Bluetooth - GTA UFRJ

Universidade Federal do Rio de Janeiro
Departamento de Eletrônica
Discliplina: RedesI
Prof:Otto
Bluetooth
André Quadros
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
Bluetooth
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
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
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
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.
Bluetooth

Canal utilizando FH/TDD
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
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
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
Bluetooth

Link ACL
Transmissão de pacotes com duração de mais de um slot de tempo
Bluetooth

Taxas disponíveis em ACL
Bluetooth
Links SCO e ACL em uma piconet com
um master e dois slaves
Bluetooth

Definiçao dos pacotes
– Todos os pacotes possuem o mesmo formato
– Código de Acesso - 72 bits
– Header - 54 bits
– Payload - 0 à 2745 bits
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)
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
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

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.
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.

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.
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.
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
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
Bluetooth

Inquiry
D
F
H
G
M
A
O
E
P
B
K
J
L
I
10 meters
N
Q
C
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.
Bluetooth

Paging
D
F
H
G
M
A
O
E
N
P
B
K
J
L
I
Q
C
Bluetooth

Paging
D
F
H
M
G
A
P
B
O
E
N
K
J
L
I
Q
C
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.
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.
Bluetooth
 Modos de
– . Purpose
Conexão
Active mode enables
master/slave communications
in any given frame.
Mode
Active
Hold mode frees a slave for a Hold
predetermined one time hold
period.
Sniff mode frees a slave for
Sniff
predetermined, recurring,
fixed time periods.
Parking enables a master to
Park
connect to as many as 255
parked devices in addition to
its 7 active devices
Standby is the default mode Standby
for any Bluetooth device
Addressing
State
Power
AMA
Conected High
Master to Slave
Access Time
Any given frame
(1250 ms)
AMA
Connected
Low
At end of hold duration
(T hold)
AMA
Connected
Low
At end of sniff intervals
(T sniff)
PMA
Parked
Lower At beacon time intervals
(T beacon) plus some
reconnection overhead
None
Standby
Lowest
Paging cycle or
Inquiry & Paging cycle
(2-10s)
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
Bluetooth

Segurança
– Chave de Autenticação
initialization key (Kinit)
 temporary key (Kmaster)
 combination key (KAB)
 unit key (KA)

– Encriptação
 Cipher Key Kc.
Bluetooth

Processo de Autenticação
Bluetooth

Chave de Unidade
– KA é usado como chave de link
Bluetooth

Chave de Combinação
Bluetooth

Encriptação
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
Bluetooth

Referências
– 1. Specification of the Bluetooth System — Core; available online
–
–
–
–
http://www.bluetooth.com/developer/specification/Bluetooth_11_Spe
cifications_Book.pdf.
2. Specification of the Bluetooth System — Profiles; available online
http://www.bluetooth.com/developer/specification/Bluetooth_11_Prof
iles_Book.pdf.
3. BLUETOOTH—The universal radio interface for ad 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