Telefonia Móvel Celular

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Telefonia Móvel Celular

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Redes Pessoais Sem Fio – Bluetooth

Prof. Francisco José da Silva e Silva

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Redes Pessoais Sem Fio

• Wireless Personal Area Networks (WPANs)

• Abrange tecnologias projetadas para interconectar

dispositivos portáteis próximos

– PDAs, telefones celulares, tablets, laptops, etc.

– Tipicamente apresentam baixas taxas de transmissão

• Principais categorias de tecnologias WPAN

– Padrões IEEE 802.15

– Radio frequency ID (RFID) – IrDA

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Redes Pessoais Sem Fio

• Grupos de trabalho IEEE 802.15:

– 802.15.1 (Bluetooth) – 802.15.2

• Padroniza práticas para facilitar a coexistência entre WPANs (802.15) e WLANs (802.11)

– 802.15.3

• Especifica tecnologias para a transmissão em WPANs com altas

taxas de dados, e.g., UWB (Ultra Wide Band)

– 802.15.4 (ZigBee)

• Projeta soluções para transferência com baixas taxas de dados para uso em dispositivos de baixa complexidade e com uso de baterias de longo prazo, e.g., sensores

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WPANs: IEEE 802.15.1 (Bluetooth)

• Bluetooth é a principal tecnologia de

interconexão de WPANs utilizada atualmente

• Utiliza transmissões RF de curto alcance

–

Os usuários podem se conectar sem fios a uma

larga gama de dispositivos computacionais e de

comunicações

–

Permite estabelecer conexões ad hoc rapidamente

entre dispositivos

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Bluetooth – Características

• Requer baixa energia e baixo custo

• Opera em banda não licenciada ISM (Industrial, Científica e Médica) entre 2,4 e 2,485 GHz

• Possui curta distância

– Três classes suportadas:

• Classe 1: 100 mW (20 dBm) – até 100 m

• Classe 2: 2.5 mW (4 dBm) – até 10 m (mais usual) • Classe 3: 1 mW (0 dBm) – � 1 m

• Baixo consumo de energia

• Faixa de frequência livre de licença (2.45 GHz ISM) • Transmissão de dados e voz

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Bluetooth – História

• Surgiu em 1994

– Ericsson visava substituir os cabos que ligavam seus aparelhos celulares aos diversos acessórios existentes por tecnologias sem fio

• Em 1998, Ericsson, IBM, Intel, Nokia e Toshiba se uniram e formaram o Bluetooth SIG (Special Interest Group), com o objetivo de expandir e promover o conceito Bluetooth e estabelecer um novo padrão industrial

• O Bluetooth SIG já conta com milhares de empresas de todo o mundo (www.bluetooth.org)

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Bluetooth – História

• Versões do Bluetooth:

– 1.0 (1999) – taxa básica de 1 Mbps repartida entre dados e voz – 1.1 (2002) – melhorias na versão anterior

– 2.0 (2004) – inclusão do EDR (Enhanced Data Rate) e taxas de até 3 Mbps

– 2.1 (2007) – pareamento rápido e redução do consumo de energia

– 3.0 (2009) – inclusão do HS (High Speed). Taxas de até 24 Mbps. Bluetooth usado na negociação, porém transferência se dá com tecnologia 802.11. Criado ainda o Bluetooth de baixa energia para dispositivos com baterias de longo prazo (1 Mbps)

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Bluetooth – História

• O nome foi uma homenagem ao rei Harald Blatand, mais

conhecido como Harald Bluetooth ou Harald “Dente Azul”, que unificou a Noruega e Dinamarca e controlou ambas até a morte

• Propósito da tecnologia: promover a colaboração entre

diferentes setores industriais, tais como computação, telefonia móvel e mercado automotivo, similar aos feitos do monarca

• Harald ergueu um memorial localizado em Jelling, Dinamarca,

em homenagem a seus pais Gorm e Thyra

• Uma pedra que possui três lados, um deles contendo uma

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Bluetooth – História

• O logotipo também é em homenagem a Harald

Blatand: união das runas nórdicas (Hagall) e

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Bluetooth – Aplicações (no escritório)

• Você chega no escritório e coloca sua pasta na mesa, perto do seu computador pessoal

• Enquanto isso, seu PDA sincroniza automaticamente as

atividades executadas no assistente com seu PC e transfere arquivos, e-mails e outras informações

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Bluetooth – Aplicações (em casa)

• Ao chegar em casa, a porta é automaticamente aberta, as luzes são acesas, o aquecimento ou o ar condicionado

ligado, a música começa a tocar (de acordo com as preferências previamente definidas)

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Bluetooth – Aplicações (na viagem)

• Você chega ao aeroporto e existe uma longa fila para fazer o check-in

• Usando o seu PDA, você apresenta um bilhete eletrônico e automaticamente seleciona o assento

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Bluetooth – Aplicações (na viagem)

• A sala de embarque possui acesso à Internet via Bluetooth • Você e outros passageiros usam dispositivos portáteis,

como laptops, PDAs, celulares com Bluetooth, para acessar o escritório pelo servidor da empresa ou para fazer

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Bluetooth – Aplicações (na viagem)

• Ao chegar no hotel, o check-in é feito automaticamente • Você recebe no seu PDA o número do quarto e a chave

eletrônica

• Ao chegar perto do quarto, a porta é aberta automaticamente

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Bluetooth – Aplicações (em negócios)

• Você vai a uma feira e informa as suas preferências sobre informações de produtos que deseja receber

• À medida que você anda, o seu PDA detecta expositores e outras pessoas com interesses semelhantes

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Bluetooth – Aplicações (no carro)

• Você está dirigindo e recebe uma mensagem que é

transmitida verbalmente para o sistema de som do carro • Imediatamente você gera uma resposta para essa

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Bluetooth – Aplicações (em

ambientes sociais)

• Você vai a um bar e recebe um dispositivo Bluetooth • Usando esse dispositivo você pode se comunicar com

outras pessoas, pedir bebidas, tiragostos, pratos, pagar a conta, participar de jogos, etc. . .

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Bluetooth – Topologia

• Dois tipos de topologia são suportados em

redes Bluetooth:

–

Piconet

–

Scatternet

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Piconet

• Coleção de dispositivos conectados de forma ad-hoc

• Uma unidade atua como

mestre

e as demais como

escravas

• O dispositivo que inicia a comunicação assume o

papel de mestre

– A unidade mestre determina a sequência de mudança de frequências e o relógio utilizados para sincronização com os escravos

• Cada piconet pode possuir até 8 dispositivos ativos:

utilizam-se endereços de 3 bits

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Piconet

• Os nós em uma piconet podem estar em um

dos seguintes estados:

–

Ativo (Active) – nó conectado em uma piconet e

transmitindo dados

–

Estacionados/inativos (Parked) – nós conectados à

piconet mas não realizando transmissões. Escutam

o tráfego do mestre, mas não transmitem, pois não

têm endereços na piconet. Até 255 dispositivos

podem estar na piconet neste estado

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Scatternet

• Especificações de Bluetooth permitem conexão de

duas ou mais piconets juntas para formar

uma scatternet

– Sobreposição de piconets

• Um dispositivo pode ser mestre e escravo em duas

piconets, mas nunca mestre em mais de uma

• As piconets em uma scatternet não permanecem

sincronizadas mas dispositivos em uma piconet

podem se comunicar com dispositivos de outra

piconet sobreposta

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Modelo OSI x Bluetooth

L2CAP: logical link control and adaptation protocol RFCOMM: emulates RS232 serial traffic over L2CAP TCS: telephony control protocol specification

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Camada de Rádio

• Opera na faixa ISM de 2.4 a 2.4835 GHz

– 79 frequências são utilizadas, cada uma espaçada da outra por 1 MHz

• Uso da técnica de frequency hopping:

– 1600 saltos por segundo → time slot de 625 μs

• Utilizando a taxa básica de 1 Mbps, em cada slot são

transmitidos 625 bits

• Mestre regula o relógio e a sequência dos saltos

• Comunicação entre mestre e escravos utiliza um esquema de

TDD (Time Division Duplexing)

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Banda básica (baseband)

• Funções:

–

Realiza o salto em frequência para mitigar

interferências

–

Define o formato de pacotes

–

Define dois tipos de enlaces físicos:

• SCO (Synchronous Connection-Oriented) • ACL (Asynchronous Connection-Less)

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SCO (Synchronous

Connection-Oriented)

• Usado principalmente para mídias contínuas

• Faz a ligação ponto-a-ponto entre dois aparelhos (um

sendo o mestre e outro o escravo)

• Pacotes não são retransmitidos, mesmo havendo erro

• Dados podem também ser transmitidos, apesar do

serviço ser mais adequado a voz ou vídeo

• Diferentes taxas de transmissão para diferentes mídias:

– Dados → 432 Kbps

– Voz → 64 Kbps

• Em uma piconet, pode haver até três ligações SCO

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eSCO (Extended Synchronous

Connection-Oriented)

• Surgiu na versão 1.2

• Melhora o SCO, permitindo a retransmissão de

pacotes que contenham erro

• Após o envio de um pacote pelo mestre seguido

de outro pelo escravo, o eSCO define uma janela

de 4 slots para uma possível retransmissão

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ACL (Asynchronous Connection-Less)

• Enlace do tipo ponto-a-multiponto

• Método de transmissão assíncrona, utiliza

somente os slots que não foram previamente

reservados para a transmissão por SCO

• Usado para o envio de pacotes com dados

• Permite o reenvio de pacotes perdidos ou que

contenham erros

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LMP: Link Manager Protocol

• Funções:

– Autenticação, pareamento e criptografia

– Sincronização: o valor do relógio é atualizado a cada pacote recebido do mestre

– Negociação de capacidade: características suportadas pelos dispositivos

– Negociação de qualidade de serviço: incluindo

parâmetros como intervalo de polling pelo mestre, latência e capacidade de transferência

– Controle de potência: o dispositivo pode medir a

intensidade do sinal recebido, orientando o transmissor a regular sua potência

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L2CAP: Logical Link Control and

Adaptation Protocol

• Utilizado pelos protocolos de transporte de dados,

funciona como um adaptador entre estes e as

camadas inferiores

• Responsável pela segmentação e remontagem de

dados de protocolos das camadas superiores

• Provê tanto serviços orientados a conexão quanto

sem conexão

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RFCOMM: RF Communication

Interface

• Provê a emulação de uma porta serial RS-232,

disponibilizando uma interface de programação

serial muito utilizada com dispositivos como

modems e impressoras

• Podem ser estabelecidas até 60 portas

concorrentes

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AT: Advanced Telephony

• Define comandos utilizados em telefonia

• São utilizados geralmente para controle de

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OBEX: Object Exchange Protocol

• O Infrared Data Association (IrDA) desenvolveu o

OBEX para permitir a transferência de objetos por

enlaces infra-vermelho

• Exemplos de objetos são informações de agenda

(calendário), email, transferência genérica de

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SDP: Service Discovery Protocol

• Dispositivos podem entrar e sair a qualquer instante de uma piconet, formando um ambiente bastante dinâmico • Seus serviços devem dinamicamente ser descobertos e sua

disponibilidade atualizada

• O SDP é utilizado para encontrar novos serviços disponíveis e remover o registro de serviços que se tornam