσει δεδομένα μόνο στο συγκεκριμένο χρονικό σημείο, στη κατάσταση Hold δεν μεταδίδονται δεδομένα. Στη κατάσταση Park το τερματικό πρέπει να εγκαταλείψει το piconet και του δίνεται μια PMA διεύθυνση. Ένα απενεργοποιημένο τερματικό θα ακούει ανά τακτά χρονικά διαστήματα για να δει αν ο master έχει : α) ζητήσει από το απενεργοποιημένο τερματικό να γίνει ενεργό μέλος β) ζητήσει από οποιοδήποτε απενεργοποιημένη συσκευή να γίνει ενεργό μέλος ή γ) στείλει δεδομένα SCO / ACL Τα Τερματικά Bluetooth μπορούν να εγκαταστήσουν συνδέσεις δύο τύπων: Synchronous Connection Oriented (SCO) ή Asynchronous Connectionless Type (ACL). Οι SCO συνδέσεις εξυπηρετούν ισόχρονα δεδομένα όπως συνδέσεις φωνής. Τα πακέτα που εξυπηρετούν τις συνδέσεις αυτές είναι διάρκειας με 1, 2 ή 3 slots και οι συνδέσεις διατηρούνται είτε χρησιμοποιούνται ή όχι μέσα στο

14 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 14 piconet. Για να έχει μια SCO σύνδεση ένα τερματικό πρέπει να έχει ήδη μια ACL σύνδεση. Μόλις προστίθεται μια SCO σύνδεση ένα master ή slave τερματικό μπορεί να στείλει SCO πακέτα χωρίς να επιλεχθεί από τον master για μετάδοση. Μέχρι τώρα οι φωνητικές συνδέσεις χρησιμοποιούν κωδικοποίηση CVSD (Continuously Variable Slope Delta Modulator) που παρέχει πολύ καλή δυνατότητα διόρθωσης λαθών. Η CVSD επιτρέπει στα χαλασμένα πακέτα SCO να απορριφθούν (αντί να αναμεταδοθούν) ενώ παράλληλα διατηρούν υψηλής ποιότητας φωνητική σύνδεση. Ένα είδος πακέτου baseband επιτρέπει και φωνή και δεδομένα να στέλνονται στο ίδιο πακέτο (Data/Voice ή DV Packet). Pic 3 Οι συνδέσεις ACL εξυπηρετούν συμμετρική και ασύμμετρη ασύγχρονη κίνηση. Τα πακέτα ACL αποτελούνται από έναν μονό αριθμό slots έτσι ώστε η διπλή σύνδεση να είναι πάντα ένας ζυγός αριθμός slots (1/1, 1/3 ή 1/5) Ανίχνευση Λαθών Υπάρχουν 3 μέθοδοι διόρθωσης/ανίχνευσης λαθών που χρησιμοποιούνται στο Bluetooth baseband: 1/3 rate FC, 2/3 rate FC και Αίτηση Αυτόματης Επανάληψης (Automatic Repeat Request, ARQ). To 1/3 FEC χρησιμοποιείται στις επικεφαλίδες των πακέτων (packet headers). Για να αυξηθεί ο ρυθμός μετάδοσης ποσότητα δεδομένων όταν η σύνδεση γίνεται θορυβώδης, το τερματικό μπορεί να προσθέσει FEC στο κανάλι : για τις

15 15 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων SCO συνδέσεις χρειάζεται 1/3 FEC ενώ για τις ACL συνδέσεις χρειάζεται 2/3 FEC. Τα πακέτα SCO απορρίπτονται όταν λαμβάνονται κατεστραμμένα ενώ τα πακέτα ACL στην ίδια περίπτωση αναμεταδίδονται. Pic 4. Packet Collision and Placement of Errors Scatternet Οι χρήστες ενός καναλιού πρέπει να μοιραστούν τη χωρητικότητα του. Αν και τα κανάλια είναι εύρους 1 MHz όσο περισσότεροι χρήστες προστίθενται, τόσο γρήγορα μειώνεται η ρυθμοαπόδοση και φτάνει σε τιμή μικρότερη από μερικές δεκάδες kbit/sec. Επιπλέον, αν και το μέσο διαθέσιμο εύρος ζώνης είναι 80 MHz στις ΗΠΑ και στην Ευρώπη (ελαφρώς μικρότερο στην Ιαπωνία, Γαλλία και Ισπανία), αυτό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά όταν όλοι οι σταθμοί πρέπει να μοιραστούν το ίδιο κανάλι του 1 MHz. Pic 5. Piconet (αριστερά) και scatternet (δεξιά). Ο master μπορεί να εξυπηρετεί 7 slaves. Μέλη δύο οι περισσοτέρων piconets λέγονται bridge nodes και υποστηρίζουν interpiconet communication. 2 Σχήμα από: Interference of Bluetooth and IEEE : Simulation Modeling and Performance Evaluation N. Golmie, R. E. Van Dyck, and A. Soltanian National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, Maryland 20899

16 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 16 Σταθμοί που μοιράζονται περιοχές που αλληλοκαλύπτονται μπορούν να δημιουργήσουν ad-hoc συνδέσεις μεταξύ τους. Εντούτοις, μόνο εκείνες οι μονάδες οι οποίες πραγματικά θέλουν να ανταλλάξουν πληροφορίες μοιράζονται το ίδιο κανάλι (piconet). Αυτή η λύση επιτρέπει τη δημιουργία πολλών piconet με επικαλυπτόμενες περιοχές εμβέλειας. Κάθε piconet εμμένει στη δική του ακολουθία μεταπήδησης στο διαθέσιμο εύρος των 80 MHz. Το κανάλι σε κάθε piconet μεταπηδά ψευδό-τυχαία σε όλο το φάσμα των 80 MHz. Οι χρήστες κάθε piconet έχουν μόνο ένα κανάλι 1 MHz στη διάθεση τους. Μία ομάδα piconet καλείται scatternet. Η συνολική και μεμονωμένη ρυθμοαπόδοση των σταθμών σε ένα scatternet είναι πολύ μεγαλύτερη από όταν κάθε χρήστης συμμετέχει στο ίδιο piconet του ενός Mbit. Πρόσθετα κέρδη λαμβάνονται με πολυπλεξία των καναλιών μεταπήδησης καθώς και με την επαναχρησιμοποίηση τους. Επειδή μεμονωμένα piconets μεταπηδούν διαφορετικά, τα διαφορετικά piconets μπορούν ταυτόχρονα να χρησιμοποιούν διαφορετικά κανάλια μεταπήδησης. Συνεπώς, οι σταθμοί σε ένα piconet δεν μοιράζονται το κανάλι του 1MHz τους με μονάδες από άλλο piconet. Η συνολική ρυθμοαπόδοση (συνολική ρυθμοαπόδοση που συσσωρεύεται από όλα τα piconets) αυξάνεται όσα περισσότερα piconets προστίθενται. Εντούτοις, εμφανίζονται συγκρούσεις όταν δύο piconets χρησιμοποιήσουν το ίδιο κανάλι μεταπήδησης ταυτόχρονα. Όσο ο αριθμός των piconet αυξάνει η απόδοση στο σύστημα μεταπήδησης συχνότητας υποβιβάζεται. Προσομοιώσεις που έγιναν για τη μελέτη των scatternet απέδειξαν ότι ένα scatternet που αποτελείται από 10 piconet μειώνει την απόδοση του λιγότερο από 10% για κάθε Piconet. Στο scatternet μοιράζεται το διαθέσιμο φάσμα συχνοτήτων ενώ σε ένα piconet, μοιράζονται το κανάλι και οι πληροφορίες. Ας υποθέσουμε ότι υπάρχουν 100 σταθμοί. Αν όλοι ανήκουν στο ίδιο δίκτυο θα έπρεπε να μοιραστούν το ίδιο κανάλι εύρους 1 MHz. Συνεπώς το μέσο throughput για κάθε χρήστη θα ήταν 10 kbit/s. Όμως αν δεν επιθυμούν όλοι οι σταθμοί να επικοινωνήσουν μεταξύ τους μπορούμε να χωρίσουμε το Piconet σε πολλά ανεξάρτητα piconets. Για παράδειγμα αν οι χρήστες ομαδοποιούνταν ανά 5 τότε θα δημιουργούσαμε 20 διαφορετικά Piconet. Με μόνο 5 χρήστες να μοιράζονται το κανάλι του 1 ΜΗz το throughput αυξάνει αισθητά σε 200kbit/s. Βέβαια αυτό προϋποθέτει ιδανικές συνθήκες όπου κανένα piconet δε συγκρούεται με το άλλο. Στη πραγματικότητα όμως θα συμβούν συγκρούσεις μειώνοντας έτσι το συνολικό throughput. Παρόλα αυτά όμως το τελικό throughput που προκύπτει από πολλά piconets υπερβαίνει αυτό του ενός piconet.

17 17 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 1.5 Ασφάλεια Ο τρόπος με τον οποίο το σύστημα Bluetooth χρησιμοποιείται σε φορητές συσκευές και ο τύπος των δεδομένων που υπάρχουν σ αυτές τις συσκευές καθιστά την ασφάλεια απολύτως απαραίτητη. Στο επίπεδο σύνδεσης το Bluetooth παρέχει εξακρίβωση στοιχείων (authentication), κρυπτογράφηση και διαχείριση των διαφόρων κλειδιών. Η Authentication περιλαμβάνει ένα προσωπικό κωδικό χρήστη (PIN number) που μεταφράζεται σε κλειδί μήκους 128-bit που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε σύνδεση μονής ή διπλής κατεύθυνσης. Μόλις οι σταθμοί αναγνωριστούν, η σύνδεση μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας κωδικοποίηση με διάφορα πιθανά μήκη. Η αρχιτεκτονική ασφάλειας του στρώματος σύνδεσης παρέχει έναν αριθμό από μοντέλα πιστοποίησης και ευέλικτης κωδικοποίησης που επιτρέπουν στους σταθμούς να διαπραγματευθούν για τη διάρκεια των κλειδιών. Αυτό είναι σημαντικό γιατί τερματικά από διάφορες χώρες θα επικοινωνούν το ένα με το άλλο. Πολιτικές ασφαλείας σ αυτές τις χώρες θα υποδείξουν το μέγιστο μήκος των κλειδιών. Τα Τερματικά Bluetooth θα διαπραγματευθούν με στόχο το μικρότερο δυνατό μήκος (για π.χ. αν στις ΗΠΑ ένα τερματικό ενεργοποιείται σε 128- bit encryption κλειδιά και στην Ισπανία στα 48- bit, τότε θα διαπραγματευθούν για σύνδεση στα 48). Η αρχιτεκτονική Bluetooth υποστηρίζει εξουσιοδότηση διαφορετικών συσκευών σε ανώτερα επίπεδα του λογισμικού. Για παράδειγμα, ό- ταν 2 ηλεκτρονικοί υπολογιστές έχουν δημιουργήσει μια σύνδεση Bluetooth για ν ανταλλάξουν business cards η εξουσιοδότηση που πρέπει να δημιουργηθεί

18 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 18 πρέπει να επιτρέπει αυτές τις ανταλλαγές, αλλά να είναι δομημένη έτσι ώστε ο ένας υπολογιστής δε θα μπορεί να εξετάσει άλλα κομμάτια του άλλου χωρίς να του επιτραπεί. Pic 6. The Bluetooth networking stack and chip. 3 Η αρχιτεκτονική ασφαλείας Bluetooth βασίζεται σε κωδικούς PIN για να δημιουργήσει σχέσεις εμπιστοσύνης μεταξύ διαφόρων συσκευών. Ενώ δεν είναι πρακτικό να εξετάσουμε όλους τους συνδυασμούς χρήσεων των κωδικών PIN πρέπει να σημειωθεί ότι μόλις μια σύνδεση δημιουργηθεί μεταξύ δύο συσκευών, αυτοί οι κωδικοί μπορούν να αποθηκευτούν στη συσκευή για να επιτρέψουν περισσότερες και ευκολότερες συνδέσεις. Το κλειδί στην απλότητα Bluetooth βρίσκεται στη δημιουργία σχέσεων εμπιστοσύνης μεταξύ των χρησιμοποιούμενων συσκευών. Για τυχαίες, απρογραμμάτιστες συνδέσεις που απαιτούν εξουσιοδοτημένες συνδέσεις (για να επιβεβαιώσουν ότι συνδέεσαι μ αυτόν που θέλεις, κάτι το οποίο δεν είναι πάντα εμφανές με ανύπαρκτα καλώδια) οι PIN κώδικες θα πρέπει να ανταλλάσσονται. 1.6 Tα «Προφίλ» BLUETOOTH Αξιοσημείωτο γνώρισμα της τεχνολογίας Bluetooth είναι η δυνατότητα αναβάθμισης και επέκτασής της, ώστε να μπορεί να ενσωματωθεί σε νέα προϊόντα και να χρησιμοποιηθεί με πολλούς και διαφορετικούς τρόπους. Το Bluetooth SIG ονο- 3 Σχήμα από: Bluetooth: Technology for Short-Range Wireless Apps", Pravin Bhagwat

19 19 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων μάζει αυτές τις επεκτάσεις «Προφίλ» (profiles) και ήδη έχει παρουσιάσει αρκετά για διάφορες «αγορές» (εκτύπωσης, φωτογραφίας, αυτοκινήτου, δικτύωσης κ.α.) Για να μπορέσει μια ψηφιακή συσκευή να συνδεθεί με κάποια άλλη, θα πρέπει και οι δύο να υποστηρίζουν το ίδιο προφίλ. Ωστόσο, κάθε συσκευή μπορεί να ενσωματώνει περισσότερα από ένα προφίλ. Τα ακόλουθα προφίλ έχουν καθοριστεί και υιοθετηθεί από το Bluetooth SIG και ενσωματώνονται σε αρκετά από τα κινητά που διατίθενται στην αγορά. Σημειώνεται ότι η ακόλουθη λίστα με τα προφίλ δεν είναι ολοκληρωμένη. Εφόσον επιθυμείτε να ενημερωθείτε για τα προφίλ που υποστηρίζει το κινητό σας τηλέφωνο μπορείτε να συμβουλευθείτε την περιεκτική βάση του προγράμματος πιστοποίησης Bluetooth προϊόντων. Profiles defined in Bluetooth 1.1 specifications. Use case Generic access Service delivery Cordless telephone Intercom Serial port Headset Dial-up networking Fax LAN access Generic object exchange Object push File transfer Synchronization Description Generic procedures for discovery and link management of connecting to Bluetooth devices. Features and procedures for a Bluetooth device application to discover services registered in other devices. Features and procedures for interoperability between different units active in a 3-in-1 phone. Requirements for supporting intercom functionality within a 3-in-1 phone. Requirements for setting up emulated serial cable connections using RFCOMM between two peer devices. End-user service requirements and interoperability features for Bluetooth devices implementing headsets. End-user service requirements and interoperability features for Bluetooth devices implementing dial-up networking. End-user service requirements and interoperability features for Bluetooth devices implementing fax services. Definition of (a) how Bluetooth devices can access LAN services using PPP and (b) how the PPP mechanisms form a network. Requirements for Bluetooth devices to support object exchange usage models. Application requirements for Bluetooth devices to support the object push usage model. Application requirements for Bluetooth devices to support the file transfer usage model. Application requirements for Bluetooth devices to support the synchronization usage model.

20 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Advance Audio Distribution Profile (A2DP) Το προφίλ A2DP ή Advanced Audio Distribution Profile, καθορίζει τα πρωτόκολλα και τις διαδικασίες που απαιτούνται για τη διανομή ήχου υψηλής ποιότητας (μονοφωνικού ή στερεοφωνικού) μέσω καναλιών ACL σε συμβατές Bluetooth συσκευές. Μια τυπική χρήση του συγκεκριμένου προφίλ είναι η μονόδρομη μεταφορά μουσικής από τα κινητά τηλέφωνα προς ασύρματα στερεοφωνικά ακουστικά. Το A2DP εξασφαλίζει τη συμπίεση των δεδομένων του ήχου με τέτοιον τρόπο, ώστε να γίνεται η καλύτερη δυνατή χρήση του περιορισμένου εύρους ζώνης (bandwidth) Bluetooth. Το συγκεκριμένο προφίλ δεν περιλαμβάνει λειτουργίες απομακρυσμένου ελέγχου (remote control). Για την εξασφάλιση της συμβατότητας ανάμεσα σε διαφορετικές συσκευές, το A2DP υποστηρίζει υποχρεωτικά τη δυνατότητα κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης του ήχου σύμφωνα με τις προδιαγραφές του subband codec (SBC) χαμηλής πολυπλοκότητας. Οι συσκευές που χρησιμοποιούνται ως πηγές ήχου (SRC) πρέπει να έχουν τη δυνατότητα κωδικοποίησής του με την χρήση του συγκεκριμένου codec, ενώ οι συσκευές που λαμβάνουν και αναπαράγουν τον διανεμημένο ήχο (SNK), πρέπει να μπορούν να τον αποκωδικοποιήσουν. Προαιρετικά οι κατασκευαστές μπορούν να ενσωματώσουν στο συγκεκριμένο προφίλ και τα codec MPEG-1, 2 Audio, MPEG-2, 4 AAC και ATRAC Basic Imaging Profile (BIP) Το προφίλ «βασικής επεξεργασίας και διαχείρισης εικόνων» έχει σχεδιαστεί για να διευκολύνει τη μεταφορά εικόνων και έχει την ικανότητα αλλάζει αυτόματα το μέγεθος και το φορμά τους, ώστε να είναι εφικτή η απεικόνισή τους, χωρίς προβλήματα, από τη ψηφιακή συσκευή που τις «λαμβάνει». Το BIP αποτελείται από τα ακόλουθα «σκέλη» : Image Push : Επιτρέπει την αποστολή εικόνων από ψηφιακή συσκευή που ελέγχει ο χρήστης. Image Pull : Επιτρέπει την «απομακρυσμένη» πρόσβαση και την ανάκτηση εικόνων από άλλες ψηφιακές συσκευές. Advanced Image Printing : Εκτύπωση εικόνων με την χρήση του φορμά DPOF, που ανέπτυξαν οι Canon, Kodak, Fujifilm και Matsushita.

21 21 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Automatic Archive : Αυτόματη αρχειοθέτηση όλων των εικόνων που έ- χουν αποθηκευτεί σε οποιαδήποτε συμβατή ψηφιακή συσκευή. Για παράδειγμα, ένας Η/Υ μπορεί να «ανακτήσει» αυτόματα όλες τις φωτογραφίες που φιλοξενούνται στη μνήμη κάποιου συμβατού κινητού τηλεφώνου. Remote Camera : Επιτρέπει την απομακρυσμένη χρήση ψηφιακής κάμερας. Remote Display : Επιτρέπει την αυτόματη προώθηση εικόνων και την α- πεικόνισή τους σε μια απομακρυσμένη συσκευή Basic Printing Profile (BPP) Το προφίλ «εκτύπωσης» επιτρέπει στις ψηφιακές συσκευές να μεταδίδουν κείμενα, s, ηλεκτρονικές κάρτες (vcards) και άλλα στοιχεία σε εκτυπωτές, ώστε αυτά να εκτυπώνονται αυτόματα, χωρίς τη μεσολάβηση Η/Υ. Για τη λειτουργία του δεν είναι απαραίτητη η ύπαρξη οδηγών (drivers) Dial-Up Networking Profile (DUN) Το συγκεκριμένο προφίλ επιτρέπει την πρόσβαση στο Internet και σε άλλες υπηρεσίες, που για την πρόσβαση σε αυτές απαιτείται η πραγματοποίηση τηλεφωνικής κλήσης, μέσω Bluetooth. Τυπικά, το συγκεκριμένο προφίλ επιτρέπει στους χρήστες Η/Υ να συνδέονται με το Internet, πραγματοποιώντας κλήση μέσω του κινητού τους τηλεφώνου File Transfer Profile (FTP) Το προφίλ «μεταφοράς αρχείων» επιτρέπει την ασύρματη πρόσβαση στα αρχεία, τα οποία έχουν αποθηκευτεί σε μια απομακρυσμένη συσκευή. Με την χρήση του επιτρέπεται η πρόσβαση στις λίστες των αρχείων, η μεταφορά και η τροποποίησή τους. Για τη μεταφορά των πληροφοριών χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο OBEX Generic Access Profile (GAP) Το συγκεκριμένο προφίλ αποτελεί τη «βάση» για όλα τα υπόλοιπα προφίλ

22 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 22 και ενσωματώνεται σε όλες τις συσκευές που ενσωματώνουν την τεχνολογία Bluetooth Hands-Free Profile (HFP) Το Hands-Free Profile παρέχει τη δυνατότητα μεταφοράς μονοφωνικού ήχου, χαμηλής ποιότητας, με την χρήση ενός καναλιού PCM. Τυπικά, χρησιμοποιείται για την χρήση κινητών τηλεφώνων με «ασύρματα» car (hands-free) kits Human Interface Device Profile (HID) Επιτρέπει την χρήση συσκευών «ελέγχου», όπως ποντίκια, πληκτρολόγια, joysticks κ.α., ενώ έχει σχεδιαστεί ώστε να καταναλώνει ελάχιστη ενέργεια και παράλληλα να προσφέρει αρκετή «ακρίβεια» στον χειρισμό. Τα κινητά τηλέφωνα που ενσωματώνουν το συγκεκριμένο προφίλ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον απομακρυσμένο έλεγχο Η/Υ, αφού με τη βοήθεια του κατάλληλου λογισμικού μπορούν να μεταμορφωθούν σε... ποντίκια ή πληκτρολόγια. Τα περισσότερα από τα κινητά τηλέφωνα της Sony Ericsson που ενσωματώνουν την τεχνολογία HID διαθέτουν λογισμικό, το οποίο επιτρέπει την χρήση του πολυπλήκτρου τους για τον έλεγχο του ποντικιού των Η/Υ Headset Profile (HSP) Επιτρέπει τη μεταφορά μονοφωνικού ήχου χαμηλής ποιότητας και παράλληλα υποστηρίζει βασικές λειτουργίες AT, οι οποίες εξασφαλίζουν την ενημέρωση της συνδεδεμένης συσκευής σε περίπτωση εισερχόμενης κλήσης, την αυξομείωση της έντασης, την πραγματοποίηση και τον τερματισμό των κλήσεων, καθώς και την αναγνώριση του αριθμού του καλούντος. Χρησιμοποιείται από όλα τα ασύρματα hands-free τεχνολογίας Bluetooth της αγοράς Object Push Profile (OPP) Προφίλ που επιτρέπει την αποστολή «αντικειμένων», όπως εικόνες, ηλεκτρονικές επαγγελματικές κάρτες και πληροφορίες PIM. Τα «αντικείμενα» λαμβάνονται αυτόματα από τη συνδεδεμένη συσκευή, χωρίς να απαιτείται συνήθως η μεσολάβηση του χρήση της.

23 23 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων SIM Access Profile (SAP) Το προφίλ «πρόσβασης στην κάρτα SIM» επιτρέπει σε συσκευές, όπως car - hands-free- kits, να αποκτήσουν πρόσβαση στα περιεχόμενα της κάρτας SIM ε- νός κινητού τηλεφώνου και να αντλήσουν τα στοιχεία που περιέχονται σε αυτήν ή ακόμη και να την χρησιμοποιήσουν για να συνδεθούν με το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας Service Discovery Application Profile (SDAP) Προφίλ που ενσωματώνουν υποχρεωτικά όλες οι συσκευές που ενσωματώνουν την τεχνολογία Bluetooth. Επιτρέπει την «αναζήτηση» και «αναγνώριση» όλων των προφίλ που υποστηρίζονται από τη συνδεδεμένη σε αυτές συσκευή Serial Port Profile (SPP) Το συγκεκριμένο προφίλ χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο RFCOMM και λειτουργεί όπως και μια κοινή, ενσύρματη, σειριακή θύρα. Αποτελεί τη βάση για τα προφίλ DUN, FAX, HSP και LAN, ενώ είναι πλήρως συμβατό με τις εφαρμογές μεταφοράς δεδομένων RS Synchronization Profile (SYNCH) Το συγκεκριμένο προφίλ επιτρέπει το «συγχρονισμό» πληροφοριών PIM, όπως των στοιχείων που έχουν αποθηκευτεί στον τηλεφωνικό κατάλογο ή την ατζέντα ενός κινητού τηλεφώνου Video Distribution Profile (VDP) Το προφίλ «βίντεο» επιτρέπει τη μετάδοση stream κινούμενης εικόνας. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά και παράλληλη απεικόνιση βίντεο, που έχει καταγραφεί από την κάμερα ενός κινητού στην οθόνη οποιασδήποτε συμβατής τηλεοράσεως. Υποχρεωτικά υποστηρίζεται ο codec H.263.

24 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Ανασκόπηση της τεχνολογίας Bluetooth από χρηστικής πλευράς Περιγραφή Bluetooth Το Bluetooth επιτρέπει την οριστική κατάργηση όλων των καλωδίων, που μέχρι τώρα ήταν απαραίτητα για την «διασύνδεση» υπολογιστών, φορητών υ- πολογιστών χειρός, κινητών τηλεφώνων και άλλων ψηφιακών συσκευών, όπως ψηφιακές κάμερες βίντεο-κάμερες, scanners, εκτυπωτές, μικρόφωνα, ακουστικά, ραδιόφωνα κ.α. Το «μπλε δόντι» θα σας επιτρέψει να συνδέσετε το κινητό με τον υπολογιστή σας, να μεταφέρετε δεδομένα, όπως εικόνες, επαφές και σημειώσεις από κινητό προς κινητό, να συνδεθείτε στο Internet, να συγχρονίσετε τις επαφές σας και να ανταλλάξετε πληροφορίες. Όλα αυτά χωρίς ενοχλητικά καλώδια και πολύπλοκες ρυθμίσεις Λειτουργεία BLUETOOTH Οι προδιαγραφές Bluetooth καθορίζουν την «ασύρματη» τεχνολογία χαμηλού κόστους και χαμηλής ισχύος, που εξαλείφει τα καλώδια μεταξύ των κινητών συσκευών και επιτρέπει τη διασύνδεσή τους. Το Bluetooth λειτουργεί στο «αδέσμευτο» φάσμα συχνοτήτων των 2,45 GHz (ISM, Industrial, Scientific and Medical) ώστε οι συσκευές που το ενσωματώνουν να μπορούν να λειτουργήσουν απροβλημάτιστα σε οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη. Για να περιοριστούν στο ελάχιστο οι παρεμβολές από παρεμφερείς συσκευές, το Bluetooth εκμεταλλεύεται τη full-duplex επικοινωνία, καθώς και την αναπήδηση συχνότητας - frequency hopping - (έως και 1600 hops ανά δευτερόλεπτο). Το Bluetooth επιτρέπει τις απευθείας συνδέσεις από συσκευή προς συσκευή (point to point), καθώς και την ταυτόχρονη σύνδεση έως και 7 (slave) συσκευών (και 1 ακόμη που λειτουργεί ως κεντρική - master) με τη χρήση μιας μοναδικής συχνότητας. Τις προδιαγραφές της συγκεκριμένης τεχνολογίας, ανέπτυξε και υποστηρίζει το Bluetooth Special Interest Group, ενώ η τελευταία «δημόσια» έκδοση τους είναι η 2.0. Ωστόσο, τα περισσότερα κινητά τηλέφωνα που διατίθενται αυτή τη στιγμή στην αγορά (Απρίλιος 2006) ενσωματώνουν είτε την έκδοση 1.1, είτε την έκδοση 1.2. Αξιοσημείωτο γνώρισμα της τεχνολογίας Bluetooth είναι η δυνατότητα αναβάθμισης και επέκτασής της, ώστε να μπορεί να ενσωματωθεί σε νέα προϊόντα. Το Bluetooth SIG ονομάζει αυτές τις επεκτάσεις «Προφίλ» (profiles) και ήδη έχει παρουσιάσει αρκετά για διάφορες «αγορές» (εκτύπωσης, φωτογραφίας, αυτοκινήτου, δικτύωσης κ.α.)

25 25 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Eκδόσεις BLUETOOTH Το Bluetooth είναι μια τεχνολογία που εξελίσσεται συνεχώς. Η πρώτη έκδοσή της αναπτύχθηκε αρχικά από την Ericsson και αργότερα από το Bluetooth Special Interest Group (SIG). Η επίσημη παρουσίαση της τεχνολογίας στο ευρύ κοινό έγινε στις 20 Μαΐου του Τότε, στο Bluetooth SIG συμμετείχαν οι Ericsson, IBM, Intel, Nokia και Toshiba, ενώ αργότερα ενώθηκαν σε αυτό διάφορες εταιρίες είτε ως «συνεργάτες» (associate members), είτε ως «χρήστες» (adopters). Το Bluetooth είναι επίσης γνωστό ως IEEE Bluetooth 1.0 και 1.0B Η πρώτη έκδοση Bluetooth, που παρουσιάστηκε το 1999, είχε διάφορα προβλήματα, τα οποία καθιστούσαν δύσκολη ή αδύνατη τη σύνδεση διάφορων, φαινομενικά συμβατών, ψηφιακών συσκευών. Ένα ακόμη μειονέκτημά της ήταν ότι οι συσκευές κατά τη σύνδεσή τους δεν μπορούσαν να παραμείνουν «ανώνυμες» σε επίπεδο «πρωτοκόλλου», αφού η μοναδική τους διεύθυνση (Bluetooth Hardware Device Address ή BD_ADDR) μεταδίδονταν κατά την έναρξη της «σύνδεσης» με άλλες συσκευές. Bluetooth 1.1 Τα προβλήματα της πρώτης έκδοσης Bluetooth έλυσε η έκδοση 1.1 των προδιαγραφών. Παράλληλα, έγινε εφικτή η μεταφορά δεδομένων σε μη-έγκρυπτα κανάλια, ενώ προστέθηκε δείκτης για τη μέτρηση της ισχύς του ληφθέντος «σήματος» (Received Signal Strength Indicator). Bluetooth 1.2 Μέχρι τον Απρίλιο του 2006, η έκδοση 1.2 Bluetooth ήταν αυτή που ενσωματώνεται στα περισσότερα από τα κινητά τηλέφωνα της αγοράς. Το Bluetooth SIG αφού εξασφάλισε τη συμβατότητα με την προηγούμενη έκδοση (1.1) της τεχνολογίας εισήγαγε αρκετές καινοτομίες ώστε να βελτιώσει την αξιοπιστία της. Για πρώτη φορά εισήχθηκε η χρήση της προσαρμοστικής φασματικής εξάπλωσης α- ναπήδησης συχνότητας (adaptive frequency-hopping spread spectrum ή AFH), που περιόρισε τις παρεμβολές με την «αποφυγή» της χρήσης των συχνοτήτων, οι οποίες παρουσιάζουν έντονο θόρυβο. Στην πράξη αυτό επέτρεψε τη μεταφορά δεδομένων σε ακόμη μεγαλύτερες ταχύτητες. Επιπρόσθετα τροποποιήθηκε η λειτουργία διορθώσεως λαθών, ώστε να βελτιωθεί η ποιότητα του μεταδιδόμενου ήχου, επετράπη η χρήση 3-wire UART κ.α. Ωστόσο, οι πιο σημαντικές αλλαγές στη συγκεκριμένη τεχνολογία έκαναν την εμφάνισή τους με τη δεύτερη έκδοσή της (2.0), η οποία παρουσιάστηκε το 2004.

26 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Tα προνόμια της έκδοσης Bluetooth 2.0 (+EDR) Το EDR ή Enhanced Data Rate είναι μια από τις δυνατότητες που εισήγαγε η δεύτερη (2.0) έκδοση της ασύρματης τεχνολογίας Bluetooth - την οποία παρουσίασε το Bluetooth Special Interest Group (SIG) το επιτρέποντας την ασύρματη μεταφορά δεδομένων σε ταχύτητες που θεωρητικά φθάνουν τα 3 Mbit/s και πρακτικά τα 2,1 Mbit/s. Για λόγους σύγκρισης αξίζει να αναφερθεί ότι η έκδοση 1.2 BLUETOOTH προσέφερε μέγιστο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων 1 Mbit/s και «πραγματική» ταχύτητα 723 kbit/s. Μολονότι είναι σχεδόν απίθανο μια μεμονωμένη εφαρμογή να εκμεταλλευθεί όλο το διαθέσιμο εύρος ζώνης (bandwidth) των 3 Mbit/s, το EDR αποδεικνύεται ιδανικό σε περιπτώσεις όπου απαιτείται η ταυτόχρονη μεταφορά δεδομένων σε περισσότερες από μια «συνδεδεμένες» συσκευές, καθώς και σε περιβάλλοντα στα οποία παρουσιάζεται έντονος ηλεκτρομαγνητικός «θόρυβος». Πρακτικά, με την χρήση του EDR οι ασύρματες μεταδόσεις δεδομένων μπορούν να γίνουν τουλάχιστον τρεις φορές ταχύτερα από ότι με τα πρωτόκολλα των εκδόσεων 1.x Bluetooth. Αυτό το γεγονός εξασφαλίζει την αύξηση της αυτονομίας των ψηφιακών συσκευών που το ενσωματώνουν, αφού καταναλώνεται ενέργεια μόνο κατά τη μετάδοση των πληροφοριών και όχι καθ' όλη τη διάρκεια της «σύνδεσης» Oι «συνδέσεις» ανάμεσα στις Bluetooth συσκευές Μια συσκευή που ενσωματώνει την ασύρματη τεχνολογία Bluetooth αναλαμβάνει τον «επιτελικό» ρόλο (master) και μπορεί να συνδεθεί με 7 συμβατές «υποτελείς» (slave) συσκευές. Το υποτυπώδες δίκτυο των 8 συσκευών (1 επιτελής και 7 υποτελείς) ονομάζεται piconet. Σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή, δεδομένα μπορούν να μεταφερθούν ανάμεσα στην επιτελή συσκευή και σε μια εκ των υποτελών. Ωστόσο, η επιτελής συσκευή μπορεί να «εναλλάσσει» κυκλικά τις συνδέσεις τις με τις υποτελείς, δίνοντας την εντύπωση της ταυτόχρονης μεταφοράς δεδομένων από περισσότερες από μια συσκευές. Στην πράξη είναι εφικτή και η παράλληλη μεταφορά δεδομένων, ωστόσο δεν είναι πρακτική η εφαρμογή της στις παλαιότερες (1.x) εκδόσεις Bluetooth. Εξ ορισμού, κάθε Bluetooth συσκευή εκπέμπει κατά απαίτηση το όνομά της, την κλάση της, τη λίστα των υπηρεσιών (προφίλ) που υποστηρίζει και διάφορες τεχνικές πληροφορίες όπως τον κατασκευαστή της, την έκδοση των προδιαγραφών Bluetooth που υποστηρίζει κ.α. Κάθε συσκευή διαθέτει μια μοναδική 48-bit διεύθυνση, η οποία όμως δεν αποκαλύπτεται σε περίπτωση αναζήτησης. Αντίθετα, εμφανίζεται το όνομά της, το οποίο μπορεί να καθοριστεί από τον χρήστη της. Οι περισσότερες Bluetooth συσκευές εμφανίζουν ένα «φιλικό» όνομα, το οποίο είναι εύκολα αναγνωρίσιμο. Εκτός από τη προαναφερόμενη διεύ-

27 27 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων θυνση, κάθε Bluetooth συσκευή διαθέτει ένα 24-bit αναγνωριστικό, το οποίο καθορίζει τον τύπο της (υπολογιστής, κινητό, hands-free κ.α.). H πληροφορία αυτή εμφανίζεται συνήθως με τη μορφή εικονιδίου στις οθόνες των κινητών και των Η/Υ. Επιπρόσθετα οι Bluetooth συσκευές εμφανίζουν κατ' απαίτηση όλα τα «προφίλ» που υποστηρίζουν. Εφόσον μια συσκευή «εντοπίσει» - μετά από αίτημα του χρήστη - στην εμβέλειά της οποιαδήποτε άλλη συμβατή συσκευή, τότε είναι εφικτή η σύνδεσή τους. Ωστόσο, για τη μεταφορά δεδομένων και την χρήση οποιασδήποτε άλλης υπηρεσίας, απαιτείται συνήθως το «ζευγάρωμα» των δύο συσκευών «Zευγάρωμα» (pairing) των Bluetooth συσκευών «Ζευγάρια» συσκευών μπορούν να πραγματοποιήσουν μια ασφαλήςσύνδεση, εφόσον προηγηθεί η εισαγωγή από του χρήστη ενός κοινού κωδικού πρόσβασης (γνωστό και ως passkey). Τυπικά, πριν από την μεταφορά δεδομένων οι περισσότερες συσκευές προϋποθέτουν την εισαγωγή του κωδικού πρόσβασης. Αφού αυτός εισαχθεί και στις δύο συσκευές, τότε το «ζευγάρωμα» είναι επιτυχές και όλες οι μελλοντικές συνδέσεις τους πραγματοποιούνται αυτόματα. Το «ζευγάρωμα» δεν είναι απαραίτητο συνήθως κατά τη μεταφορά ασφαλών πληροφοριών, όπως επαγγελματικές κάρτες ή κατά την εκτύπωση δεδομένων σε εκτυπωτές Bluetooth vs Infrared Παλαιότερα, αρκετά από τα τα κινητά τηλέφωνα και τα PDAs, καθώς και οι περισσότεροι φορητοί υπολογιστές διέθεταν θύρα υπερύθρων (Infrared ή IrDA). Αν και μέσω αυτής μπορεί να επιτευχθεί η ασύρματη σύνδεση με άλλες συμβατές συσκευές για την ανταλλαγή δεδομένων, υπάρχουν αρκετά μειονεκτήματα. Απαιτείται η οπτική επαφή των υπέρυθρων θυρών των συσκευών. Ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης δεδομένων δεν υπερβαίνει τα bits ανά δευτερόλεπτο. Δεν επιτρέπεται η ταυτόχρονη μεταφορά δεδομένων σε περισσότερες από μια συσκευές. Οι συσκευές που εκμεταλλεύονται την τεχνολογία Bluetooth δεν πρέπει απαραίτητα να έχουν τοποθετηθεί σε κοντινή απόσταση. Αρκεί να βρίσκονται στον ίδιο χώρο και η μεταξύ τους απόσταση να μην υπερβαίνει τα 10 μέτρα. Ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης δεδομένων φθάνει έως και το 1 Mbit ανά δευτερόλε-

28 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 28 πτο (Bluetooth 1.x) ενώ ταυτόχρονα μπορούν να συνδεθούν περισσότερες από 2 συσκευές! Είναι προφανές λοιπόν ότι θα πρέπει να ξεχάσουμε τη θύρα υπερύθρων. Ανήκει άλλωστε στο παρελθόν Bluetooth Vs Wi-Fi Το μόνο «κοινό» ανάμεσα στο Bluetooth και το Wi-Fi (IEEE b) είναι η «εκμετάλλευση» του «ελεύθερου» φάσματος συχνοτήτων των 2,4 GHz. Η ασύρματη τεχνολογία Bluetooth σχεδιάστηκε ώστε να «αντικαταστήσει» τα καλώδια που παρεμβάλλονται ανάμεσα σε ψηφιακές συσκευές και κινητά τηλέφωνα, ενώ η μέγιστη ακτίνα «δράσης» του είναι τα 10 μέτρα. Αντίθετα, το Wi-Fi επιτρέπει την ασύρματη δικτύωση, αντικαθιστώντας τα δίκτυα LAN των υπολογιστών. Στο εγγύς μέλλον το Bluetooth και το Wi-Fi είναι πιθανό να συνυπάρχουν, το μεν πρώτο για να αντικαταστήσει τα «κοινά» καλώδια των PDAs, κινητών, ψηφιακών φωτογραφικών μηχανών, ηχείων, ακουστικών κ.ο.κ. και το δεύτερο για την πρόσβαση σε «ασύρματα» δίκτυα Ethernet υψηλής ταχύτητας. Εφόσον οι δύο αυτές τεχνολογίες «συνυπάρχουν» σε μια συσκευή, αυτή μπορεί να καθορίσει τη χρήση τους, ώστε να μην υπάρχουν παρεμβολές To όνομα Bluetooth Όταν στα τέλη της δεκαετίας του 1990 η Ericsson έθετε τις βάσεις για την ανάπτυξη της τεχνολογίας που θα επέτρεπε την ασύρματη σύνδεση ψηφιακών συσκευών, κλήθηκε να επιλέξει το όνομα, με το οποίο αυτή θα γίνονταν αργότερα γνωστή σε όλο τον κόσμο. Οι Σουηδοί ήταν βέβαιοι ότι η τεχνολογία τους θα κατακτήσει τον κόσμο και θα φέρει ακόμη πιο κοντά τους ανθρώπους και τις συσκευές τους. Οι Σκανδιναβοί πιστεύουν ότι κάτι ανάλογο έκανε και ο Δανός Βασιλιάς Harald Blatand (ή Harold Bluetooth στα αγγλικά), που έζησε στα τέλη του 10 ου μ.χ. αιώνα : κατέκτησε με τον ατρόμητο στρατό και τα άτρωτα πλοία του πολλές χώρες. Παράλληλα όμως κατάφερε να ενώσει για πρώτη φορά στην ιστορία τη Δανία με τη Νορβηγία και τη Σουηδία - με ανάλογο τρόπο η τεχνολογία Bluetooth έχει επικρατήσει στην αγορά, αφού κατάφερε να «ενώσει» διαφορετικά προϊόντα. Ο Blatand ήταν ο πρωτότοκος υιός του βασιλιά Gorm («The Old»), που κυβερνούσε για πολλά έτη την Jutland, τη μεγαλύτερη χερσόνησο της Δανίας. Ο Harald έμαθε από μικρός να τιμά την οικογένειά του και τις παραδόσεις των Βίκινγκς. Στην εποχή του, οι περισσότεροι Σκανδιναβοί ήταν αγρότες, ενώ οι φτωχότεροι και ασθενέστεροι υπηρετούσαν τους βασιλιάδες ως σκλάβοι. Σε αυτήν την κοινωνία μεγάλωσε ο Harald Blatand (Bluetooth), το όνομα του οποίου έχει τις ρίζες του σε 2 αρχαίες δανέζικες λέξεις : bla (που σημαίνει σκουρόδερμος) και

29 29 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων tan που σημαίνει γεναίος άνδρας. Στην περιοχή Jeiling της Δανίας στο προάυλιο χώρο μιας εκκλησίας βρίσκεται σήμερα το «μνημείο» που είναι αφιερωμένο στο βασιλιά Harald και τον πατέρα του. Αυτά τουλάχιστον αναφέρονται σε δελτίο τύπου της Ericsson, που δημοσιεύθηκε το Σήμερα, το Bluetooth έχει κατακτήσει τον κόσμο και... η ιστορία του βασιλιά Harald διαδίδεται από συσκευή σε συσκευή, σε κάθε γωνιά του πλανήτη. Όσο για το λογότυπο του «Μπλε Δοντιού», αυτό είχε αρχικά σχεδιαστεί από μια σκανδιναβική εταιρία λίγο πριν την παρουσίαση της ασύρματης τεχνολογίας στο ευρύ κοινό. Όπως και το όνομα Bluetooth, έτσι και το λογότυπο έχει σχέση με την ιστορία και τις παραδόσεις της Σκανδιναβίας. Το λογότυπο συνδυάζει δύο γράμματα του ρουνικού αλφαβήτου: Το «H» που μοιάζει με αστερίσκο και το «B». Οι δύο χαρακτήρες συνδυάζονται και παρουσιάζονται περίτεχνα στο λογότυπο BLUETOOTH. 4 4 Official logo του Bluetooth

30 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 30 2 Το πρωτόκολλο LEAP 2.1 Σύνοψη Σε αυτό το κεφάλαιο, παρουσιάζουμε το πρωτόκολλο LEAP (learning automata-based polling) για ασύρματα δίκτυα LAN (local area network), το οποίο είναι ικανό να λειτουργεί αποτελεσματικά κάτω από bursty συνθήκες στο δίκτυο. Θεωρούμε μία υποδομή ασύρματου δικτύου οπού ένα σημείο εισόδου (Access Point - AP) είναι τοποθετημένο στο κέντρο της υποδομής που α- ποτελείται από έναν αριθμό φορητών σταθμών. Σύμφωνα με το προτεινόμενο πρωτόκολλο, ο φορητός σταθμός στον οποίο δίνεται η δυνατότητα να μεταδώσει επιλέγεται από το σημείο εισόδου συμφώνα με ένα μανθάνων αυτόματο. Το αυτόματο λαμβάνει υπόψη του τις πληροφορίες ανάδρασης του δικτύου για να ανανεώσει τις πιθανότητες επιλογής του κάθε σταθμού. Αποδεικνύεται ότι ο μανθάνων αλγόριθμος τείνει να αναθέτει σε κάθε σταθμό ένα ποσοστό του εύρους ζώνης ανάλογα με τις ανάγκες του σταθμού. Συνοψίζοντας, το πρωτόκολλο LEAP σε σύγκριση με τους απλούς αλγορίθμους polling, φαίνεται να επιδεικνύει πολύ καλύτερη επίδοση κάτω από bursty συνθήκες.

31 31 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 2.2 Εισαγωγικά Υπάρχουν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στα ενσύρματα και στα ασύρματα δίκτυα με αποτέλεσμα να είναι δύσκολη η σχεδίαση πρωτοκόλλων MAC (medium access control ) για ασύρματα δίκτυα LAN. Τα ασύρματα δίκτυα, όπως άλλωστε υποδεικνύει και το όνομα τους, χρησιμοποιούν ασύρματη επικοινωνία για ανταλλαγή πληροφοριών. Τα ασύρματο μέσο χαρακτηρίζεται από υψηλά ποσοστά λαθών (BER) έχοντας μια τάξη μεγέθους ακόμα και 10 φορές μεγαλύτερη από το BER του καλωδίου ενός ενσύρματου δικτύου. Οι κυριότεροι λόγοι για το υψηλό αυτό ποσοστό λαθών είναι ο ατμοσφαιρικός ήχος, οι φυσικές παρεμβολές στο μονοπάτι του σήματος, η διασπορά του σήματος σε πολλά μονοπάτια, οι παρεμβολές από άλλα συστήματα και η κινητικότητα των τερματικών σταθμών. Επιπλέον, στα ασύρματα δίκτυα τα λάθη εμφανίζονται κατά ριπές (bursts) ενώ στα παραδοσιακά ενσύρματα δίκτυα εμφανίζονται περιοδικά και τυχαία. Τέλος, μία πλήρως συνδεδεμένη τοπολογία μεταξύ των κόμβων ενός ασύρματου δικτύου δε μπορεί να υποτεθεί. Αντιθέτως, η λογική τοπολογία ενός ασύρματου δικτύου τείνει να μεταβάλλεται διαρκώς καθώς οι χρήστες μετακινούνται από την μία θέση στην άλλη. Σαν αποτέλεσμα, τα ασύρματα δίκτυα χαρακτηρίζονται από αναξιόπιστες συνδέσεις μεταξύ κόμβων, που οδηγούν στην εμφάνιση λαθών και σε διαρκώς μεταβαλλόμενες τοπολογίες δικτύων. Τα πρωτόκολλα MAC για μοντέρνα ασύρματα δίκτυα, θα πρέπει να είναι ικανά να χειρίζονται αποτελεσματικά την bursty κυκλοφορία που αναμένεται να παράγουν οι εφαρμογές ασύρματων δικτύων (όπως client/server και file transfer εφαρμογές μεταξύ ασύρματων κόμβων). Εδώ προτείνουμε το πρωτόκολλο LEAP (learning automata-based polling), ένα νέο πρωτόκολλο polling σχεδιασμένο για ασύρματα δίκτυα bursty κυκλοφορίας. Τα μανθάνοντα αυτόματα είναι αποδοτικές δομές που μπορούν να παρέχουν προσαρμογή σε συστήματα που λειτουργούν σε μεταβαλλόμενα ή/και άγνωστα περιβάλλοντα. Θεωρούμε μία υποδομή ασύρματου δικτύου όπου ένα σημείο εισόδου (Access Point - AP) είναι τοποθετημένο στο κέντρο της υποδομής που αποτελείται από έναν αριθμό φορητών σταθμών. Σύμφωνα με το προτεινόμενο πρωτόκολλο, ο φορητός σταθμός στον οποίο δίνεται η δυνατότητα να μεταδώσει επιλέγεται από το σημείο εισόδου συμφώνα με ένα μανθάνων αυτόματο. Το αυτόματο λαμβάνει υπόψη του τις πληροφορίες ανάδρασης του δικτύου για να ανανεώσει τις πιθανότητες επιλογής του κάθε σταθμού. Οι πληροφορίες ανάδρασης του δικτύου αφορούν τόσο την μορφή της κυκλοφορίας στο δίκτυο όσο και την κατάσταση των ασύρματων συνδέσεων μεταξύ του σημείου εισόδου και των φορητών σταθμών. Αποδεικνύεται ότι ο μανθάνων αλγόριθμος τείνει να αναθέτει σε κάθε σταθμό ένα ποσοστό του εύρους ζώνης ανάλογα με τις ανάγκες του σταθμού.

32 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Πρωτόκολλο LEAP Σύμφωνα με το πρωτόκολλο LEAP, το σημείο εισόδου (AP) είναι εξοπλισμένο με ένα μανθάνων αυτόματο το οποίο περιέχει την πιθανότητα επιλογής για κάθε φορητό σταθμό σύμφωνα με την λειτουργία του. Προτού συζητήσουμε τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούνται οι πιθανότητες επιλογής, παρουσιάζουμε την λειτουργία του πρωτοκόλλου. Κάθε polling κύκλος του LEAP περιλαμβάνει μία ακολουθία από ανταλλαγές πακέτων μεταξύ του σημείου εισόδου, του φορητού σταθμού στον οποίο δίνεται η δυνατότητα να μεταδώσει και ενός σταθμού προορισμού (εάν ο φορητός σταθμός που έχει επιλεγεί έχει κάποιο πακέτο να μεταδώσει). Το πρωτόκολλο χρησιμοποιεί τέσσερα πακέτα ελέγχου, POLL, NO_DATA, BUFF_DATA και ACK, τον οποίων η διάρκειες είναι t POLL, t NO_DATA, t BUFF_DATA, και t ACK αντίστοιχα. Υποθέτοντας ότι το σημείο εισόδου κάνει poll τον φορητό σταθμό k την χρονική στιγμή t η οποία σηματοδοτεί την αρχή του polling κύκλου j, η καθυστέρηση διάδοσης (propagation delay) είναι t PROP_DELAY, και η μετάδοση ενός πακέτου δεδομένων (data packet) χρειάζεται t DA- TA χρόνο για να ολοκληρωθεί, ένας αριθμός διαφορετικών περιπτώσεων είναι πιθανός. Οι περιπτώσεις αυτές απεικονίζονται στο σχήμα 1 που ακολουθεί και συνοψίζονται παρακάτω. 1) Το πακέτο POLL λαμβάνεται από τον σταθμό k σε χρόνο t + t POLL + t PROP_DELAY. (α) Εάν ο σταθμός k δεν έχει πακέτο στην μνήμη για να μεταδώσει, απαντάει άμεσα στο σημείο εισόδου με ένα πακέτο NO_DATA. Στην περίπτωση που το σημείο εισόδου λάβει επιτυχώς το πακέτο NO_DATA [σχήμα (a)], μειώνει την πιθανότητα επιλογής του σταθμού k και προχωράει άμεσα για να κάνει poll τον επόμενο σταθμό. Η διαδικασία για το επόμενο poll ξεκινάει σε χρόνο t + t POLL + 2t PROP_DELAY + t NO_DATA. Στην περίπτωση που δεν υπάρχει επιτυχής λήψη του πακέτου NO_DATA από το σημείο εισόδου [σχήμα (b)], η πιθανότητα επιλογής του σταθμού k μειώνεται και η διαδικασία για το επόμενο poll ξεκινάει σε χρόνο t + t POLL + 4t PROP_DELAY + t BUFF_DATA + t DATA + t ACK.

33 33 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων (β) Εάν ο σταθμός k έχει κάποιο πακέτο για μετάδοση στην μνήμη του, απαντάει στο σημείο εισόδου με ένα πακέτο BUFF_DATA, μεταδίδει το πακέτο DATA στο σταθμό προορισμό και περιμένει να λάβει ένα πακέτο ACK [σχήμα (c)]. Το σημείο εισόδου παρακολουθεί το ασύρματο μέσο για χρόνο ίσο με t BUFF_DATA + t DATA + t ACK + 3t PROP_DELAY. Εάν λάβει με επιτυχία ένα ή περισσότερα από τα τρία πακέτα, συμπεραίνει ότι ο σταθμός k έλαβε επιτυχώς το πακέτο POLL και έχει ένα ή περισσότερα DATA πακέτα στη μνήμη του για μετάδοση. Ως αποτέλεσμα, αυξάνει την πιθανότητα επιλογής του σταθμού k. Από την άλλη μεριά, ένα το σημείο εισόδου δε λάβει καμία απάντηση, συμπεραίνει ότι δε μπορεί να επικοινωνήσει με το σταθμό k, μειώνει την πιθανότητα επιλογής του και προχωράει για να κάνει το επόμενο poll σε χρόνο t + t POLL + 4t PROP_DELAY + t BUFF_DATA + t DATA + t ACK. (2) Το πακέτο POLL δε λαμβάνεται από τον σταθμό k [σχήμα (d)], ο k δεν απαντάει με κάποιο πακέτο στο σημείο εισόδου, το οποίο προχωράει για να κάνει

34 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 34 poll τον επόμενο σταθμό σε χρόνο t + t POLL + 4t PROP_DELAY + t BUFF_DATA + t DATA + t ACK. Pic 7. Για τα (a), (b), (c), (d) Αναπαράσταση ανταλλγής μηνυμάτων και timeline για το αλγόριθμο του LEAP. Από τα παραπάνω, γίνεται κατανοητό ότι ο μανθάνων αλγόριθμος λαμβάνει υπόψη του τόσο την bursty φύση της κυκλοφορίας όσο και την bursty εμφάνιση λαθών στο ασύρματο μέσο. Αυτού του είδους οι πληροφορίες, χρησιμοποιούνται από το μανθάνων αυτόματο στο σημείο εισόδου, έτσι ώστε να καθοριστεί ποιος φορητός σταθμός θα γίνει polled (δηλαδή, θα του δοθεί η δυνατότητα να μεταδώσει). Στο τέλος του polling κύκλου j, το σημείο εισόδου εξετάζει τις πληροφορίες ανάδρασης του δικτύου για να ανανεώσει τη πιθανότητα επιλογής του φορητού σταθμού k ο οποίος έγινε polled κατά τον κύκλο j. Εάν οι πληροφορίες ανάδρασης υποδεικνύουν ότι ο σταθμός k μετέδωσε κάποιο DATA πακέτο κατά τον κύκλο j, η βασική πιθανότητα επιλογής P k για τον επόμενο polling κύκλο j +1 αυξάνεται για να γίνει P k ( j +1 ) = P k ( j ) + L ( 1 - P k (j) ). Αυτό σημαίνει πως το σημείο εισόδου έλαβε επιτυχώς ένα ή περισσότερα από τα πακέτα BUFF_DATA, DATA και πιθανώς ACK τα οποία μετέδωσε ο σταθμός k. Από την άλλη μεριά, εάν το σημείο εισόδου συμπεράνει, εξαιτίας της λήψης ενός πακέτου NO_DATA από το σταθμό k, ότι ο τελευταίος δεν μετέδωσε κάποιο DATA πακέτο ή το σημείο εισόδου αποτύχει να λάβει ανάδραση για την κατάσταση της μετάδοσης του σταθμού k κατά το κύκλο j (είτε γιατί έγινε ανεπιτυχής λήψη, είτε γιατί δεν έγινε καν λήψη πακέτων), η πιθανότητα επιλογής P k του k για τον επόμενο polling κύκλο j +1 μειώνεται για να γίνει P k ( j +1 ) = P k ( j ) - L ( P k (j) - α ). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το σημείο εισόδου περιμένει για μικρότερη χρονική περίοδο (t POLL + 2t PROP_DELAY + t NO_DATA ) μόνο σε περίπτωση επιτυχούς λήψης του πακέτου NO_DATA. Το σημείο εισόδου δε χρειάζεται να διαχωρίσει μεταξύ μιας ανεπιτυχούς λήψης ενός πακέτου BUFF_DATA και μιας ανεπιτυχούς λήψης ενός πακέτου NO_DATA. Εάν είτε το πακέτο BUFF_DATA είτε το πακέτο NO_DATA φτάσουν ανεπιτυχώς ή δε φτάσουν καθόλου στο σημείο εισόδου, τότε αυτό περιμένει για χρόνο ίσο με t POLL + 4t PROP_DELAY + t BUFF_DATA + t DATA + t ACK, που είναι αρκετός για έναν φορητό σταθμό ο οποίος έχει γίνει polled για

35 35 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων να στείλει ένα DATA πακέτο και να λάβει επιβεβαίωση. Έτσι, το σημείο εισόδου περιμένει για το χρόνο που αναφέραμε, ύστερα από μία ανεπιτυχή λήψη ενός BUFF_DATA ή ενός NO_DATA πακέτου. Συνεπώς, μετά από μία ανεπιτυχή λήψη είτε ενός BUFF_DATA είτε ενός NO_DATA πακέτου, το επόμενο POLL πακέτο ποτέ δε συγκρούεται με το DATA πακέτο κάποιου σταθμού ή με το πακέτο ε- πιβεβαίωσης ACK. Σε κάθε polling κύκλο j, οι βασικές πιθανότητες επιλογής P k για κάθε φορητό σταθμό k ομαλοποιούνται με τον ακόλουθο τρόπο: Π k ( j ) = P k ( j ) / N i=1 N k=1 P i ( j ). Προφανώς, Π κ ( j ) = 1, οπού N είναι ο αριθμός των φορητών σταθμών υπό την παρακολούθηση του σημείου εισόδου. Στην αρχή κάθε polling κύκλου, το σημείο εισόδου κάνει poll τους φορητούς σταθμούς με βάση τις ομαλοποιημένες πιθανότητες Πk ( j ). Για όλα τα j ισχύει ότι L, a (0, 1) και P k ( j ) (a, 1). Ο ρόλος των παραμέτρων L και a περιγράφεται παρακάτω και θα γίνει πιο κατανοητός στη συνέχεια. Το L καθορίζει την ταχύτητα σύγκλισης του αυτομάτου. Η διαδικασία επιλογής της τιμής του L αντανακλά το κλασσικό πρόβλημα επιλογής ταχύτητας ή ακρίβειας. Όσο πιο μικρή είναι η τιμή του L, τόσο πιο ακριβής είναι ο υπολογισμός που γίνεται από το αυτόματο, κάτι που ωστόσο βαίνει σε βάρος της ταχύτητας σύγκλισης. Ο ρόλος της παραμέτρου a είναι να ενισχύσει την προσαρμοστικότητα του πρωτοκόλλου. Αυτό συμβαίνει γιατί όταν η πιθανότητα επιλογής ενός σταθμού πλησιάζει το 0, τότε αυτός ο σταθμός δεν επιλέγεται να γίνει polled για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Κατά το χρονικό διάστημα αυτό, είναι πιθανό ο σταθμός να μεταβεί από idle σε busy κατάσταση. Το ί- διο ισχύει και για την κατάσταση του μέσου μεταξύ του φορητού σταθμού και του σημείου εισαγωγής. Μετά από κάποια περίοδο του χρόνου, είναι επίσης πιθανό ότι το μέσο θα αλλάξει κατάσταση. Ωστόσο, επειδή ο φορητός σταθμός δεν έχει τη δυνατότητα να μεταδώσει, το αυτόματο δε μπορεί να εντοπίσει αυτές τις μεταβολές. Έτσι, η χρήση μίας μη μηδενικής τιμής για το a απαγορεύει στις τιμές των πιθανοτήτων επιλογής των σταθμών να πάρουν τιμές κοντινές στο μηδέν και αυξάνει την προσαρμοστικότητα του πρωτοκόλλου. Η δυνατότητα του δικτύου περιορίζεται κατά 1/a από τον αλγόριθμο. Αυτό είναι ένα επιχείρημα υπέρ της επιλογής μικρής τιμής για το a. Μία εναλλακτική περίπτωση θα ήταν η χρησιμοποίηση μίας πολύ μικρής τιμής για το a και η εφαρμογή στο σημείο εισόδου ενός άλλου μηχανισμού για σταθμούς, οι οποίοι, όταν γίνονται ενεργοί προσπαθούν να τραβήξουν την προσοχή του σημείου εισόδου, διεκδικώντας να μεταδώσουν σε κάθε slot. Ωστόσο, μία τέτοια προσέγγιση θα είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της πολυπλοκότητας του LEAP, το οποίο στην παρούσα του

36 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 36 μορφή απαιτεί την ύπαρξη ενός μόνο επεξεργαστή στο σημείο εισόδου για την εφαρμογή του μανθάνοντος αλγορίθμου. Επειδή η κυκλοφορία στο δίκτυο είναι bursty, όταν το σημείο εισόδου α- ντιλαμβάνεται ότι ο σταθμός ο οποίος έχει επιλεγεί έχει ένα πακέτο να μεταδώσει, είναι πιθανό ότι ο σταθμός αυτός θα έχει και άλλα πακέτα να μεταδώσει στο κοντινό μέλλον. Έτσι, η πιθανότητα επιλογής του αυξάνεται. Αντιθέτως, εάν ο σταθμός που έχει επιλεγεί, ενημερώσει ότι δεν έχει πακέτα για μετάδοση στη μνήμη του, η πιθανότητα επιλογής του μειώνεται, αφού είναι πιθανό να παραμείνει στην ίδια κατάσταση και στο κοντινό μέλλον. Γενικά, ο εξωτερικός θόρυβος και οι παρεμβολές στο σημείο εισόδου θα είναι όσο και στον φορητό κόμβο, αν όχι λιγότερο. Όταν το σημείο εισόδου αποτύχει να λάβει πληροφορίες για την κατάσταση του σταθμού που έχει επιλεγεί, τότε πιθανότατα ο σταθμός βρίσκεται σε σημείο με σχετικά υψηλό επίπεδο εξωτερικού θορύβου. Με άλλα λόγια, επικοινωνεί με το σημείο εισόδου μέσω ενός συνδέσμου με υψηλό BER. Επειδή στις ασύρματες επικοινωνίες τα λάθη εμφανίζονται σε bursts, ο σύνδεσμος είναι πιθανό να παραμείνει σε αυτή τη κατάσταση και στο κοντινό μέλλον. Ως αποτέλεσμα, η πιθανότητα επιλογής του σταθμού μειώνεται για να μειωθούν οι πιθανότητες μίας άσκοπης αποστολής ενός POLL πακέτου.

37 37 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 3 Παρουσίαση προγράμματος προσομοίωσης 3.1 Σκοπός ανάπτυξης της εφαρμογής κοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η δημιουργία δύο προγραμμάτων προσομοίωσης του κλασσικού πρωτοκόλλου Bluetooth και του πρωτοκόλλου LEAP, με στόχο την επισταμένη μελέτη - σύγκριση αυτών Σκαι την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την απόδοση τους. 3.2 Παραδοχές Για τις ανάγκες του προγράμματος προσομοίωσης και σχετικά με το περιβάλλον της προσομοίωσης κάναμε κάποιες παραδοχές: 1. Μελετάμε το σύστημα από τη στιγμή που έχει δημιουργηθεί το Piconet και για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα κάποιων δευτερολέπτων ή time slots. Δεν μας ενδιαφέρει το πώς θα δημιουργηθεί το Piconet, δηλαδή οι φάσεις των inquiring, paging κτλπ αλλά και ούτε τυχόν αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών Piconets με αλλαγές master, θέσεις των slaves κτλπ.

38 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Ο Master κάνει το polling και οι slaves του στελνουν πακέτα (null, data, buffdata κ.α.). Άρα ο master στέλνει μόνο poll πακέτα στους slaves και αυτοί με τη σειρά τους τα πακέτα που προαναφέρθηκαν, στον master. O master δεν στέλνει πακέτα δεδομένων. Οι slaves δεν στέλνουν πακέτα poll. 3. Από τη στιγμή που έχει δημιουργηθεί το piconet λαμβάνουμε ως δεδομένο ότι, όσοι slave συμμετέχουν σ αυτό είναι εντός εμβέλειας, η οποία ορίζεται στα 10 μέτρα. Αυτό που μας ενδιαφέρει για τον κάθε slave είναι η α- πόσταση του από τον master και όχι η συγκεκριμένη θέση του μέσα στο χώρο.ανάλογα με την απόσταση αυτή καθορίζεται και ένα BER. Για μεγάλες αποστάσεις έχουμε μεγάλο ber και για μκρές μικρό BER, αντίστοιχα. Όπως επισημαίνεται και στην συνέχεια κατά την ανάλυση των παραμέτρων της προσομοίωσης του δικτύου, για αποστάσεις 0 2 μέτρων το BER ισούται με 10-3, για αποστάσεις 3-8 μέτρων το BER ισούται με 10-4, ενώ για αποστάσεις 9 10 μέτρων το BER ανέρχεται σε Είναι φανερό πως όσο κοντύτερα βρίσκεται κάποιος slave στον master του συστήματος τόσο σπανιότερη γίνεται η εμφάνιση λαθών και προβλημάτων στη μεταξύ τους επικοινωνία. Pic Ορίζουμε πως η διάρκεια κάθε time slot ισούται με 625 ms. Σε κάθε time slot έχουμε είτε downlink, είτε uplink. Δηλαδή, σε κάθε time slot είτε ο master θα στέλνει ένα poll πακέτο, είτε κάποιος slave θα απαντάει με ένα πακέτο δεδομένων ή ένα κενό πακέτο. Πιο συγκεκριμένα στα μονά time slots έχουμε downlink, ενώ στα ζυγά time slots έχουμε uplink. Ως εκ τούτου δεν γίνεται να έχουμε μέσα σ ένα time slot αμφίδρομη μετάδοση πα-

39 39 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων κέτων. Κάθε time slot που γίεται το downlink του master μαζί με το αμέσως επόμενο που γίνεται το uplink κάποιου slave, αποτελούν ένα frame. Pic 9. Ο μηχανισμός επικοινωνίας στο Bluetooth Όσον αφορά τη δημιουργία των πακέτων υιοθετήθηκε το μοντέλο του bursty traffic. Το μοντέλο αυτό λειτουργεί ως εξής : Υποθέτουμε ότι κάθε σταθμός στο δίκτυο μπορεί να είναι σε μια από τις 2 καταστάσεις S0 και S1. Όταν ο σταθμός είναι στη κατάσταση S0 τότε δεν έχει αφίξεις πακέτων. Όταν βρίσκεται στη κατάσταση S1 τότε σε κάθε χρονική στιγμή (slot) έχει άφιξη πακέτου με πιθανότητα Z. Αν ένας σταθμός βρίσκεται στη κατάσταση S0 στη χρονική στιγμή t τότε η πιθανότητα να μεταβεί στη κατάσταση S1 είναι P01. Αντίστοιχα η πιθανότητα μετάβασης από την κατάσταση S1 στην S0 είναι P10. Αποδεικνύεται ότι όταν ο φόρτος που προσφέρεται στο δίκτυο είναι R packets/slot και το μέσο burst μήκος είναι B slots τότε P01 = (R) /(B(NZ-R)) και P10 = (1/B). 6. Για το μέγεθος των πακέτων χρησιμοποιήθηκε η εκθετική κατανομή με μέση τιμή 28 (bytes) καθώς αυτή είναι και η μέση τιμή ενός πακέbluetooth μήκους ένα slot. 7. H διαδικασία του polling, όσον αφορά την προσομοίωση του κλασσικού πρωτοκόλλου BLUETOOTH, από τον master σταθμό χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο του round-robin, μ αποτέλεσμα τα ελεύθερα slots να διαμοιράζονται εξίσου σε όλους τους σταθμούς που θέλουν να μεταδώσουν. 8. Το βασικότερο στόχο των προσομοιώσεων που κάνουμε είναι να εξάγουμε το συνολικό throughput και το συνολικό mean delay του δικτύου. Επιθυμούμε δηλαδή να βρούμε το σύνολο των bits ή bytes που μεταδόθηκαν καθόλη τη διάρκεια εκτέλεσης της προσομοίωσης μας (από το πρώτο μέχρι και το τελευταίο slot). Επίσης θέλουμε να προσδιορίσουμε την συνολική καθυστέρησηπου υπήρξε κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Τα πακέτα που ευθύνονται για την διακίνηση των bits είναι τα πακέτα δεδομένων, πιο συγκεκριμένα όλων των ειδών data packets που υποστηρίζονται στα δίκτυα και των δύο πρωτοκόλλων. Αντίθετα τα poll, null και ack packets έχουν μηδενικό payload, είναι δηλαδή άδεια. Στην πραγματικότητα πε- 5 Σχήμα από: Efficient Polling Schemes for Bluetooth Picocells Revisited, Ka Lok Chan, Vojislav B. Miˇsi c, and Jelena Miˇsi c

40 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 40 ριέχουν κάποιες πληροφορίες, οι οποίες όμως δεν αφορούν την συγκεκριμένη προσομοίωση. Άρα για να εξάγουμε το συνολικό throughput λαμβάνουμε υπόψιν μας μόνο το payload των data πακέτων. το payload των data πακέτων θα είναι είτε προκαθορισμένο για όλα τα πακέτα δεδομένων, είτε θα παράγεται τυχαία για το καθένα απ αυτά. Έτσι λοιπον, θα υπολογίζουμε το σύνολο των bits που μεταδίδει ο κάθε peer στο σύνολο του χρόνου της προσομοίωσης (ή για πιο πλήρη αποτελέσματα στον χρόνο που ο κάθε peer είναι σε επικοινωνία με τον master του Piconet) και στη συνέχεια αθροίζοντας το σύνολο των bits που έχουν μεταδώσει όλοι οι peers και διαιρώντας το με το χρόνο της προσομοίωσης, παίρνουμε την τιμή του συνολικού throughput. Επομένως, αυτό που χρειάζεται είναι ο κάθε peer να αποθηκεύει σε μια μεταβλητή τον συνολικό αριθμό bits που έχει μεταδώσει. Κατόπιν παρόμοιας λογικής, προσδιορίζουμε και την τιμή του συνολικού mean delay του δικτύου που προσομοιώνουμε. 3.3 Εκτέλεση του προσομοιωτή Το συνολικό πρόγραμμα προσομοίωσης συμπεριλαμβάνει δύο εφαρμογές γραμμένες στην αντικειμενοστραφή γλώσσα C++. Το αρχείου που εκτελεί των προσομοιωτή του κλασσικού πρωτοκόλλου είναι το Bluetooth.exe ενώ αυτό που εκτελεί τον προσομοιωτή του LEAP πρωτοκόλλου είναι το LEAP.exe. Οι δύο αυτές εφαρμογές έχουν παραχθεί και ελεγχθεί σε περιβάλλον Windows XP 32bit και 64bit, με χρήση του Visual Studio 6. Η εκτέλεση των παραπάνω εφαρμογών μέσω άλλου λειτουργικού συστήματος θα προκαλέσει πιθανότατα σφάλματα. 3.4 Χρήση και λειτουργίες του προσομοιωτή R - R Εισαγωγικά Εδώ θα παρουσιαστούν οι προσομοιωτές Bluetooth.exe και LEAP.exe που προσομοιώνουν το πρωτόκολλο του κλασσικού του LEAP αλγόριθμου αντίστοιχα. Ο χρήστης πρέπει να πάει στο φάκελο που βρίσκονται τα εκτελέσιμα αρχεία και να κάνει διπλό κλικ στον κατάλληλο προσομοιωτή ανάλογα με την έ- ρευνα ή μελέτη που θέλει να κάνει. Η παρουσίαση θα γίνει για την εφαρμογή του κλασσικού πρωτοκόλλου. Από εκεί και πέρα δεν υπάρχουν σημαντικές διαφορές για την LEAP εφαρμογή στο θέμα της εμφάνισης. Με το άνοιγμα της ε-

41 41 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων φαρμογής, λοιπόν, εμφανίζεται μια οθόνη υποδοχής και, στη συνέχεια, το κεντρικό μενού επιλογών. Pic 10. Οθόνη υποδοχής του προγράμματος προσομοίωσης Παραμετροποίηση Εκτός της εικόνας υποδοχής βλέπουμε και μια αναφορά στις παραμέτρους τις προσομοίωσης που λαμβάνονται ως προεπιλογές από το σύστημα και ως εκ τούτου δεν δέχονται μεταβολές, παρά μόνο κατόπιν επέμβασης στον πηγαίο κώδικα του συστήματος. Οι παράμετροι αυτοί είναι οι εξής: 1. Peer Buffer size: Η χωρητικότητα του Buffer κάθε σταθμού έχει προεπιλεγμένη τιμή ίση με Το μέγεθος του buffer (Q) επιλέχθηκε να είναι 1000 πακέτα με στόχο να μην γίνονται πολλά πακέτα dropped και να περιοριστούν οι απώλειες. 2. Network Operation Speed: Η ταχύτητα του μέσου προσδιορίζεται στο 1 Mbps.

42 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Mean Packet Size: Το μέσω μέγεθος του πακέτου έχει προεπιλεγμένη τιμή ίση με 28 bytes. Οι τιμές των μεγεθών των πακέτων που φθάνουν στο δίκτυο προέρχονται από διαδικασία τυχαίας εκθετικής κατανομής τιμλων με μέσο όρο Bit Error Rate (BER): Το BER ανάμεσα σε κάθε slave και τον master του δικτύου εξαρτάται από την απόσταση που υπάρχει μεταξύ τους. Έτσι για αποστάσεις 0 2 μέτρων το BER ισούται με 10-3, για αποστάσεις 3-8 μέτρων το BER ισούται με 10-4, ενώ για αποστάσεις 9 10 μέτρων το BER α- νέρχεται σε Είναι φανερό πως όσο κοντύτερα βρίσκεται κάποιος slave στον master του συστήματος τόσο σπανιότερη γίνεται η εμφάνιση λαθών και προβλημάτων στη μεταξύ τους επικοινωνία. 5. Propagation Delay: Καθυστέρηση διάδοσης. Είναι η χρονική καθυστέρηση από τη στιγμή που ένα πακέτο είναι έτοιμο να μεταδοθεί, μέχρι και τη στιγμή που αρχίζει η μετάδοση του. Τα μεγέθη των παραμέτρων αυτών παραμένουν λοιπόν σταθερά για κάθε προσομοίωση και η αλλαγή τους καθίσταται δυνατή μόνο με τις αντίστοιχες αλλαγές στον κώδικα του προσομοιωτή. Αφού πατήσουμε κάποιο πλήκτρο ώστε να συνεχίσουμε, καλούμαστε να δώσουμε τιμές στις βασικές παραμέτρους της προσομοίωσης που επιχειρούμε. Οι παράμετροι αυτές διαμορφώνουν ουσιαστικά κατά ένα μεγάλο ποσοστό τη λειτουργία και την εν γένει συμπεριφορά του δικτύου που προσομοιώνουμε. Μικρές αλλαγές στις τιμές αυτών των παραμέτρων επηρεάζουν κατά πολύ το περιβάλλον του δικτύου και φυσικά τις τιμές απόδοσης που λαμβάνουμε ως αποτέλεσμα μετά από κάθε προσομοίωση. Οι βασικές παράμετροι προσομοίωσης στις οποίες καλούμαστε να δώσουμε τιμές πριν από την έναρξη κάθε διαδικασίας προσομοίωσης παρατίθενται παρακάτω:

43 43 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Pic 11. Εισαγωγή τιμών στις βασικές παραμέτρους της προσομοίωσης. Time Duration: η διάρκεια της προσομοίωσης. Η διάρκεια της προσομοίωσης εκφράζεται σε δευτερόλεπτα Number of Slaves: ο αριθμός των slaves στο δίκτυο. Όταν λέμε slaves, εννοούμε τους σταθμούς που περιλαμβάνει το δίκτυο εκτός του master σταθμού. Ο αριθμός των slaves σένα δίκτυο Bluetooth μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ του 1 και του 7, αφού το δίκτυο αυτό μπορεί να υποστηρίξει συνολικά μέχρι 8 σταθμούς. Network Traffic Load: ο συνολικός φόρτος του δικτύου. Η παράμετρος αυτή εκφράζει το φόρτο που υπάρχει στο δίκτυο και αφορά στο ρυθμό δημιουργίας πακέτων. Packet Arrival Probability: η πιθανότητα άφιξης πακέτου στον buffer, δημιουργίας δηλαδή πακέτων όταν βρισκόμαστε σε bursty κατάσταση δημιουργίας πακέτων. Και αυτή η παράμετρος εκφράζεται σε ποσοστιαίες μονάδες. Mean Burst Length: Μέσο μήκος του bursting (εκφράζεται σε πακέτα). Αξίζει να σημειωθεί πως η απόσταση κάθε σταθμού από τον master δίνεται από το πρόγραμμα με τυχαίο τρόπο. Έτσι, τυχαία σε κάθε σταθμό του συστήματος δίνεται μια τιμή απόστασης η οποία εκφράζεται σε μέτρα. Η απόσταση των σταθμών παίρνει τιμές μεταξύ του ενός και των 10 μέτρων.

44 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 44 Αφού δώσουμε τιμές στις παραμέτρους αυτές περνάμε στο επόμενο στάδιο της πορείας μας προς την προσομοίωση, όπου θα δηλώσουμε τις προτιμήσεις μας γύρω από την καταγραφή των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης σε αρχεία κειμένου Επιλογές για την καταγραφή των αποτελεσμάτων σε αρχεία Μετά το πέρας της διαδικασίας της προσομοίωσης εμφανίζεται η παρακάτω οθόνη κατά την οποία καλούμαστε να κάνουμε τις επιλογές μας για την καταγραφή των αποτελεσμάτων της επικείμενης διαδικασίας προσομοίωσης. Για λόγους αρχειοθέτησης, μελέτης και εξαγωγής συμπερασμάτων, το πρόγραμμα του προσομοιωτή δίνει τη δυνατότητα αποθήκευσης των δεδομένα των αποτελεσμάτων σε εξωτερικά αρχεία κειμένου. Μετά τη λήξη της προσομοίωσης μπορούν να δημιουργηθούν δύο αρχεία στα οποία θα εγγραφούν τα αποτελέσματα με δύο διαφορετικούς τρόπους. Τα αρχεία στα οποία αποθηκεύονται οι πληροφορίες είναι το Results.txt και το Analytic Simulation Results, τα οποία και βρίσκονται στον ίδιο φάκελο που βρίσκονται και τα εκτελέσιμα αρχεία του προγράμματος. Pic 11. Επιλογές αποθήκευσης των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Στο αρχείο Results.txt αποθηκεύονται αναφορικά το OVERALL THROUGHPUT και το MEAN DELAY που προέκυψε μετά από κάθε προσομοίωση. Επιπλέον εγγράφεται και η τιμή του Traffic Load για την οποία έγινε κάθε προσομοίωση.

45 45 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Pic 12. Αρχείο κειμένου Results.txt όπου αποθηκεύονται συνοπτικά, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Στο αρχείο Simulation Analysis αποθηκεύονται αναλυτικά στοιχεία της δράσης κάθε σταθμού ξεχωριστά συμπεριλαμβανομένου και του master - κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Το αρχείο αυτό δίνει μια πλήρη και καθαρή εικόνα για το ότι συνέβη κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Καταγράφονται αναλυτικά τα στατιστικά κάθε peer στις διαδικασίες μεταφοράς, δημιουργίας, λήψης πακέτων, κ.ο.κ. Επίσης ενημερωνόμαστε για τη θέση κάθε peer ως προς τον master, το BER της μεταξύ τους απόστασης και το πόσες φορές έγινε polled. Τέλος καταγράφονται και τα συνολικά αποτελέσματα απόδοσης, καθυστέρησης, όπως και στοιχεία για τις απώλειες πακέτων. Τα αναλυτικά αυτά στοιχεία της προσομοίωσης αναγράφονται και στην οθόνη μετά το τέλος της προσομοίωσης. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να επιλέξει κάποια από τις τέσσερις επιλογές που του δίνονται από το πρόγραμμα, για τον τύπο καταγραφής που επιθυμεί. Πιο συγκεκριμένα, οι τέσσερις επιλογές που προσφέρει ο προσομοιωτής είναι οι εξής: Καταγραφή των αποτελεσμάτων συνοπτικά μόνο. Δηλαδή παραγωγή μόνο του αρχείου Results.txt για καταγραφή των αποτελεσμάτων.

46 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 46 Καταγραφή των αποτελεσμάτων με αναλυτικό μόνο τρόπο. Δηλαδή παραγωγή μόνο του αρχείου Simulation Analysis για καταγραφή των αποτελεσμάτων. Καταγραφή των αποτελεσμάτων και με τους δύο τρόπους. Δηλαδή παραγωγή από τον προσομοιωτή και των δύο ειδών αρχείων, Results.txt και Simulation Analysis. Καμία καταγραφή αποτελεσμάτων σε αρχείο. Pic 13. Αρχείο κειμένου Simulation Analysis όπου αποθηκεύονται αναλυτικά, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης.

47 47 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Να σημειωθεί εδώ πως με την καταγραφή στα αρχεία νέων αποτελεσμάτων, δεν διαγράφονται τα παλιά. Αντιθέτως, τα στοιχεία όλων των προηγούμενων προσομοιώσεων παραμένουν στη διάθεση του χρήστη. Η τελευταία χρονικά προσομοίωση βρίσκει τα στατιστικά της στοιχεία στο τέλος κάθε αρχείου Ολοκλήρωση προσομοίωσης και εξαγωγή στατιστικών αποτελεσμάτων στην οθόνη. Εφόσον έχει ολοκληρωθεί η προσομοίωση και πατώντας ένα οποιοδήποτε κουμπί να δούμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης στην οθόνη μας. Pic 14. Εμφάνιση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης στην οθόνη, μετά τη λήξη της.

48 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 48 Τα αποτελέσματα που βλέπουμε στην παραπάνω οθόνη είναι αυτά που καταγράφονται και στο αρχείο Simulation Analysis. Παρουσιάζονται έτσι στο χρήστη αναλυτικά στοιχεία της δράσης του master αλλά και των άλλων σταθμών ξεχωριστά κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Προχωρώντας πιο κάτω στην οθόνη βλέπουμε και τα συγκεντρωτικά στατιστικά αποτελέσματα της προσομοίωσης (Summary Results). Πιο συγκεκριμένα, στην οθόνη των αποτελεσμάτων παρατηρούμε τα εξής: Την απόσταση που επιλέχθηκε να έχει κάθε σταθμός από τον master. Το BER της διαδρομής αυτής. Το πόσες φορές έγινε polled κάθε σταθμός. Τον αριθμό των πακέτων που δημιούργησε κάθε σταθμός. Τον αριθμό των πακέτων που έφθασαν στον buffer κάθε σταθμού. Τον αριθμό των πακέτων που έγιναν dropped από τον buffer κάθε σταθμού. Τον αριθμό των πακέτων δεδομένων (data packets) που έστειλε κάθε σταθμός. Τον αριθμό των null packets που έστειλε κάθε σταθμός. Τον αριθμό των πακέτων που παρέμειναν στον buffer κάθε σταθμού. Τον αριθμό των πακέτων που χάθηκαν λόγω BER. Τη μέθη καθυστέρηση κάθε πακέτου δεδομένων. Το συνολικό αριθμό των bytes που εστάλησαν από κάθε σταθμό. Pic 15. Εμφάνιση των συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων της προσομοίωσης στην οθόνη. Μετά τα αναλυτικά αποτελέσματα σειρά παίρνουν τα συγκεντρωτικά στατιστικά αποτελέσματα της προσομοίωσης, τα οποία περιλαμβάνουν τα εξής:

49 49 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων Αναφορά στις δεδομένες από τον χρήστη τιμές των παραμέτρων της προσομοίωσης. o Διάρκεια προσομοίωσης o Αριθμός σταθμών o Φόρτος δικτύου o Packet Arrival Probability o Mean Burst Length Το Overall Throughput (συνολική απόδοση) του δικτύου εκφρασμένο σε bytes per second. Το συνολικό Mean Packet Delay στο δίκτυο, την συνολική δηλαδή καθυστέρηση από τη στιγμή που δημιουργείται ένα πακέτο μέχρι τη μετάδοση του στο σταθμό προορισμού. Τον αριθμό πακέτων που εστάλησαν στο δίκτυο. Τον αριθμό των πακέτων που χάθηκαν λόγω BER. Το ποσοστό των πακέτων που χάθηκαν σε σχέση με αυτά που εστάλησαν. Τον αριθμό πακέτων που δημιουργήθηκαν συνολικά από όλους τους σταθμούς. Τον αριθμό πακέτων που έγιναν dropped σε όλους τους σταθμούς. Το ποσοστό των πακέτων που έγιναν dropped σε σχέση με αυτά που δημιουργήθηκαν. 3.5 Χρήση και λειτουργίες του προσομοιωτή LEAP Οι διαφορές του προσομοιωτή LEAP, σε σχέση με αυτόν του κλασικού πρωτοκόλλου, όσον αφορά το περιβάλλον διασύνδεσης του με το χρήστη, είναι λίγες και παρουσιάζονται παρακάτω. Έτσι δεν κρίνεται απαραίτητη η αναλυτική παρουσίαση του προγράμματος προσομοίωσης του LEAP πρωτοκόλλου, όπως έγινε στην περίπτωση του προηγούμενου προσομοιωτή Παραμετροποίηση Κάποιες πρώτες διαφορές παρατηρούμε στην οθόνη υποδοχής του προγράμματος και έπειτα στην οθόνη της ανάθεσης τιμών στις βασικές παραμέτρους της προσομοίωσης. Όπως παρατηρούμε και στην παρακάτω εικόνα στην περιοχή παραμετροποίησης του προσομοιωτή του LEAP θα πρέπει ο χρήστης να δώσει τιμές σε επιπλέον δύο βασικές παραμέτρους.

50 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 50 Έτσι στην περίπτωση του LEAP, οι βασικές παράμετροι προσομοίωσης στις οποίες καλούμαστε να δώσουμε τιμές πριν από την έναρξη κάθε διαδικασίας προσομοίωσης είναι η εξής: Pic 16. Εισαγωγή τιμών στις βασικές παραμέτρους της προσομοίωσης του LEAP. Time Duration: η διάρκεια της προσομοίωσης. Η διάρκεια της προσομοίωσης εκφράζεται σε δευτερόλεπτα Number of Slaves: ο αριθμός των slaves στο δίκτυο. Όταν λέμε slaves, εννοούμε τους σταθμούς που περιλαμβάνει το δίκτυο εκτός του master σταθμού. Ο αριθμός των slaves σένα δίκτυο Bluetooth μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ του 1 και του 7, αφού το δίκτυο αυτό μπορεί να υποστηρίξει συνολικά μέχρι 8 σταθμούς. Network Traffic Load: ο συνολικός φόρτος του δικτύου. Η παράμετρος αυτή εκφράζει το φόρτο που υπάρχει στο δίκτυο και αφορά στο ρυθμό δημιουργίας πακέτων. Packet Arrival Probability: η πιθανότητα άφιξης πακέτου στον buffer, δημιουργίας δηλαδή πακέτων όταν βρισκόμαστε σε bursty κατάσταση δημιουργίας πακέτων. Και αυτή η παράμετρος εκφράζεται σε ποσοστιαίες μονάδες. Mean Burst Length: Μέσο μήκος του bursting (εκφράζεται σε πακέτα).

51 51 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων L: Η ταχύτητα σύγκλισης του αυτομάτου η οποία παίρνει τιμές από 0 έως και 1. Η επιλογή της τιμής του L εμπεριέχει το δίλλημα της ταχύτητας έναντι της ακρίβειας απόφασης του αυτομάτου. Όσο πιο μικρή είναι η τιμή του L, τόσο πιο ακριβής είναι και ο υπολογισμός του αυτομάτου, γεγονός βέβαια που είναι εις βάρος της ταχύτητας σύγκλισης. a: Η ένταση της προσαρμοστικότητας του πρωτοκόλλου LEAP. Όταν η πιθανότητα επιλογής ενός σταθμού πλησιάζει το 0, τότε αυτός ο σταθμός δεν επιλέγεται να γίνει polled για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Η χρήση μίας μη μηδενικής τιμής για το a απαγορεύει στις τιμές των πιθανοτήτων επιλογής των σταθμών να πάρουν τιμές κοντινές στο μηδέν και αυξάνει την προσαρμοστικότητα του πρωτοκόλλου. Η δυνατότητα του δικτύου περιορίζεται κατά 1/a από τον αλγόριθμο. Αυτό είναι ένα επιχείρημα υπέρ της επιλογής μικρής τιμής για το a Αποτελέσματα πρωσομοίωσης Οι διαφορές που παρατηρούμε με μια ματιά στα αποτελέσματα της προσομοίωσης εχουν να κάνουν κυρίως με τα διαφορετικά είδη πακέτων που υποστηρίζονται από το πρωτόκολλο LEAP. Πιο συγκεκριμένα, στην οθόνη των αποτελεσμάτων παρατηρούμε τα εξής: Την απόσταση που επιλέχθηκε να έχει κάθε σταθμός από τον master. Το BER της διαδρομής αυτής. Το πόσες φορές έγινε polled κάθε σταθμός. Τον αριθμό των πακέτων που δημιούργησε κάθε σταθμός. Τον αριθμό των πακέτων που έφθασαν στον buffer κάθε σταθμού. Τον αριθμό των πακέτων που έγιναν dropped από τον buffer κάθε σταθμού. Τον αριθμό των buffdata packets που έστειλε κάθε σταθμός. Τον αριθμό των πακέτων δεδομένων (data packets) που έστειλε κάθε σταθμός. Τον αριθμό των no-data packets που έστειλε κάθε σταθμός. Τον αριθμό των πακέτων που παρέμειναν στον buffer κάθε σταθμού. Τον αριθμό των πακέτων που χάθηκαν λόγω BER. Τη μέθη καθυστέρηση κάθε πακέτου δεδομένων. Το συνολικό αριθμό των bytes που εστάλησαν από κάθε σταθμό.

52 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 52 Pic 17. Εμφάνιση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης του LEAP στην οθόνη, μετά τη λήξη της. Οι διαφορες που παρατηρούνται στα είδη των πακέτων που στέλνονται από τους σταθμούς έχουν παρουσιαστεί και στο σχετικό κεφάλαιο με την ανάλυση της αρχιτεκτονικής και της δομής του πρωτοκόλλου LEAP. Όπως βλέπουμε και στην παραπάνω εικόνα το LEAP υποστηρίζει buffdata και no-data πακέτα τα οποία απουσιάζουν από το κλασσικό πρωτόκολλο BLUETOOTH. Αντιθετα, από το LEAP απουσιάζουν τα null πακέτα που βλέπουμε στο κλασσικό πρωτόκολλο. Οι αντιστοιχές διαφορές παρατηρούνται και στην καταγραφή των αποτελεσμάτων στα αρχεια που δημιουργει ο πρωσομοιοτής. Κατά τα άλλα οι διαφορές στους προσομοιωτές των δύο πρωτοκόλλον εντοπίζονται μόνο στους αλγορίθ-

53 53 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων μους στους οποίους βασίζονται και όχι σε περαιτέρω θέματα διασύνδεσης με το χρήστη. 3.6 Πληροφορίες προγράμματος Στην οθόνη αυτή παρουσιαζονται κάποιες γενικές πληροφορίες προς ενημέρωση των χρηστών για τους συγγραφέα, το πρόγραμμα αλλά και τα πλαίσια μέσα στα οποία αναπτύχθηκε. Pic 18. Οθονή πληροφοριών προγράμματος του προσομοιωτή. 3.7 Έξοδος από τον προσομοιωτή Μετά και την εμφάνιση των πληροφοριών προγραμματος το προγραμμα προσομοώσης είναι ρυθμιζμένο να επανεκκινήση τη λειτουργία του με σκοπό να ξεκινήσει τις διαδικασίες για μια νέα προσομοιωση. Εφόσον ο χρήστης θέλει να ε- γκαταλείψει την εφαρμογή, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα μπορεί να εισάγει Ε, εψιλον κεφαλαίο. Αντίθετα αν ο χρήστης επιθυμρί να επανεκκινήση

54 Προσαρμοστική Βολιδοσκόπηση στο Bluetooth μέσω Μανθανόντων Αυτομάτων 54 τις διαδικασίες και να προβεί σε μια νέα προσομοίωση, μπορει να εισαγει οποιδήποτε άλλο στοιχείο από το πληκτρολόγιο του. Pic 19. Ελεγχος επανεκτέλεσης προσομοιωτή. 3.8 Πηγαία αρχεία Όπως αναφέρθηκε και στην αρχή του κεφαλαίου τα δύο εκτελέσιμα αρχεία που παράγουν τους προσομοιοτές όταν τα τρέξει κανείς είναι τα Bluetooth.exe και LEAP.exe. Τα αρχεία αυτά ατιστοιχούν στα πηγαία αχεία Bluetooth.cpp και LEAP.cpp. Το πρώτο περιλαμβάνει τον κώδικα του κλασσικού πρωτοκόλλου και το δεύτερο τον κώδικα του πρωτοκόλλου LEAP. Τα πηγαία αυτά αρχεία μπορούν να ανοιχθούν με κάποιον compiler, κατά προτίμηση Visual Studio 6 και πτοηγούμενες του εκδόσεις, να γινουν debug και έπειτα Run. Τα προαναφερθέντα πηγαία αρχεία χρειάζονται, όμως, κάποια επιπλέον αρχεία για την σωστή μετάφραση τους. Αυτά πρέπει να βρίσκονται στο ίδιο φάκελο με τα αρχικά ώστε να μπορούν να τα βρίσκουν. Τα αρχεία αυτά είναι: randomc.h: Αποτελεί της C++ και χρησιμοποιείται για την παραγωγή τυχαίων αριθμών. mersenne.cpp: Το αρχείο που παράγει τους τυχαίους αριθμούς με τη βοήθεια της Randomc.h. Η mersenne αποτελεί έναν εξαιρετικό random number generatot.