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Bluetooth Low Energy EEL879 - Redes de Computadores 2 - 2012/2 Luís Henrique M. K. Costa Otto M. B. Duarte André Araujo Pedro de Vasconcellos

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Page 1: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy

EEL879 - Redes de Computadores 2 - 2012/2

Luís Henrique M. K. Costa

Otto M. B. Duarte

André Araujo

Pedro de Vasconcellos

Page 2: Bluetooth Low Energy

Organização

● Bluetooth:– O que é;

– Funcionamento;

● Bluetooth Low Energy:– O que é;

– Tabela Comparativa

– Aplicações;

– Implementação;

– Perguntas;

– Referências;

Page 3: Bluetooth Low Energy

Bluetooth – O que é

● Criado em 1994;● Fim dos cabos;● Frequências de rádio de curto

alcance;● Streaming de dados contínuo;● Conexão wireless robusta;

Page 4: Bluetooth Low Energy

Bluetooth - Funcionamento

● Industrial, Scientific and Medical (2.4GHz a 2.485GHz);

● Frequency-hopping spread spectrum (FHSS);

Page 5: Bluetooth Low Energy

Bluetooth - Funcionamento

● Piconet;

[1]

Page 6: Bluetooth Low Energy

Bluetooth - Funcionamento

● Scatternet;

[1]

Page 7: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – O que é

● Versão 4.0 do Bluetooth, em 2010;

● Conexões com durações de ms;

● Pouco consumo energético;

● Sleep na maior parte do tempo;

Page 8: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – O que é

● Média de 1 uA, com picos de 15 mA;

● Bateria com tamanho de moeda;

[2]

Page 9: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – O que é

● Bluetooth ≠ Bluetooth low Energy (BLE);● Single-mode ou “smart”;● Dual-mode ou "smart ready";

Page 10: Bluetooth Low Energy

Tabela Comparativa

Voz Data Audio Video Estado

Bluetooth ACL/HS X X

Bluetooth SCO/eSCO

X

Bluetooth Low Energy

X

Wi-Fi X X X X

Wi-Fi Direct X X X

Zig Bee X

ANT X[3]

Page 11: Bluetooth Low Energy

Tabela Comparativa

Especificação Técnica Bluetooth Tradiconal Bluetooth Low Energy

Frequência 2400 a 2438 MHz 2400 a 2438.5 MHz

Técnica de Modulação Frequency Hopping Frequency Hopping

Esquema de Modulação GFSK GFSK

Índice de Modulação 0.35 0.5

Número de Canais 79 40

Largura da Banda de Canal 1 MHz 2 MHz

Taxa de dados nominal 1 – 3 Mbps 1 Mbps

Informação útil 0.7- 2.1 Mbps < 0.3 Mbps

Nós / Escravos ativos 7 Ilimitado

Segurança 56 a 128 bits 128 bits AES

Robustez FHSS FHSS

Voz Apto Não apto[4]

Page 12: Bluetooth Low Energy

Aplicação

Page 13: Bluetooth Low Energy

Aplicação

Page 14: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Implementação

Host

Controlador

[5]

Page 15: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Physical Layer (PHY)

● 40 canais com 2MHz de espaçamento;● advertising channels e data channels;

[6]

Page 16: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Physical Layer (PHY)

● Adaptive Frequency Hopping (AFH);

[7]

Page 17: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)

● 5 estados do dispositivo;

[8]

Page 18: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)

● Advertising event

[9]

Page 19: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)

● Connection event

[9]

Page 20: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)

● Piconet de 48bit → bilhões de conexões!● Scatternet não mais possível;

Page 21: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – Outras camadas

● Host-Controller Interface (HCI);● L2CAP;● Security Manager Protocol (SMP);● Attribute Protocol (ATT):

– Servidor e Cliente;

● Generic Attribute Profile (GATT):– Troca de características;

Page 22: Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy – General Access Profile (GAP)

● Broadcaster;● Observador;

● Periférico;● Central;

[8]

Page 23: Bluetooth Low Energy

Pergunta 1

● Cite características de um BLE que os tornam tão econômicos ao ponto de poderem ser alimentados por baterias com o tamanho de uma moeda.

Page 24: Bluetooth Low Energy

Pergunta 1

● Cite características de um BLE que os tornam tão econômicos ao ponto de poderem ser alimentados por baterias com o tamanho de uma moeda.

R: Permanece “dormindo” na maior parte do tempo; transmissões duram apenas ms; e possuem uma baixa taxa de tráfego.

Page 25: Bluetooth Low Energy

Pergunta 2

● Cite e caracterize os dois modos que um dispositivo pode atuar durante uma conexão.

Page 26: Bluetooth Low Energy

Pergunta 2

● Cite e caracterize os dois modos que um dispositivo pode atuar durante uma conexão.

R:Escravo, apenas enviando informação e se conectando a apenas um mestre; Mestre, podendo se conectar a um ou mais dispositivos escravos, sendo o centro da topografia estrela (piconet).

Page 27: Bluetooth Low Energy

Pergunta 3

● Cite os 5 estados de conexão que o um dispositivo pode assumir:

Page 28: Bluetooth Low Energy

Pergunta 3

● Cite os 5 estados de conexão que o um dispositivo pode assumir:

R: Standby, Advertising, Scanning, Initiating e Connection.

Page 29: Bluetooth Low Energy

Pergunta 4

● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels?

Page 30: Bluetooth Low Energy

Pergunta 4

● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels?

R: Porque por usar um espectro gratuito (2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com um sinal de Wi-Fi que esteja operante na região. Para tal, sobre os canais data channels

é usado o mecanismo Adaptative Frequency Hopping (AFH) que evitará as frequências ocupadas.

Page 31: Bluetooth Low Energy

Pergunta 4

● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels?

R: Porque por usar um espectro gratuito (2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com um sinal de Wi-Fi que esteja operante na região. Para tal, sobre os canais data channels

é usado o mecanismo Adaptative Frequency Hopping (AFH) que evitará as frequências ocupadas.

Page 32: Bluetooth Low Energy

Pergunta 5

● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes?

Page 33: Bluetooth Low Energy

Pergunta 5

● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes?

R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo o gasto de energia seja mínimo, normalmente envolvendo apenas informar um estado ou servir de gatilho, não abrangendo tráfego contínuo de dados, como é o caso de sua versão tradicional.

Page 34: Bluetooth Low Energy

Pergunta 5

● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes?

R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo o gasto de energia seja mínimo, normalmente envolvendo apenas informar um estado ou servir de gatilho, não abrangendo tráfego contínuo de dados, como é o caso de sua versão tradicional.

Page 35: Bluetooth Low Energy

Referências

● As imagens apresentadas foram retiradas ou adaptadas dos seguintes trabalhos:[1]PEDRO, Ricard M. Bluetooth 4.0 Low Energy: the future low-power consumption solution, jul. 2011. Universitat Politecnica Catalunya. Disponível em: <http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/13249/1/memoria.pdf>. Acesso em: 13 jan. 2013.

[2]GALEEV, Mikhail. Bluetooth 4.0: An introduction to Bluetooth Low Energy – Part I. EE Times, set. 2011. Disponível em: <http://www.eetimes.com/design/communications-design/4217866/Bluetooth-4-0--An-introduction-to-Bluetooth-Low-Energy-Part-I>. Acesso em: 13 jan. 2013

[3]DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications Chapter, nov. 2010. Disponível em: <http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.

Page 36: Bluetooth Low Energy

Referências

[4]LITEPOINT CORPORATION. Bluetooth Low Energy - WhitePaper. Disponível em: <http://www.litepoint.com/whitepaper/Bluetooth%20Low%20Energy_WhitePaper.pdf>. Acesso em: 13 jan. 2013.

[5]MARTELLI, Flavia. Bluetooth Low Energy. Universitá de Bologna. Disponível em: <http://www.chiaraburatti.org/uploads/teaching/handouts_WSNs_BT-LE.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.

[6]Smith, Phil. Comparing Low-Power Wireless Technologies. Disponível em:<http://www.digikey.com/us/en/techzone/wireless/resources/articles/comparing-low-power-wireless.html> Acesso em: 18 fev. 2013

Page 37: Bluetooth Low Energy

Referências

[7]Hodgdon, Charles. Adaptive Frequency Hopping for Reduced Interference between Bluetooth® and Wireless LAN. Disponível em:<http://www.design-reuse.com/articles/5715/adaptive-frequency-hopping-for-reduced-interference-between-bluetooth-and-wireless-lan.html > Acesso em: 18 fev. 2013

[8]DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications Chapter, nov. 2010. Disponível em: <http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.

[9]BLUETOOTH SIG. Bluetooth Specifications Version 4.0. Disponível em: <http://www.bluetooth.org>. Acesso em: 12 jan. 2013.