Bluetooth: Tecnologia de Comunicação Sem Fio

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Bluetooth (802.15)
WiMAX (IEEE802.16)
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Bluetooth, em português, significa dente azul. O curioso nome é uma homenagem a Harald Bluetooth que, no século X, unificou os reinos nórdicos da Dinamarca e da Noruega.
O Bluetooth de hoje irá unir o mundo dos computadores e da TELECOM.
 
História – Porque Bluetooth?
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Desenvolvimento
 Bluetooth SIG ( Organização responsável pela tecnologia Bluetooth).
 Integrantes
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O que é Bluetooth?
 Tecnologia de comunicação de curta distância sem fios.
 Dados e Voz
 Desenvolvido para conectar celulares, headsets, computadores portáteis, etc…
 Utiliza o conceito de Personal Area Network (PAN)
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O que é Bluetooth?
Objetivo:
 Eliminar Fios
 Prover Interconectividade
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O que é Bluetooth?
Dados 
 Desktop – Notebook
 Impressora – Desktop
 Handheld – Desktop
 Mouse - Desktop
 Teclado – Desktop
 Monitor - CPU
Voz
 Celular – Desktop
 Headset – Telefone Fixo
 Microfone – Desktop
 Celular - Headset
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O que é Bluetooth?
- Comunicação entre os dispositivos no Geral
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 Range de 10 metros de raio
Características Técnicas
Velocidade máxima de 721Kbps
 Pode operar tanto ponto-a-ponto quanto em modo networked. 
 Opera com Radio Freqüência de 2.402GHz até 2.480GHz divididos em 79 canais
- Suporta até 8 dispositivos
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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 
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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.
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Bluetooth
Canal utilizando FH/TDD
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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
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Bluetooth
Definiçao dos pacotes
Todos os pacotes possuem o mesmo formato
Código de Acesso - 72 bits
Header - 54 bits
Payload - 0 à 2745 bits
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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)
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Bluetooth
Código de Acesso
Código de Acesso ao Canal (CAC)
Identifica os pacotes da rede
Incluído 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
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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
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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. 
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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. 
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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.
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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. 
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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
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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
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Bluetooth
Inquiry
D
A
10 metros
H
M
N
L
P
O
Q
B
C
F
K
J
G
I
E
D
A
M
N
L
P
O
Q
B
C
F
K
J
G
I
E
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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.
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Bluetooth
Paging
D
E
F
H
G
I
K
J
C
M
N
L
P
O
Q
B
A
A
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Bluetooth
Paging
D
H
C
M
N
L
P
O
Q
E
F
G
I
J
K
A
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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. 
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Características Tecnicas
 Padrão IEEE 802.15
 FHSS – Spread Spectrum Frequency Hopping
 Mestre/Escravo
 3 Classes de consume de energia
 Classe 1 – 100 mW – 100m
 Classe 2 – 2.5 mW – 10m
 Classe 3 – 1 mW – 1m
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Topologias
Ponto-a-Ponto – Conexão direta entre dois dispositivos
Piconet – Conecta como uma pequena rede com um Mestre e mais de um Escravo
Scatter-net – A união entre duas ou mais Piconets, com todos os dispositivos conectando entre si. 
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Topologias: Ponto-a-Ponto
 Apenas dois dispositivos conectando diretamente entre si.
- O dispositivo escravo segue a freqüência definida pelo dispositivo mestre.
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Topologias: Piconet
O dispositivo Mestre suporta no máximo 7 dispositivos Escravos
 E possível manter ate 255 dispositivos em modo estacionado.
 Todos os Dispositivos Escravos seguem a freqüência do dispositivo Mestre 
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Topologias: Piconet
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Topologias: Scatter-Net
As Piconets podem ser conectadas entre elas formando a Scatter-Net.
 As Scaters-Nets podem ser formadas de duas formas:
 O dispositivo sendo Escravo em uma rede e Mestre em outra.
 O dispositivo ser Escravo nas duas redes.
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 Scatter-Net: Mestre/Escravo
Mestre
Escravo
Escravo
Escravo
Escravo
Escravo
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 Scatter-Net: Escravo/Escravo
Mestre
Mestre
Escravo
Escravo
Escravo
Escravo
Escravo
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 Segurança
3 Modos de Segurança:
 - Modo de Segurança 1 ( Sem Segurança )
 - Modo de Segurança 2 ( Segurança reforçada no nível de serviço )
 - Modo de Segurança 3 ( Segurança reforçada no nível de ligação )
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 Segurança:
Modo de Segurança 1
 - Modo menos seguro.
 - Não inicializa nenhum modo de segurança.
 - Link e Serviço aberto
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 Segurança:
Modo de Segurança 2
 - Não inicializa nenhum serviço de segurança antes de estabelecer o link.
 - Após estabelecer o link são iniciados os seguintes procedimentos de segurança:
 Autenticação
 Autorização
 Criptografia
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 Autenticação
Durante a autenticação o dispositivo determina se vai compartilhar a chave com outro dispositivo se: 
 Os dois dispositivos forem novos é necessário criar uma chave de iniciação.
 Esta chave de iniciação é usada para criar uma conexão semi-permanente entre dois dispositivos.
 
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 Autorização
 - A Autorização é necessária para um dispositivo dar permissão para acesso de serviços particulares
 - Para autorização é necessário:
 Autenticação do dispositivo.
 O serviço que esta sendo pedido e relatado para o dispositivo que está provendo-o. 
 O dispositivo determina quando permite ou não o acesso a aquele serviço.
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 Segurança:
Modo de Segurança 3
 - Inicia o procedimento de segurança antes de estabelecer o link.
 - Modo mais seguro
 - Pode rejeitar um dispositivo que requisita a conexão pelas suas configurações
 - Só conversa com dispositivos “pré-configurado”
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 Segurança: 
Outras Características 
 - Invisibilidade – E possível configurar o dispositivo para que ele não seja encontrado na rede pelo modo “discover” , e sim apenas pelo endereço.
 - Segurança no nível de Aplicação – A aplicação pode incluir sua própria forma de segurança
 - 128 bit Criptografia – Protege os dados codificando-os antes da transmissão
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 Vantagens
 - Consumo de energia – Consome em torno de 100 a 1000 vezes menos energia que outras tecnologias de RF.
 - Custo – Tendência futura de 3 vezes menos que outras tecnologias de RF.
 - Simplicidade – Instalação e uso muito simplificado.
 - Compatibilidade – Muitos produtos no mercado já estão com bluetooth integrados.
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 Desvantagens
 - Velocidade – de 4 a 10 vezes menor que outras tecnologias de RF.
 - Distância – de 5 a 10 vezes menor que outras tecnologias.
 - FHSS – A tecnologia é mais exposta a falhas.
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Access Method
Polled
CSMA/CA
TDMA/CSMA Hybrid
Applications
Voice & Data
Data Only
Voice & Data
Component cost
~$5
~$50
~$15
 Comparação