ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ КОНФЛІКТНОЇ ВЗАЄМОДІЇ BLE-ПАКЕТІВ

Володимир Соколов; Антон Новицький; Дмитро Бодненко

doi:10.28925/2663-4023.2025.30.997

Автор(и)

Володимир Соколов Київський столичний університет імені Бориса Грінченка https://orcid.org/0000-0002-9349-7946
Антон Новицький Київський столичний університет імені Бориса Грінченка https://orcid.org/0009-0009-7766-1441
Дмитро Бодненко Київський столичний університет імені Бориса Грінченка https://orcid.org/0000-0001-9303-6587

DOI:

https://doi.org/10.28925/2663-4023.2025.30.997

Ключові слова:

Bluetooth Low Energy, імітаційне моделювання, конфліктна взаємодія сигналів, ESP32, HackRF One, nRF52840, цілісність, доступність, генератор шуму, завада, протидія, завадостійкість радіоканалу.

Анотація

Робота присвячена огляду програмно-апаратного методу імітаційного моделювання BLE-пакетів у перенасиченому середовищі з наявністю завадових сигналів. Метод поєднує Android-застосунок, зовнішні BLE-антени на базі ESP32-S3 та nRF52840, а також SDR-приймач HackRF One, що дозволяє формувати й досліджувати конфліктну взаємодію інформативних і завадових радіосигналів у діапазоні 2,4 ГГц. Об’єктом дослідження є конфліктна взаємодія радіосигналів у BLE-каналі. Предметом дослідження є метод моделювання BLE-пакетів із регульованими параметрами та методика експериментального дослідження впливу генератора завад на якість приймання BLE пакетів. Розроблено джерело BLE-реклами з параметрами, такими як канал, інтервал, довжина корисного навантаження та потужність передавання. Також створено оркестратор за допомогою засобів мови програмування Python, який забезпечує роботу множини передавачів nRF52840 з необхідними попередньо заданим параметрами, дані з яких збираються з двох приймачів – зовнішньої BLE-антени підключеною до Android-пристрою та аналізатора пакетів SmartRF. Проведено серію фізичних експериментів без завад і за наявності широкосмугового завадового сигналу. Продемонстровано, що для Android-приймача частка правильно прийнятих кадрів для коротких рекламних пакетів (2–10 байт) без завад становить у середньому 68–78 %, тоді як для SmartRF вона досягає 80–90 %. За введення завадового сигналу спостерігається суттєве (на порядок) зниження ефективної пропускної спроможності каналу та різке зростання кількості «битих» пакетів, особливо для довгих BLE-кадрів. Побудовано теплові карти розподілу кількості отриманих пакетів для nRF і SmartRF. При проведені експерименту проводилось незалежне спостереження за допомогою аналізатора спектру, побудованого на базі SDR HackRF One. Отримані результати можуть бути використані для оцінки завадостійкості BLE-систем та проєктування радіоканалу для IoT-мереж.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Hulak, H., Zhyltsov, O., Kyrychok, R., Korshun, N., & Skladannyi, P. (2023). Enterprise Information and Cyber Security. [Textbook]. Borys Grinchenko Kyiv Metrop. Univ.

Kostiuk, Y., Skladannyi, P., Bebeshko, B., Khorolska, K., Rzaieva, S., & Vorokhob, M. (2025). Information and Communication Systems Security. [Textbook]. Borys Grinchenko Kyiv Metrop. Univ.

Kostiuk, Y., Skladannyi, P., Hulak, H., Bebeshko, B., Khorolska, K., & Rzaieva, S. (2025). Information Security Systems. [Textbook]. Borys Grinchenko Kyiv Metrop. Univ.

Sokolov, V., Skladannyi, P., & Astapenya, V. (2023). Bluetooth Low-Energy Beacon Resistance to Jamming Attack. In 2023 IEEE 13th Int. Conf. on Electronics and Information Technologies (ELIT) (pp. 270–274).

TajDini, M., Sokolov, V., & Buriachok, V. (2019). Men-in-the-Middle Attack Simulation on Low Energy Wireless Devices using Software Define Radio. In 8th Int. Conf. on “Mathematics. Information Technologies. Education:” Modern Machine Learning Technologies and Data Science, vol. 2386 (pp. 287–296).

Pakanon, N., Chamchoy, M., & Supanakoon, P. (2020). Study on Accuracy of Trilateration Method for Indoor Positioning with BLE Beacons. In 2020 6th Int. Conf. on Engineering, Applied Sci. and Technol. https://doi.org/10.1109/ICEAST50382.2020.9165464

Ghamari, M., Villeneuve, E., Soltanpur, C., Khangosstar, J., Janko, B., Sherratt, R., & Harwin, W. (2018). Detailed Examination of a Packet Collision Model for Bluetooth Low Energy Advertising Mode. IEEE Access, 6, 46066–46073. https://doi.org/10.1109/access.2018.2866323

Kindt, P., Park, S., & Chakraborty, S. (2018). Fast Collision Simulation for Cyclic Wireless Protocols. ArXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.01645

Raj, M., & Achuthan, K. (2022). Transmission Modeling and Attack Simulation of Bluetooth Low Energy. In 2022 2nd Int. Conf. on Interdisciplinary Cyber Physical Systems (ICPS) (pp. 93–98). https://doi.org/10.1109/icps55917.2022.00025

Shavelis, R., & Ozols, K. (2020). Bluetooth Low Energy Wireless Sensor Network Library in MATLAB Simulink. J. Sens. Actuator Netw., 9, 38. https://doi.org/10.3390/jsan9030038

Shan, G., Lee, B., Shin, S., & Roh, B. (2017). Design and Implementation of Simulator for Analysis of BLE Broadcast Signal Collision. In 2017 Int. Conf. on Information Networking (ICOIN) (pp. 448–452). https://doi.org/10.1109/icoin.2017.7899533

Nikodem, M., & Bawiec, M. (2019). Experimental Evaluation of Advertisement-based Bluetooth Low Energy Communication. Sensors, 20. https://doi.org/10.3390/s20010107

Nikodem, M., Słabicki, M., & Bawiec, M. (2020). Efficient Communication Scheme for Bluetooth Low Energy in Large Scale Applications. Sensors, 20. https://doi.org/10.3390/s20216371

Pang, B., Claeys, T., Vankeirsbilck, J., T’Jonck, K., Hallez, H., & Boydens, J. (2023). A Novel Model to Quantify the Impact of Transmission Parameters on the Coexistence Between Bluetooth Low Energy Pairs. IEEE Internet Things J., 10, 1733–1745. https://doi.org/10.1109/jiot.2022.3209874

Pang, B., T’Jonck, K., Claeys, T., Pissoort, D., Hallez, H., & Boydens, J. (2021). Bluetooth Low Energy Interference Awareness Scheme and Improved Channel Selection Algorithm for Connection Robustness. Sensors, 21. https://doi.org/10.3390/s21072257

Kim, M. (2017). An Analysis of Packet Collision Probability due to Inter-Piconet Interference in the Bluetooth Low Energy Networks. J. Inst, Electr. Eng. Korea, 54, 3–11. https://doi.org/10.5573/ieie.2017.54.8.3

Del-Valle-Soto, C., Valdivia, L., Velázquez, R., Del-Puerto-Flores, J., Varela-Aldás, J., & Visconti, P. (2025). Adaptive Jamming Mitigation for Clustered Energy-Efficient LoRa-BLE Hybrid Wireless Sensor Networks. Sensors, 25. https://doi.org/10.3390/s25061931

Park, W., Eo, S., Joo, C., & Bahk, S. (2024). B-Hop: Time-Domain Adjustment of BLE Frequency Hopping Against Wi-Fi Beacon Interference. IEEE Internet Things J., 11, 12853–12863. https://doi.org/10.1109/jiot.2023.3337252

Sokolov, V., Skladannyi, P., & Platonenko, A. (2022). Video Channel Suppression Method of Unmanned Aerial Vehicles. In 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO) (pp. 473–477). https://doi.org/10.1109/elnano54667.2022.9927105

Sokolov, V., Skladannyi, P., & Korshun, N. (2023). ZigBee Network Resistance to Jamming Attacks. In 2023 IEEE Int. Conf. on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo) (pp. 161–165). https://doi.org/10.1109/ukrmico61577.2023.10380360

Sokolov, V., Skladannyi, P., & Mazur, N. (2023). Wi-Fi Repeater Influence on Wireless Access. In 2023 IEEE 5th Int. Conf. on Advanced Information and Communication Technologies (AICT) (pp. 33–36). https://doi.org/10.1109/aict61584.2023.10452421

Sokolov, V., Skladannyi, P., & Platonenko, A. (2023). Jump-Stay Jamming Attack on Wi-Fi Systems. In 2023 IEEE 18th Int. Conf. on Computer Science and Information Technologies (CSIT) (pp. 1–5). https://doi.org/10.1109/csit61576.2023.10324031

Sokolov, V., Skladannyi, P., & Astapenya, V. (2023). Wi-Fi Interference Resistance to Jamming Attack. In 2023 IEEE 5th Int. Conf. on Advanced Information and Communication Technologies (AICT) (pp. 1–4). https://doi.org/10.1109/aict61584.2023.10452687

Novytskyi, A., Sokolov, V., Kriuchkova, L., & Skladannyi, P. (2025). Determining the Error Distribution of BLE Beacons at Antenna Near and Far Fields. In 4th Int. Conf. on Cyber Hygiene & Conflict Management in Global Information Networks (CH&CMiGIN’2025), vol. 4024 (pp. 133–143).