Bluetooth

Introdução

• Ericsson, IBM, Intel , Nokia e Toshiba (1994).– Special Interest Group (SIG).• Consórcio.

• Conexão de dispositivos móveis, sem fio.• Utilizando rádios sem fio de curto alcance,

baixa potência e baixo custo.• O nome deriva de Harald Blaatand II (940-

981).– Rei viking que unificou a Dinamarca e a Noruega.

Ideia original

• Embora a ideia original fosse apenas se livrar dos cabos entre dispositivos, ela logo começou a expandir seu escopo sendo utilizada também nas áreas de LANs sem fio.– Para piorar a situação, uma interferia na outra.

• A HP criou uma rede de infravermelho para conectar periféricos sem fio, mas não obteve êxito.

Padronização

• O consórcio do Bluetooth emitiu uma especificação de 1500 páginas da versão 1.0.– Refere-se a um padrão completo com todas as

camadas.• Logo depois, o IEEE adotou o documento

como base e começou a modificá-lo.– Padronização apenas das camadas física, enlace e

dados ignorando o restante da pilha de protocolos.

Arquitetura do Bluetooth

• A unidade básica de um sistema Bluetooth é uma piconet.

• Uma piconet consiste de um nó mestre e até sete nós escravos ativos situados em uma distância de até dez metros.

• Podem existir muitas piconets em uma mesma sala sendo possível, até mesmo, interconectá-las por um nó ponte.– Scatternet.

Arquitetura do Bluetooth (2)

Nós estacionados

• Além dos sete nós escravos ativos, pode haver até 255 nós estacionados (inativos) na rede.

• Esses nós são dispositivos que o mestre comutou para um estado de baixa energia, a fim de reduzir o consumo em suas baterias.

• No estado estacionado, um dispositivo não pode fazer nada, exceto responder a um sinal de ativação ou de baliza do mestre.

• Também existem dois estados de energia intermediários:– Hold e Sniff.

Estrutura mestre/escravo

• A razão para a estrutura mestre/escravo é que os projetistas pretendiam facilitar a implementação de chips Bluetooth completos por menos de cinco dólares.

• Os escravos não são inteligentes, fazem apenas o que o mestre determina.

TDM centralizado

• Em seu núcleo, uma piconet é um sistema TDM centralizado.

• O mestre controla o clock e define qual dispositivo irá se comunicar em cada slot de tempo.

• Toda comunicação é feita entre o mestre e um escravo.– Não é possível a comunicação direta entre

escravos.

Aplicações do Bluetooth

• A maioria dos protocolos de rede só fornecem canais entre as entidades que se comunicam.– Descobrir a utilidade desses canais é tarefa do

projetista de aplicações.• Em contraste, a especificação Bluetooth

identifica treze aplicações específicas, denominadas de perfis.– E fornece diferentes pilhas de protocolos para

cada uma

Perfis do Bluetooth

Perfil de Acesso genérico

• Este perfil não é realmente uma aplicação, mas sim a base sobre a qual são elaboradas as aplicações reais.

• Fornece um meio seguro (canais) entre o mestre e os escravos.

Perfil de Porta serial

• Um protocolo de transporte utilizado pela maioria dos outros perfis.

• Emula uma linha serial sendo útil para aplicações de tecnologia antiga que esperam encontrar uma linha serial.

Perfis relacionados às rede

• Acesso de LAN.– Permite que um dispositivo conecte-se a uma rede

LAN.• Rede Dial-up.– Esse perfil foi a motivação original de todo o projeto.

Permite que um notebook se conecte a um telefone móvel contendo um modem interno sem fio.

• Intercomunicador.– Permite que dois telefones atuem como

comunicadores.

Pilha de protocolos

• A estrutura de camadas não segue o modelo OSI, TCP/IP ou o modelo 802.

• A estrutura básica esta representada na figura abaixo.

Camada Física de rádio

• Corresponde à Camada física no modelo OSI.• Ele lida com a transmissão e a modulação de rádio.• A preocupação dos projetistas com esta camada é

tornar o sistema mais econômico, para que possa ser um item do mercado de massa.

• Move os bits do mestre para o escravo ou vice-versa.• Opera em uma banda de 2,4 GHz. A banda está

dividida em 79 canais de um MHz cada.– Grande parte desse espectro é consumido por overhead.

Camada Banda Base

• Análoga a subcamada MAC.• Lida com a maneira como o mestre controla os

slots de tempo e como esses slots são agrupados em quadros.

• Esta camada cuida também do gerenciamento de energia, autenticação e qualidade de serviço.

Slots de tempo

• O mestre em cada piconet define uma serie de slots de tempo de 625s, com as transmissões do mestre começando nos slots pares e as transmissões dos escravos começando nos slots impares.

• Um quadro pode ter 1, 3 ou 5 slots de duração.

Tipos de enlaces

• Cada quadro é transmitido sobre um canal lógico, entre o mestre e o escravo.

• Há dois tipos de enlaces:– Assyncronous Connection-Less (ACL).

• Melhor esforço.• Um escravo só pode ter um enlace ACL para seu mestre.

– Synchronous Connection Oriented (SCO).• Um slot fixo em cada sentido.• Quadros não são retransmitidos.• Um escravo pode ter até 3 enlaces com seu mestre.

Camada L2CAP

• Possui três funções:– Aceita pacotes de até 64 KB das camadas superiores e os

divide em quadros para a transmissão. Na outra extremidade os quadros são remontados em pacotes.

– Multiplexação ou demultiplexação. Determina a qual protocolo de camada superior ele será entregue; por exemplo, RFcomm ou telefonia.

– Lida com os requisitos de qualidade de serviço. São determinados o tempo de duração do enlace, o tamanho máximo da carga útil. A ideia é impedir um dispositivo de afogar outro que manipule apenas pacotes abaixo de 64 KB.

O Quadro Bluetooth

• Há vários formatos de quadros. O mais comum é mostrado abaixo.

Campos do quadro

• Começa com um código de acesso que normalmente identifica o mestre. Permite que escravos situados ao alcance de dois mestres possam conhecer o destino de cada tráfego.

• Em seguida há um cabeçalho de 54 bits contendo campos típicos da subcamada MAC.

• Depois vem o campo de dados de 240 bits de tamanho (um único slot) até 2744 bits (cinco slots). O formato é o mesmo.

Cabeçalho

• Endereço.– Identifica qual dos oito dispositivos ativos é o

destino do quadro.• Tipo.– Identifica o tipo de quadro: ACL, SCO ou nulo, o

tipo de correção de erros usado no campo de dados e de quantos slots é a duração do quadro.

• Checksum.– A seguir tem-se os oito bits de verificação.

Campos Flags

• Bit Fluxo.– Definido por um escravo quando o seu buffer está

cheio e não pode mais receber dados.• Bit Confirmação.– Transporta uma mensagem ACK em seu quadro

confirmado a chegada de um quadro.• Bit Sequência.– Usado para numerar os quadros a fim de detectar

retransmissões.• O protocolo é Stop-and-Wait, logo, um bit é suficiente.

Repetição do cabeçalho

• O cabeçalho de 18 bits inteiro é repetido três vezes formando o cabeçalho de 54 bits.

• No receptor, um circuito simples examina cada bit das três cópias, se forem iguais, o bit é aceito, senão, vence a opinião da maioria.

• Conclusão:– Em um ambiente ruidoso com dispositivos de

baixo custo e baixa potência, torna-se necessária muita redundância.