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 (940981).
– 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, interconectálas 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.