Ứng dụng Bluetooth Mesh xây dựng hệ thống cập nhật thông tin sản phẩm cho siêu thị và cửa hàng
Lương Công Duẩn
ỨNG DỤNG BLUETOOTH MESH XÂY
DỰNG HỆ THỐNG CẬP NHẬT THÔNG TIN
SẢN PHẨM CHO SIÊU THỊ VÀ CỬA HÀNG
Lương Công Duẩn
Học viện Cô ng nghệ Bưu chí nh Viễn thô ng
wifi nên thiết bị thường tiêu thụ năng lượng lớn. Hơn nữa,
1Tóm tắt — Hiện nay, hầu hết các cửa hàng và siêu thị ở
khi triển khai hệ thống yêu cầu wifi cần yêu cầu các thiết
bị phát sóng wifi (router) có khả năng quản lý lên tới hàng
ngàn kết nối. Do vậy các thiết kế này không phù hợp với
quy mô cửa hàng, siêu thị có số lượng mặt hàng lớn, yêu
Việt Nam đang sử dụng nhân lực thủ công cho việc thay
thế, sửa thông tin của các nhãn hiệu sản phẩm. Công việc
này thường được thực hiện không đồng bộ, yêu cầu số
lượng nhân công lớn và có nhiều sai sót do tiến hành thủ
cầu thay đổi liên tục về vị trí các mặt hàng.
công. Ở bài báo này, tác giả đề xuất một phương án thiết
kế bảng thông tin sản phẩm cho các chuỗi siêu thị và cửa
hàng dựa trên hai công nghệ chính là Bluetooth Mesh và
E-ink. Phương án thiết kế đạt được ưu điểm: dễ dàng triển
khai và mở rộng, ít bị hạn chế bởi diện tích, quy mô của
cửa hàng; đồng bộ được nhiều cửa hàng theo chuỗi; các
bảng giá có tính linh động cao; sử dụng pin và khả năng
hoạt động trong thời gian dài. Cụ thể, tác giả đã thử nghiệm
được thành công một hệ thống cập nhật thông tin sản phẩm
có thể dễ dàng triển khai, chỉ tiêu thụ trung bình
105µAh/ngày.
Từ khóa — Internet vạn vật (IoT), Bluetooth năng lượng
Hình 1:Nhân viên tiến hành thay thế thông tin sản phẩm tại một
thấp (BLE), Mạng cảm biến không dây (WSN), Mạng
không dây kiểu lưới, Bluetooth SIG, Thiết bị năng lượng
siêu thị Vinmart tại Hà Nội.
Xuất phát từ tình hình thực tế đó, tác giả đề xuất ứng
dụng công nghệ Bluetooth Mesh[1] và E-ink[2] để thiết kế
hệ thống cho phép cập nhật thông tin sản phẩm một cách
tự động, đồng bộ, linh hoạt và có khả năng hoạt động trong
thời gian dài. Bluetooth Mesh là công nghệ được ra mắt
vào năm 2017, hoạt động trên nền tảng Bluetooth Low
Power[3][4] (BLE) ứng dụng cho lĩnh vực mạng cảm biến
không dây (WSN). So với các công nghệ sử dụng cho mạng
cảm biến không dây khác, Bluetooth Mesh[5] có những ưu
điểm vượt trội hơn như: có khả năng tự cấu hình mạng; dễ
thấp (LPN), Mực điện tử.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, việc thực hiện đồng bộ giá, thông tin sản
phẩm của các cửa hàng đặc biệt là chuỗi cửa hàng, siêu thị
bán lẻ hiện đang được thực hiện theo phương pháp thủ
công. Với các chuỗi siêu thị, khi có yêu cầu thay đổi giá
nhân viên tiến hành in các nhãn giá theo chuẩn đã được quy
định sẵn sau đó mang nhãn đã được in đến từng kệ hàng để
thay thế cho từng mặt hàng. Để thực hiện thay đổi giá cho
toàn bộ một cửa hàng quy mô vừa và nhỏ thường yêu cầu dàng triển khai, mở rộng về số lượng thiết bị, diện tích và
tiêu thụ năng lượng thấp. E-ink[2] là công nghệ mực điện
tử được đưa ra thị trường từ năm 1997 và hiện đang chủ
yếu được sử dụng cho các thiết bị đọc sách. Màn hình E-
ink cho phép chỉ tiêu thụ điện năng trong quá trình cập nhật
dữ liệu lên màn hình. Sau khi cập nhật, thiết bị không cần
cung cấp điện năng mà vẫn có thể hiển thị thông tin trong
thời gian dài. Bằng cách kết hợp hai công nghệ này, tác giả
khoảng ba nhân viên lao động trong 8 giờ (tổng khoảng 24
giờ làm việc) bao gồm: in nhãn; thay thế nhãn và kiểm tra
xác thực thông tin. Do công việc được tiến hành thủ công
nên có thể xuất hiện nhiều sai sót dẫn đến sai lệch thông tin
trên bảng nhãn sản phẩm.
Một số cửa hàng đã bắt đầu triển khai cập nhật thông
tin sản phẩm đồng bộ bằng dữ liệu từ hệ thống server tự
động thông qua kết nối wifi. Phương án này hiện đã giải đã đề xuất và thử nghiệm một mô hình nhằm ứng dụng cho
cập nhật bảng thông tin sản phẩm của các chuỗi siêu thị,
cửa hàng.
quyết được vấn đề đồng bộ thông tin sản phẩm giữa các
cửa hàng trong hệ thống. Tuy nhiên, do sử dụng kết nối
Tác giả liên hệ: Lương Công Duẩn
Email: [email protected]u.vn
Đến tòa soạn: 10/2020, chỉnh sửa: 11/2020, chấp nhận đăng 12/2020
SOÁ 04A (CS.01) 2020
TAÏP CHÍ KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN VAØ TRUYEÀN THOÂNG
77
ỨNG DỤNG BLUETOOTH MESH XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẬP NHẬT THÔNG TIN SẢN PHẨM………
II. GIỚI THIỆU VỀ BLUETOOTH MESH
A). Tổng quan về Bluetooth Mesh
trong mạng Mesh khi truyền đi đều khởi tạo tham số TTL
(Time to Live) và sẽ được giảm dần sau mỗi lần được
truyền lại. Khi tham số TTL về không thì bản tin không
tiếp tục được re-broadcast[7][9].
Để tối ưu hoạt động của Bluetooth Mesh và để phù hợp
cho nhiều thiết bị và ứng dụng khác nhau, một thiết bị trong
mạng Mesh có thể có các tính năng độc lập như minh họa
ở Hình 3[10].
Thiết bị Relay: Để tránh hiện tượng số lượng bản tin
trong mạng tăng lên một cách đột biến gây ảnh hưởng đến
khả năng truyền tin trong mạng chỉ một phần các thiết bị
trong mạng được cấu hình hoạt động ở chế độ relay. Những
thiết bị được cấu hình hoạt động với vai trò relay thực hiện
truyền lại bản tin mà nó nhận được trong mạng. Khi một
bản tin đi qua một thiết bị relay, giá trị TTL của bản tin sẽ
giảm đi một đơn vị và được chuyển tiếp đến các thiết bị
xung quanh. Bản tin cứ tiếp tục đến các relay khác và được
truyền lặp lại cho đến khi TTL bằng không [6]–[8].
Thiết bị Proxy: là thiết bị cho phép mạng Bluetooth
Mesh giao tiếp với thiết bị có kết nối Bluetooth khác nhưng
không hỗ trợ chuẩn Mesh. Các thiết bị Proxy được cấu hình
đồng thời hoạt động trên các kênh 0-36 để có khả năng kết
nối với các thiết bị như điện thoại thông minh, máy tính…
thông qua kết nối Bluetooth, từ đó giao tiếp với các thiết bị
trong mạng[6]–[8].
Bluetooth Mesh là công nghệ hoạt động dựa trên đường
truyền vật lý là Bluetooth Low Power (BLE). BLE thông
thường có 40 kênh truyền hoạt động từ dải 2402MHz đến
2480 MHz, trong đó các kênh từ 0-36 được sử dụng cho
các kết nối với các thiết bị BLE khác và 37-39 được sử
dụng cho chế độ quảng bá thông tin. Bluetooth Mesh sử
dụng 3 kênh truyền 37-39 của BLE làm đường truyền dữ
liệu vật lý nên trong quá trình tham gia mạng, các thiết bị
vẫn có thể sử dụng các kênh truyền từ 0-36 để kết nối đến
các thiết bị Bluetooth khác. Mạng Bluetooth Mesh có khả
năng quản lý tối đa 32767 thiết bị[6]–[8].
Bluetooth Mesh hoạt động dựa trên mô hình
publish/subscribe. Trong đó, một thiết bị trong mạng có thể
đăng ký theo dõi một hoặc nhiều chủ đề có liên quan đến
nó và có thể gửi bản tin đến một số chủ đề nhất định. Khi
một bản tin được truyền đến đúng chủ đề mà một thiết bị
đăng ký lắng nghe thì bản tin đó sẽ được đưa lên tầng ứng
dụng của thiết bị đó và xử lý, nếu không phải bản tin bị bỏ
qua. Mỗi thiết bị trong mạng Bluetooth Mesh có 2 loại địa
chỉ: địa chỉ unicast và địa chỉ nhóm. Trong đó, thiết bị luôn
đăng ký nghe bản tin có chủ đề trùng với địa chỉ unicast
của nó và địa chỉ broadcast (0xFFFF). Ngoài ra tùy thuộc
vào việc được cấu hình vào nhóm nào, nó sẽ tiến hành theo
dõi chủ đề trùng với địa chỉ nhóm tương ứng[8]. Hình 2
minh hoạ cho cơ chế này, trong đó một công tắc có khả
năng công bố bản tin vào một chủ đề, trong khi một đèn có
khả năng theo dõi nhiều chủ đề cùng lúc để nhận tín hiệu
điều khiển từ các công tắc liên quan.
Hình 3: Các tính năng của thiết bị trong Bluetooth Mesh
Thiết bị Friend: là thiết bị được tạo ra để hoạt động
ghép cặp với thiết bị Low Power. Do thiết bị Low Power
dành chủ yếu thời gian để ngủ nhằm tiết kiệm năng lượng
nên thiết bị này không thể lắng nghe được các bản tin
truyền đến nó khi mạng hoạt động. Do vậy, thiết bị Friend
được tạo ra nhằm giữ các bản tin mà các thiết bị khác truyền
đến thiết bị Low Power mà nó quản lý và truyền lại cho
thiết bị Low Power mỗi khi thiết bị này được kích hoạt [6]–
[8].
Hình 2: Mesh Network hoạt động dựa trên cơ chế
publish/subscribe.
B). Topology của mạng Bluetooth Mesh
Bản tin của Bluetooth Mesh được truyền đi trong mạng
theo cơ chế thác lũ. Để đảm bảo thiết bị không bỏ lỡ bản
tin nào trong mạng, trừ thời điểm gửi bản tin, thiết bị liên
tục quét các kênh 37-39 để nhận các bản tin xuất hiện trong
mạng. Mặc định, khi nhận được một bản tin, nếu không
phải là bản tin truyền đến địa chỉ của chính thiết bị đó, bản
tin sẽ được truyền tiếp đến các thiết bị lân cận bằng cách
truyền broadcast qua các kênh từ 37-39. Mỗi bản tin chỉ
được một thiết bị truyền lại một lần bằng cách đánh dấu
định danh của bản tin, do vậy tránh hiện tưởng bản tin bị
truyền lặp trong mạng không bao giờ kết thúc. Với cơ chế
đó, một bản tin chắc chắn sẽ được đưa đến tất cả các thiết
bị nằm trong vùng phủ của mạng. Ngoài ra, mỗi bản tin
Thiết bị năng lượng thấp (Low Power): Thiết bị này
chủ yếu dành thời gian hoạt động ở chế độ ngủ nhằm tối
ưu năng lượng. Thiết bị năng lượng thấp cần hoạt động cặp
với một thiết bị Friend để hỗ trợ nhận và truyền tin trong
thời gian thiết bị này hoạt động ở chế độ ngủ. Thiết bị
Friend và Low Power yêu cầu phải có kết nối trực tiếp
trong vùng phủ của nhau [6]–[8].
Thiết bị không có tính năng đặc biệt: Là thiết bị không
có tính năng nào như được trình bày ở trên. Thiết bị này
SOÁ 04A (CS.01) 2020
TAÏP CHÍ KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN VAØ TRUYEÀN THOÂNG
78
Lương Công Duẩn
chỉ thực hiện nhiệm vụ xử lý bản tin được truyền đến đúng
địa chỉ của nó và truyền bản tin vào mạng [6]–[8].
C). Tính phù hợp của Bluetooth Mesh với nội dung nghiên
cứu
Ở bài báo này, tác giả đã lựa chọn mạng Bluetooth
Mesh với các tính năng như được thể hiện trên Hình 3 làm
nền tảng đường truyền cho hệ thống cập nhật thông tin
bảng giá do có các đặc điểm như sau:
➢ Khả năng tự cấu hình: Mạng Bluetooth Mesh không
yêu cầu các thao tác cấu hình đặc biệt khi thay đổi cấu
trúc mạng mà chỉ cần đảm bảo có các thiết bị relay phủ
được không gian của các thiết bị trong mạng. Do vậy,
khi triển khai ở các địa hình, vị trí khác nhau không yêu
cầu các thao tác cấu hình đặc biệt.
➢ Khả năng mở rộng về không gian: Do sử dụng cơ chế
truyền tin thác lũ, bản tin có thể nhanh chóng tiếp cận
được các thiết bị trong mạng. Khi hoạt động ở các môi
trường có diện tích khác nhau, người sử dụng chỉ cần
bổ sung các thiết bị hoạt động ở chế độ relay tại các vị
trí phù hợp.
➢ Khả năng hoạt động ở chế độ năng lượng thấp: Mạng
hỗ trợ hoạt động các thiết bị năng lượng thấp bằng cách
tạo ra thiết bị Friend nhằm cất giữ bản tin tạm thời cho
các thiết bị mà thiết bị Friend quản lý. Do các thiết bị
hiển thị thông tin sản phẩm cần tối ưu về năng lượng
nên nó cần được cấu hình hoạt động ở chế độ năng
lượng thấp và bắt cặp với các thiết bị Friend khác.
Với các đặc tính trên của mạng Bluetooth Mesh, kết hợp
với đặc tính sử dụng năng lượng thấp và duy trì hiển thị
thông tin không cần sử dụng năng lượng, tác giả đề xuất
một mô hình để triển khai thử nghiệm và đánh giá. Mô hình
chi tiết được trình bày ở phần III.
Hình 4: Mô hình ứng dụng đề xuất.
nhật thông tin dữ liệu của các thiết bị LD thông qua ứng
dụng trên điện thoại di động trong các trường hợp cần
thiết hoặc dự phòng khi có lỗi kết nối từ gateway lên
Server.
➢ LD (Label Device): Là thiết bị dùng để hiển thị thông
tin sản phẩm. Thiết bị gồm một vi điều khiển thực thi
nhiệm vụ hoạt động trong mạng Bluetooth Mesh như
một thiết bị Low Power, đồng thời có khả năng hiển thị
thông tin lên màn hình E-ink. Thiết bị LD cần đạt được
yêu cầu hoạt động trong thời gian dài với năng lượng
được cung cấp là pin. Mỗi thiết bị LD có một địa chỉ
MAC và được gắn với một mã sản phẩm cụ thể.
Quy trình hoạt động của hệ thống:
-
Khi khởi tạo cấu hình hệ thống. Mỗi thiết bị LD được
gắn với ID của một mã sản phẩm thông qua MAC ID
của thiết bị. Hệ thống và gateway sẽ nắm thông tin này
trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống. Trong quá
trình sử dụng, người dùng có thể thêm, sửa hoặc xóa
các thông tin này. Sau khi được cấu hình và lắp đặt, mỗi
thiết bị LD khi tham gia vào mạng sẽ tự động kết nối
bắt cặp với một friend để nhờ friend nhận bản tin và cất
giữ trong suốt quá trình LD ngủ.
Server của hệ thống do người quản trị chuỗi siêu thị
hoặc cửa hàng quản lý. Khi có thay đổi về thông tin sản
phẩm, người quản trị thực hiện thay đổi thông tin server
thông qua giao diện website hoặc phần mềm chuyên
dụng. Server thực hiện gửi thông tin những thay đổi này
đến các gateway có liên quan để thông báo về quá trình
cập nhật thông tin.
III. MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỀ XUẤT
A). Mô hình hệ thống
Mô hình đề xuất trong nghiên cứu này được trình bày
như trên Hình 4 bao gồm bao gồm các thành phần chính có
vai trò như sau:
➢ Gateway: Cung cấp khả năng kết nối từ mạng cục bộ
đến server quản lý thông tin dữ liệu của các sản phẩm
thông qua kết nối internet. Khi có thông tin cập nhật,
gateway tiến hành lấy thông tin của các sản phẩm về và
chuyển phát đến các thiết bị theo ID đã được định sẵn
thông qua mạng Bluetooth Mesh.
➢ Relay/Friend: Là các thiết bị hoạt động tạo thành mạng
xương sống của mạng không dây. Các thiết bị này được
cấu hình và lắp đặt để đảm bảo có khả năng phủ sóng
toàn bộ khu vực cần triển khai. Tính năng relay cho
phép thông tin có thể chuyển tiếp đến tất cả các thiết bị
relay/friend khác trong mạng. Tính năng friend cho
phép các thiết bị này lưu trữ dữ liệu đến của các thiết bị
LD. Các thiết bị Relay/Friend đều được kích hoạt chế
độ Proxy hỗ trợ chuyển tiếp thông tin vào mạng Mesh
thông qua kết nối Bluetooth trực tiếp. Trong trường hợp
mất kết nối Internet, người dùng có thể sử dụng
smartphone để chuyển tiếp thông tin cập nhật đến các
thiết bị trong mạng để đảm bảo quá trình cập nhật thông
tin không bị gián đoạn.
-
-
Khi nhận được thông tin, gateway gửi yêu cầu lên và
lấy về các thông tin cập nhật mới nhất. Thông tin bao
gồm: ID sản phẩm và thông tin hiển thị mới. Gateway
dựa vào bảng CSDL quan hệ giữa ID sản phẩm và
➢ Proxy: Là thiết bị cung cấp cho hệ thống khả năng cập
SOÁ 04A (CS.01) 2020
TAÏP CHÍ KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN VAØ TRUYEÀN THOÂNG
79
ỨNG DỤNG BLUETOOTH MESH XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẬP NHẬT THÔNG TIN SẢN PHẨM………
Hình 5: Kiến trúc phần cứng của IC 8258
Hình 7: Các thiết bị được thử nghiệm
(a) Relay/Friend, (b) Gateway, (c) Thiết bị hiển thị thông
tin LD
Hình 6: Màn hình E-ink kích thước 104*212
Hình 8: Kết quả hiển thị thông tin sản phẩm
MAC ID của thiết bị để tìm ra địa chỉ đích cho mỗi bản
tin. Sau đó, gateway tiến hành gửi các bản tin bao gồm:
Địa chỉ đích – ID sản phẩm và Thông tin cập nhật vào
mạng.
48*23mm, độ phân giải 104*212 pixel, có khả năng hiển
thị 3 màu: trắng, đen và đỏ. Điện năng tiêu thụ khi ngủ
khoảng 2-5µA. Màn hình E-ink có thể tiếp tục duy trì
hiển thị nội dung mà không cần cung cấp năng lượng như
Hình 6.
-
-
Bản tin sau khi được truyền vào mạng, thực hiện lan
truyền theo cơ chế thác lũ. Khi một thiết bị friend nhận
được bản tin nó thực hiện so sánh với danh sách ID của
các thiết bị Low Power mà nó quản lý. Nếu trùng, thiết
bị sẽ cất giữ thông tin đó để chờ chuyển cho thiết bị LD.
Thiết bị LD được cấu hình định kỳ thức dậy theo chu
kỳ để cập nhật bản tin từ hệ thống. Khi LD thức dậy, nó
thực hiện trao đổi bản tin với friend của nó. Nếu không
có bản tin mới, LD ngay lập tức đi vào chế độ ngủ sâu.
Nếu có bản tin friend truyền cho LD và thiết bị LD thực
hiện khởi tạo, cập nhật thông tin lên màn hình E-ink.
Sau đó, thiết bị tiếp tục đi vào chế độ ngủ sâu để tiết
kiệm năng lượng.
IV. THỬ NGHIỆM & ĐÁNH GIÁ
A). Quy mô thử nghiệm
Các thiết bị và mô hình sau khi xây dựng đã được thử
nghiệm tại tầng 9 – nhà A2 - Học viện Công nghệ Bưu
chính Viễn thông với quy mô kích thước được mô tả trên
Bảng 1.
Bảng 1. Quy mô kích thước thử nghiệm.
Chiều rộng
Chiều dài
Độ cao
8.3m
29.6m
3.6m
B). Thiết bị phần cứng
Để đưa ra đánh giá về tính khả thi và ứng dụng của hệ
thống, tác giả đã tiến hành thử nghiệm trên một mô hình
thực tế để đưa ra đánh giá về kết luận. Tác giả đã tiến hành
thử nghiệm mô hình từ tầng gateway đến các thiết bị LD
với lựa chọn phần cứng cụ thể như sau:
- Bluetooth: IC 8258 của Te-link hoạt động trên kiến trúc
RISC 32 bit được tích hợp giao tiếp Bluetooth, Zigbee.
Telink là một trong các thành viên của tổ chức SIG
Bluetooth – đơn vị đã công bố chuẩn Bluetooth Mesh.
Kiến trúc của IC 8258 được thể hiện ở Hình 5. Mỗi thiết
bị trong mạng được thiết kế dựa trên một IC 8258. Ngoài
ra, gateway có khả năng kết nối với máy tính thông qua
kết nối USB. Thiết bị LD kết nối với màn hình E-ink.
Thiết bị Relay/Friend chỉ bao gồm một IC 8258.
Các thiết bị được thiết kế gồm những thiết bị được mô
tả như được thấy trong Hình 7. Trong đó thiết bị gateway
được kết nối với máy tính để thử nghiệm truyền bản tin vào
mạng. Thiết bị relay/friend được gắn lên trần của phòng
thử nghiệm để hạn chế sự ảnh hưởng của các vật cản. Thiết
bị hiển thị thông tin được đặt tại các vị trí bất kỳ trong
phòng để theo dõi sự thay đổi thông tin.
Tác giả đã thử nghiệm bằng cách sử dụng máy tính kết
- Màn hình E-ink: Kích thước 2.13 inch, kích thước
SOÁ 04A (CS.01) 2020
TAÏP CHÍ KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN VAØ TRUYEÀN THOÂNG
80
Lương Công Duẩn
(a)
(b)
(c)
(d)
Hình 9: Mô hình triển khai thử nghiệm
nối với gateway và thử nghiệm truyền tin xuống các thiết
bị hiển thị thông tin. Trong đó thông tin truyền xuống bao
gồm tên sản phẩm, giá sản phẩm chính, giá sản phẩm
khuyến mãi và QR-Code dẫn đến đường link về thông tin
sản phẩm. Sau khi thiết bị thức dậy, thiết bị lấy dữ liệu từ
thiết bị friend sau đó cập nhật tin tức và hiển thị thông tin
sản phẩm như Hình 8.
Hình 10: Năng lượng tiêu thụ của các thiết bị ở các chế độ
hoạt động: (a) quá trình đo kiểm năng lượng; (b) ngủ sâu;
(c) thức dậy, không có nội dung cập nhật; (d) thức dậy, có
bản tin cập nhật
B). Khả năng mở rộng
nguồn cho màn hình, hiển thị nội dung sau đó cắt nguồn
cấp của màn hình và tiếp tục đi vào chế độ ngủ sâu. Nếu
không có bản tin cập nhật, màn hình tiếp tục được duy trì
hiển thị thông tin cũ nhờ cơ chế duy trì hiển thị không cần
nguồn cấp của màn hình E-ink.
Tác giả đã tiến hành triển khai thử nghiệm thực tế để
đánh giá khả năng quản lý và mở rộng mô hình. Kết quả
thử nghiệm khả năng truyền giữa các relay trong mạng khi
có vật cản và không có vật cản cụ thể như sau:
Kết quả đo đạc điện năng tiêu thụ của thiết bị hiển thị
thông tin được thể hiện ở Hình 10.
Năng lượng tiêu thụ của thiết bị hiển thị thông tin ở các
chế độ cụ thể đo được như thể hiện trên Bảng 2.
Truyền thẳng
Vật cản là cửa kính
Vật cản là tường, bê tông
22m
18m
13m
Bảng 2. Kết quả đo dòng điện tiêu thụ của thiết bị
thông tin tại ba chế độ hoạt động.
Từ kết quả này, tác giả tiến hành lắp đặt các thiết bị
relay với khoảng cách phù hợp tùy thuộc vào khu vực mà
các relay được lắp đặt như Hình 9.
Với chương trình phát triển trên IC 8258, mỗi friend có
khả năng quản lý tối đa 64 thiết bị Low Power. Do đó, khi
số lượng thiết bị hiển thị thông tin tăng thì cần phải tăng số
lượng thiết bị relay/friend để đảm bảo một thiết bị Low
Power được ghép đôi với một thiết bị friend.
Về cơ bản bằng cách sử dụng mạng Bluetooth Mesh
không gian quản lý bị giới hạn bởi số lượng thiết bị relay.
Cụ thể ở ứng dụng do tác giả đề xuất, khả năng quản lý mở
rộng phụ thuộc vào số lượng thiết bị relay và vị trí của thiết
bị relay trong mạng. Do vậy, khi triển khai thực tế kỹ thuật
viên cần căn cứ vào địa hình triển khai để cấu lựa chọn số
thiết bị relay/friend phù hợp.
Dòng điện
TB
1.21 µA
5.89 mA
7.08 mA
Thời gian
(giây)
-
Chế độ
Ngủ sâu
Thức – Không cập nhật
Thức – Có cập nhật
3.3
19.3
Bảng 3. Tính toán khả năng làm việc của thiết bị với
pin CR2032.
C). Năng lượng tiêu thụ
Do số lượng thiết bị hiển thị thông tin được sử dụng
thường lớn nên năng lượng tiêu thụ, thời gian sử dụng của
thiết bị hiển thị thông tin là một trong những vấn đề rất
được quan tâm. Như đã đề xuất ở mô hình thử nghiệm, các
thiết bị hiển thị thông tin LD được đặt ở chế độ hoạt động
Low Power. Do vậy, thời gian chính của thiết bị là ngủ và
luôn cần một thiết bị friend để hỗ trợ lưu giữ bản tin truyền
đến. Ngoài ra, để tối ưu năng lượng mà thiết bị sử dụng, tác
giả đã thiết kế sử dụng IC 8258 để chủ động điều khiển
nguồn cấp cho màn hình E-ink và duy trì IC hoạt động ở
chế độ ngủ sâu trong thời gian dài. Cụ thể, IC chỉ được kích
hoạt bộ định thời 32KHz để đếm thời gian cho IC thức dậy
kiểm tra bản tin, nếu như có bản tin đến IC thực hiện cấp
Theo khảo sát thực tế tại các chuỗi cửa hàng siêu thị,
thông tin chủ yếu cần thay đổi là giá sản phẩm và thường
được thay đổi vào đầu ngày làm việc. Do đó, tác giả thử
nghiệm cho thiết bị định kỳ ngủ dậy tối đa 2 lần/ngày để
cập nhật thông tin sản phẩm, từ đó tính toán ra năng lượng
tiêu thụ của thiết bị. Ngoài ra, để đảm bảo tính nhỏ gọn của
thiết bị, tác giả đề xuất sử dụng pin CR2032[11] (dung
lượng 200mAh) phổ thông trên thị trường làm nguồn cung
cấp năng lượng cho thiết bị. Kết quả tính toán được tính
trên giả thiết mỗi ngày sản phẩm đều được cập nhật thông
tin 02 lần được trình bày trong Bảng 3.
SOÁ 04A (CS.01) 2020
TAÏP CHÍ KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN VAØ TRUYEÀN THOÂNG
81
ỨNG DỤNG BLUETOOTH MESH XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẬP NHẬT THÔNG TIN SẢN PHẨM………
Như vậy theo tính toán, thiết bị có khả năng làm việc
bằng pin trong khoảng thời gian khoảng 04 năm bằng pin
CR2032 mà không cần sạc lại năng lượng trong quá trình
làm việc. Khả năng làm việc với thời gian lớn bằng pin
giúp cho hệ thống tiết kiệm được chi phí vận hành và bảo
trì hệ thống.
USING BLUETOOTH MESH TO DESIGN
INFORMATION UPDATED PRODUCTS SYSTEM
FOR SUPERMARKETS AND SHOPS
Abstract - This paper proposes an information updated
product system for supermarkets, shops by using Bluetooth
Mesh and E-ink technology. This designing model has
advantages: Easy to deployed and expanded, less limited
by the size of the store; Synchronize many stores by a
server; Highly flexible; Ability to operate for a long time
with battery.
Keywords — Internet of Things, IoT, Bluetooth Low
Energy (BLE), Wireless Sensor Network (WSN), Wireless
Mesh Networks, Bluetooth SIG, Low Power Node (LPN),
E-Ink, E-Paper.
V. KẾT LUẬN
Kết quả thử nghiệm và đánh giá cho thấy mô hình tác
giả đề xuất có khả năng đáp ứng được các yêu cầu phục vụ
cho nhu cầu cập nhật thông tin sản phẩm cho các chuỗi cửa
hàng, siêu thị một cách tự động. Mô hình có khả năng hoạt
động trong không gian quy mô rộng, với số lượng lớn thiết
bị và có khả năng hoạt động với pin trong thời gian dài.
Tuy nhiên, do giá thành của linh kiện E-ink hiện tại còn
cao nên ảnh hưởng lớn đến giá thành của hệ thống. Kết quả
nghiên cứu là nền tảng để tác giả thực hiện các nghiên cứu
kế tiếp nhằm đưa kết quả nghiên cứu thành ứng dụng thực
tế. Trong giai đoạn sắp tới, tác giả tiếp tục nghiên cứu, đánh
giá khả năng hoạt động của mô hình ở quy mô lớn hơn, đề
xuất thử nghiệm sản phẩm ở các chuỗi cửa hàng, siêu thị
từ đó những điều chỉnh để hoàn thiện hướng nghiên cứu
này.
Lương Công Duẩn tốt nghiệp Thạc Sỹ
ngành Kỹ thuật Viễn thông tại Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông năm
2018. Hiện đang là giảng viên tại khoa Kỹ
thuật Điện tử I, Học viện Công nghệ Bưu
chính Viễn thông.
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Học Viện Công nghệ
Bưu chính Viễn thông (PTIT) trong đề tài mã số 004-HV-
2020-ĐT1.
VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] M. Baert, J. Rossey, A. Shahid, and J. Hoebeke, “The
bluetooth mesh standard: An overview and experimental
evaluation,” Sensors (Switzerland), vol. 18, no. 8, 2018.
[2] J. Wang, Y. Feng, J. Guo, Y. Li, and X. Li, “Preparation and
characterization core‐shell particles and application for E-
Ink,” J. Appl. Polym. Sci., vol. 116, no. 5, pp. 2658–2667,
2010.
[3] G. Patti, L. Leonardi, and L. Lo Bello, “A Bluetooth Low
Energy real-time protocol for industrial wireless mesh
networks,” IECON 2016 - 42nd Annu. Conf. IEEE Ind.
Electron. Soc., vol. IECON 2016, pp. 4627–4632, 2016.
[4] L. Leonardi, G. Patti, and L. Lo Bello, “Multi-Hop Real-
Time Communications over Bluetooth Low Energy
Industrial Wireless Mesh Networks,” IEEE Access, vol. 6,
pp. 26505–26519, 2018.
[5] S. M. Darroudi and C. Gomez, “Bluetooth low energy mesh
networks: A survey,” Sensors (Switzerland), vol. 17, no. 7.
2017.
[6] S. Bluetooth, “Mesh Device Properties Bluetooth
Specification,” 2017.
[7] S. Bluetooth, “Mesh Model Bluetooth Specification,” 2015.
[8] S. Bluetooth, “Mesh Profile Bluetooth Specification.” 2019.
[9] P. Gomathinayagam and S. Jayanthy, “Implementation of
mesh network using bluetooth low energy devices,” in
Lecture Notes in Electrical Engineering, 2018, vol. 446, pp.
205–213.
[10] M. Woolley, “Bluetooth Mesh Models Technical
Overview,” no. March, pp. 1–41, 2019.
[11] Energizer, “Energizer CR2032 Product Datasheet,” 2018,
no. 2032, p. 2032, 2018.
SOÁ 04A (CS.01) 2020
TAÏP CHÍ KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN VAØ TRUYEÀN THOÂNG
82
6 trang
18140
Free
Bạn đang xem tài liệu "Ứng dụng Bluetooth Mesh xây dựng hệ thống cập nhật thông tin sản phẩm cho siêu thị và cửa hàng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- ung_dung_bluetooth_mesh_xay_dung_he_thong_cap_nhat_thong_tin.pdf
