Latency performance of BLE wireless sensor networks

Bluetooth Low Energy (BLE) has gained a lot of popularity since its introduction in the Bluetooth Core 4.0 standards followed by core 5.0 by Bluetooth SIG; this popularity was mainly due to its compatibility with modern smartphones and most of the PCs rather than other communication protocols such as XBee and LoRa, which needs a specific hardware. BLE provides low energy and low-cost solutions for low data rate wireless communication. However, it has not only confined in data transmission area, but also it has expanded in many applications (i.e. indoor localization, proximity, smart cities, entertainment, wearables and vending machines, etc..). Due to the high presence of this technology in many smart devices besides the co-existence with other RF technologies which uses the ISM band (i.e. XBss, Wi-Fi, etc.) a high dense traffic is present in the ISM band. As a result, this has led to a higher latency in the system due to the collisions occurrence in this noisy medium, which can be critical in many low-latency applications such as indoor localization. So, in this thesis we discuss the effect of the existence of multiple broadcaster BLE nodes in an indoor environment by simulating a system of scanner-advertisers fleet and observing the effect of many variables in the system such as the topology of the advertising nodes, the BLE characteristics of the system and the channel effect on the latency of the discovery process and the collision rate in the network.

Bluetooth Low Energy (BLE) ha guadagnato molta popolarità dalla sua introduzione negli standard Bluetooth Core 4.0, seguita dal core 5.0 da Bluetooth SIG; questa popolarità era principalmente dovuta alla sua compatibilità con smartphone moderni e la maggior parte dei PC piuttosto che con altri protocolli di comunicazione come XBee e LoRa che necessita di un hardware specifico. BLE offre una soluzione a basso consumo energetico e a basso costo per comunicazioni wireless a bassa velocità di trasmissione dati. Tuttavia, non si è limitato solo all'area di trasmissione dei dati, ma si è anche esteso in molte applicazioni (ad es. localizzazione interna, prossimità, città intelligenti, intrattenimento, dispositivi indossabili e distributori automatici, ecc.). A causa dell'alta presenza di questa tecnologia in molti dispositivi intelligenti oltre alla coesistenza con altre tecnologie RF che utilizzano la banda ISM (ovvero XBee, Wi-Fi, ecc.) si è creato un traffico denso nella banda ISM. Questo fatto, di conseguenza, ha portato a una latenza più elevata nel sistema a causa del verificarsi di collisioni in questo mezzo rumoroso e ciò può essere fondamentale in molte applicazioni a bassa latenza come la localizzazione interna. Quindi, in questa tesi discutiamo l'effetto dell'esistenza di più nodi BLE in un ambiente interno simulando un sistema di scanner-advertiser e osservando l'effetto di molte variabili nel sistema come la topologia dei nodi advertiser, le caratteristiche del sistema e effetto del canale sulla latenza del processo di rilevamento e sul tasso di collisione nella rete.