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Universidade Federal do Rio de Janeiro Departamento de Eletrônica Discliplina: RedesI Prof:Otto Bluetooth André Quadros.

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1 Universidade Federal do Rio de Janeiro Departamento de Eletrônica Discliplina: RedesI Prof:Otto Bluetooth André Quadros

2 Bluetooth O que é Bluetooth? – Interface de rádio universal – Pequena distância (10 m) – Conexão entre dispositivos eletrônicos portáteis – Redes Ad Hoc – Elimina necessidade cabos em modems, PDAs computadores, impressoras, projetores, etc. – Baixa pôtência, custo e complexidade

3 Bluetooth

4 Bluetooth Conectividade em sistemas sem fio – Em sistemas de rádio convencionais, o móvel se conecta a uma estação base que gerencia a comunicação entre este móvel e outros terminais. – O acesso ao canal, alocação de canal, controle de tráfego e minimização de interferência são controlados pela estação base. – Exemplos: GSM. D-AMPS, IS-95, WLAN, etc

5 Bluetooth Conectividade em sistemas AD Hoc – Em sistemas AD Hoc não existe diferenciação entre terminal e estação base. – Comunicação ponto-a-ponto – Não existe central de controle para que as unidades possam fazer as conexões ou para dar suporte a estas conexões – Não necessita operadora – Várias conexões AD Hoc podem compartilhar o meio sem necessidade de uma estação de controle

6 Bluetooth Espectro de Frequência – O sistema deve operar em qualquer parte do mundo e a banda de frequência deve ser aberta ao público sem a necessidade de licenças – A única banda de frequência que satisfaz estes requisitos é a 2,45 GHz - Industrial-Scientific medical (ISM) band – 2400 MHz à 2483,5 MHz nos EUA e na Europa (apenas parte desta banda está disponível na França e Espanha) – 2471 MHz à 2497 MHz no Japão

7 Bluetooth Definição do Canal – Esquema FH/TDD – A banda do canal é de 80 MHz dividido em 79 canais de salto (hop channel) – FH (Frequency Hopping) – O canal é dividido em slots de 625 us onde é definida uma frequência de salto para cada slot. – Taxa de salto é igual a 1600 saltos/s.

8 Bluetooth Canal utilizando FH/TDD

9 Bluetooth Link Físico – Syncronous connection-oriented (SCO); – Assyncronous connectionless (ACL); – O link SCO suporta conexões ponto-a-ponto entre o master e um único slave na piconet e é tipicamente utilizado para voz. – O master mantém o link SCO usando slots reservados em intervalos regulares. – O link ACL é um link ponto-a-multiponto entre o master e todos os slaves da piconet. – Este tipo de link é utilizado tipicamente para transmissão de dados em burst

10 Bluetooth Link SCO – Três tipos de pacotes para voz com uma taxa de 64 kbits/s. – Voz é enviada sem proteção mas pode ser usado um código de paridade 1/3 ou 2/3 – Conexão comutada a circuito entre o master e o slave. – Reserva slots para transmissão

11 Bluetooth Link ACL – Conexão comutada a pacotes entre o master e todos os slaves ativos da piconet. – Pacotes de dados ocupando 1, 3 ou 5 slots – Transmissão é feita nos slots de tempo não reservados para os links SCO. – Para garantir integridade dos dados é aplicada retransmissão de pacotes. – Taxa máxima 721 kbits/s em uma direção e 57,6 kbits

12 Bluetooth Link ACL Transmissão de pacotes com duração de mais de um slot de tempo

13 Bluetooth Taxas disponíveis em ACL

14 Bluetooth Links SCO e ACL em uma piconet com um master e dois slaves

15 Bluetooth Definiçao dos pacotes – Todos os pacotes possuem o mesmo formato – Código de Acesso - 72 bits – Header - 54 bits – Payload - 0 à 2745 bits

16 Bluetooth Código de Acesso – Sincronização, compensação de offset e identificação – O receptor só aceitará pacotes cujo código de acesso correlacionar com o master – Três tipos: Código de Acesso ao Canal (CAC) Código de Acesso ao Dispositivo (DAC) Código de Inquiry (IAC)

17 Bluetooth Código de Acesso – Código de Acesso ao Canal (CAC) Identifica os pacotes da rede Inluído em todos os pacotes da piconet – Código de Acesso ao dispositivo (DAC) Procedimento de sinalização (paging) – Código de Acesso de Inquiry (IAC) Descobrir quais unidades estão na localidade

18 Bluetooth Header – Informações sobre o link de controle AM_ADDR: 3 bits - active member address TYPE: 4 bits - type code FLOW: 1 bit - flow control ARQN: 1bit - acknowledge indication SEQN: 1bit - sequence number HEC: 8 bit - header error check

19 Bluetooth – O AM_ADDR Representa o endereço de uma unidade ativa Cada slave recebe um endereço temporário de 3 bits para ser usado quando estiver ativo. Todos os pacotes trocados entre mestre e slave carregam este endereço. – TYPE Podem existir dezesseis tipos diferentes de pacotes. O código de quatro bits "TYPE" é utilizado para especificar qual tipo está sendo usado.

20 Bluetooth – ARQN informar ao transmissor sobre o sucesso da transferência de um pacote de dados de payload com CRC. Se a recepção foi feita com sucesso, um ACK (ARQN=1) é enviado, senão um NACK (ARQN=0). – FLOW Este bit é utilizado para fluxo de controle sobre o link ACL.Quando o buffer no receptor está cheio, é retornado uma indicação de STOP (FLOW=0) para o transmissor parar com a transmissão do fluxo de dados.

21 Bluetooth – O SEQN numeração sequencial para ordenar o stream no pacote de dados com CRC. Isto é feito para evitar o recebimento de um mesmo pacote que foi retransmitido. – HEC Cada header possui um header-error-check para garantir a integridade do cabeçalho. Se o HEC não não casa, então o pacote inteiro é descartado.

22 Bluetooth Payload O campo voz possui um tamanho fixo. Para pacotes HV possuem 240 bits enquanto que os pacotes DV, 80 bits. O header do payload não está presente neste caso. O campo dados consiste de três segmentos: um cabeçalho do payload, o corpo do payload e possivelmente um código CRC.

23 Bluetooth Estabelecendo Conexão – As unidades de rede Bluetooth devem ser capazes de descobrir o endereço de outras unidades nas proximidades sem a necessidade de intervenção do usuário. Assim, foram definidos para estabelecer as conexões: inquiry page scan

24 Bluetooth Inquiry – Master difunde mensagens de inquiry – Descobrir quais unidades estão no alcance – Resposta com um pacote do tipo FHS (Frequency Hopping Synchronization) contendo informações sobre sincronismo e sua identidade – Temporização aleatória para evitar colisões

25 Bluetooth Inquiry D A 10 meters H M N L P O Q B C F K J G I E D A M N L P O Q B C F K J G I E

26 Bluetooth Paging – Master difunde mensagens de paging tentando estabelecer conexão com terminais descobertos no processo de inquiry. – São enviados 2 mensagens de paging a cada 1,25 ms. – A mensagem é enviada em broadcast mas contém o endereço do slave B – Este processo se repete até que todos os outros dispositivos estejam conectados.

27 Bluetooth Paging D E F H G I K J C M N L P O Q B B A A

28 Bluetooth D H B C M N L P O Q E F G I J F J I E G K K A

29 Bluetooth Scan – Para economizar energia, os dispositivos que estiverem ociosos podem "dormir". – Acordam periodicamente para verificar se existe algum outro dispositivo tentando estabelecer uma conexão. – A janela de varredura utilizada é de 10 ms. – Duas sequências de 16 saltos.

30 Bluetooth Modos de Conexão – Um dispositivo Bluetooth pode assumir quatro modos de conexão – Active mode – Hold mode – Sniff mode – Park mode – Atráves desses modos pode ajustar a potência, ajustar performance, fazer paging entre outros.

31 Bluetooth Modos de Conexão –.

32 Bluetooth Segurança – BD_ADDR Endereço de 48 bits único para cada unidade – Chave de Autenticação Tamanho fixo de 128 bits – Chave de Encriptação Pode variar de 1 a 16 octetos (8 a 128 bits) – RAND Número aleatório de 128 bits

33 Bluetooth Segurança – Chave de Autenticação initialization key (Kinit) temporary key (Kmaster) combination key (K AB ) unit key (K A) – Encriptação Cipher Key Kc.

34 Bluetooth Processo de Autenticação

35 Bluetooth Chave de Unidade – K A é usado como chave de link

36 Bluetooth Chave de Combinação

37 Bluetooth Encriptação

38 Bluetooth Conclusão – Bluetooth é um sistema de rádio universal – Pequeno alcance – Opera na faixa de 2,5 GHz – Utiliza CDMA e FH/TDD – Possui 80 canais de 1MHz – Dois tipos de links - SCO e ACL – Autenticação e Encriptação de dados

39 Bluetooth Referências – 1. Specification of the Bluetooth System Core; available online cifications_Book.pdf. – 2. Specification of the Bluetooth System Profiles; available online iles_Book.pdf. – 3. BLUETOOTHThe universal radio interface for ad hoc, wireless connectivity - Jaap Haartsen - Ericson Review nro – 4. The Bluetooth Radio System - Jaap C. Haartsen - Ericson Radio Systems B. V. - IEEE Personal Communications - February 2000 – 5.www.xilinx.com/esp/technologies/wireless_networks/bluetooth.htmwww.xilinx.com/esp/technologies/wireless_networks/bluetooth.htm


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