전자공학회논문지 (Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers)

  • 제54권8호
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  • Pages.3-11
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  • 2017
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  • 2287-5026(pISSN)
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  • 2288-159X(eISSN)
대한전자공학회 (The Institute of Electronics and Information Engineers)
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저전력 블루투스 네트워크에서 피코넷 간 간섭으로 인한 패킷충돌 확률 분석

An Analysis of Packet Collision Probability due to Inter-piconet Interference in the Bluetooth Low Energy Networks

  • 김명진 (한국외국어대학교 정보통신공학과)
  • Kim, Myoung Jin (Dept. of Information and Communications Eng., Hankuk University of Foreign Studies)
  • 투고 : 2017.02.02
  • 심사 : 2017.07.22
  • 발행 : 2017.08.25
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초록

저전력 블루투스(BLE) 기술을 IoT(Internet of Things) 응용에 적용하는 연구 개발이 이루어지고 있다. 이러한 응용 환경의 특징은 동일 공간에 많은 피코넷이 동작할 수 있다는 것이다. 따라서 동종 네트워크 간 간섭이 발생할 가능성이 크다. BLE 데이터 채널에서는 37 개의 주파수 채널 중에서 적응 주파수도약(AFH) 방식을 적용하여 주파수를 변경하면서 마스터와 슬레이브가 통신을 한다. 같은 공간에 다수의 BLE 피코넷이 동작하면 주파수 충돌이 발생할 위험이 있으며, 이로 인해 패킷오류가 발생한다. 본 논문에서는 동기가 맞추어지지 않은 다수의 BLE 피코넷 환경에서 데이터 채널에 대해 동일 주파수채널 간섭으로 인한 패킷충돌 확률을 분석하였다. Connection 주기 대 connection 이벤트 길이의 비율을 주요 파라미터로 하여 동시에 작동하는 BLE 피코넷의 수에 따른 패킷충돌 확률을 분석하였다. 분석 결과는 주어진 공간에서 BLE 기기를 소지한 사용자 수에 따라 원하는 패킷충돌 확률을 위한 connection 이벤트 관련 파라미터의 설정에 활용할 수 있다.

Research and development are being conducted to apply low-power Bluetooth (BLE) technology to IoT (Internet of Things) applications. The characteristic of this application environment is that many piconets can operate in the same space. Therefore, interference between homogeneous networks is likely to occur. In the BLE data channel, adaptive frequency hopping (AFH) scheme is used among the 37 frequency channels, and the master and the slave communicate while changing the carrier frequency. If there are multiple BLE piconets in the same space, there is a risk of frequency collision and packet errors will occur. In this paper, we analyze the packet collision probability due to cochannel interference in multiple asynchronous BLE piconet environments. Specifically, we analyzed packet collision probability according to the number of concurrently operating BLE piconets with the ratio of connection interval to connection event length as the main parameters. The analysis result can be used to set connection event related parameters for a desired packet collision probability according to the number of users having BLE devices in a given space.

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참고문헌

  1. T. Zhang, J. Lu, and F. Hu, "Bluetooth Low Energy for Wearable Sensor-based Healthcare Systems," Proc. 2014 Health Innovations and Point-of-Care Technologies Conf., Oct., 2014.
  2. B. Zhou, et. al., "A Bluetooth Low Energy Approach for Monitoring Electrocardiography and Respiration," Proc. 2013 IEEE 15th International Conf. on e-Health Networking, Applications and Services (Healthcom), 2013.
  3. "Bluetooth Smart Technology: Powering the Internet of Things,"[Online]. Available: http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Smart.aspx.
  4. Bluetooth SIG, "Specification of the Bluetooth System V4.0," Jul. 2010.
  5. Bluetooth SIG, "Specification of the Bluetooth System V2.0," Nov. 2004.
  6. S. Zurbes, W. Stahl, K. Matheus, and J. Haartsen, "Radio network performance of Bluetooth," Proc. IEEE Int. Conf. Communications, New Orleans, LA, USA, Jun. 2000.
  7. S. Zurbes, "Considerations on link and system throughput of Bluetooth networks," Proc. IEEE Int. Symp. on Personal, Indoor, and Mobile Communications, London, U.K., Sep. 2000.
  8. A. El-Hoiydi, "Interference between Bluetooth networks - upper bound on the packet error rate," IEEE Communications Letters, Vol. 5, No. 6, pp. 245-247, Jun., 2001. https://doi.org/10.1109/4234.929601
  9. J. Liu, C. Chen, and Y. Ma, "Modeling Neighbor Discovery in Bluetooth Low Energy Networks," IEEE Communications Letters, Vol. 16, No. 9, pp. 1439-1441, Sep. 2012. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2012.073112.120877
  10. M. Kim, "An Analysis on the Number of Advertisements for Device Discovery in the Bluetooth Low Energy Network," Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers, Vol. 53, No. 8, pp. 1151-1160, Aug. 2016.
  11. C. Gomez, I. Demirkol, and J. Paradells, "Modeling the Maximum Throughput of Bluetooth Low Energy in an Error-Prone Link," IEEE Communications Letters, Vol. 15, No. 11, pp. 1187-1189, Nov. 2011. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2011.092011.111314
  12. M. Kalaa and H. Refai, "Bluetooth standard v4.1: simulating the Bluetooth low energy data channel selection algorithm," Globecom 2014 Workshop - Telecommunications Standards - From Research to Standards, 2014.
  13. N. Gupta, Inside Bluetooth Low Energy, 2nd ed., Artech House, Boston/London, 2016.