Universidade Federal do Rio de Janeiro Departamento de Eletrônica Discliplina: RedesI Prof:Otto

1. Universidade Federal do Rio de JaneiroDepartamento de EletrônicaDiscliplina: RedesIProf: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 dadoscom 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 D F F N N H G G M M A A P P B B O O E E K K J J L L Q Q I I C C 10 meters 10 meters

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

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

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 de10 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 (KAB) • unit key (KA) • Encriptação • Cipher Key Kc.

34. Bluetooth • Processo de Autenticação

35. Bluetooth • Chave de Unidade • KA 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 http://www.bluetooth.com/developer/specification/Bluetooth_11_Specifications_Book.pdf. • 2. Specification of the Bluetooth System — Profiles; available online http://www.bluetooth.com/developer/specification/Bluetooth_11_Profiles_Book.pdf. • 3. BLUETOOTH—The universal radio interface forad hoc, wireless connectivity - Jaap Haartsen - Ericson Review nro 3 - 1998 • 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.htm