Camada de banda base. É a camada mais próxima de uma subcamada MAC. Incorpora também algumas características da camada física do IEEE 802

(1)

Camada de banda base

É a camada mais próxima de uma subcamada

MAC

Incorpora também algumas características da camada física do IEEE 802

(2)

Camada de banda base

Transmissões do mestre e dos escravos são

separadas

Duplexação por divisão de tempo (TDD)

Slots de tempo de 625 µs

Mestre de cada piconet começa a transmissão nos slots pares

Escravos começam a transmitir nos slots ímpares Quadros podem ter 1, 3 ou 5 slots de duração

Dependendo do tipo de quadro

(3)

Camada de banda base

(4)

Camada de banda base

Quadros

transmitidos

em

enlaces

também

chamados canais lógicos entre o mestre e um ou

mais escravos

Dois tipos de enlaces

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

(5)

Camada de banda base

ACL

Enlace ponto-a-multiponto entre o mestre e todos os escravos ativos

Pode usar os slots não reservados para enlaces SCOs Só há um enlace ACL por piconet

Usa varredura (polling) para acesso ao meio Serviço de melhor esforço

Usado principalmente para dados assíncronos

Taxa máxima de 723,2 kbps (na direção do escravo) e de 57,6 kbps no sentido reverso

(6)

Camada de banda base

SCO

Enlace ponto-a-ponto entre o mestre e um escravo

Usa reserva de slots consecutivos a intervalos regulares

Usado principalmente para dados de tempo real Não há retransmissão

Pode usar correção automática de erros (FEC)

Um mestre pode ter até três enlaces SCOs para um escravo ou para escravos diferentes

Um escravo pode ter até três enlaces SCOs para o seu mestre ou até dois enlaces SCOs para diferentes mestres

(7)

Camada de banda base

(8)

Camada de banda base

Diversos tipos de quadros de dados

Relacionados ao tipo de enlace no qual são usados

Quadros divididos em quatro categorias

Quadros de controle

Quadros que ocupam um slot Quadros que ocupam três slots Quadros que ocupam cinco slots

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(10)

Camada de banda base - quadros

ID

Sinalização

Contém somente o código de acesso

FHS

Conexão de dispositivos Bluetooth Contém identidade e relógio

POLL

Mestre não tem dados a transmitir e precisa escalonar um escravo

NULL

Escravo não tem dados a transmitir mas precisa responder ao mestre

(11)

Camada de banda base - quadros

HV1, HV2 e HV3

Carregam informações de voz em enlaces SCOs High-quality Voice

Ocupam um slot

Diferem-se no uso de FEC

DV

Combina informações de voz e dados em um único quadro

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Camada de banda base - quadros

DM1, DM3 e DM5

Carregam dados usando FEC 2/3 em um, três ou cinco slots

Data-Medium rate

DH1, DH3 e DH5

Carregam dados sem usar FEC em um, três ou cinco slots

Data-High rate

AUX1

(13)

Camada de banda base - correção de erros

FEC 1/3

Triplica a quantidade de dados

Bit repetido três vezes consecutivas

Usado para proteger o cabeçalho do quadro Geralmente usado no modo síncrono

(14)

Camada de banda base - correção de erros

FEC 2/3

Grupo de 10 bits codificado em 15 bits

Código de Hamming

Pode corrigir erros simples e detectar erros duplos

Por usar grupos de 10 bits pode precisar de enchimento

Feito após o CRC

Geralmente usado no modo assíncrono para transmissão de dados

De quadros DM, campo dados dos quadros DV, quadros FHS e quadros HV2

(15)

Camada de banda base - correção de erros

ARQ (Automatic Repeat Request)

Retransmissão de quadros não reconhecidos

Por estouro de temporizador ou NACK

Reconhecimento não numerado positivo ou negativo

Enviado no cabeçalho do quadro de retorno

Escravo responde no slot escravo-mestre que segue o slot mestre-escravo

Mestre responde no próximo slot para o mesmo escravo

Uso justificado por gerar menos sobrecarga em ambientes com pequeno ruído

Usado em quadros DM e DH e no campo dados dos quadros DV

(16)

Camada de banda base - correção de erros

(17)

Quadro de dados

Código de acesso (72 bits)

Usado para sincronização, compensação de offset, investigação e negociação

Três tipos

Channel Access Code (CAC)

Identifica a piconet

Device Access Code (DAC) Inquiry Access Code (IAC)

(18)

Quadro de dados

Código de acesso (cont.)

Preâmbulo (4 bits)

Palavra de sincronismo (64 bits)

Leva em consideração o endereço de 48 bits do dispositivo

Trailer (4 bits)

(19)

Quadro de dados

Cabeçalho (54 bits)

Subdividido em 6 campos

Seis campos formam 18 bits e são replicados três vezes

Endereço (3 bits)

Endereço lógico (temporário) do dispositivo ativo que é o destino do quadro

Igual a 000 se difusão

(20)

Quadro de dados

Cabeçalho (54 bits) (cont.)

Tipo (4 bits)

Tipo do quadro

Fluxo (1 bit)

Igual a 1 se o buffer do escravo está cheio

Confirmação (1 bit)

Se igual a 1 é um reconhecimento positivo (ACK) Se igual a 0 é um reconhecimento negativo (NACK)

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Quadro de dados

Cabeçalho (54 bits) (cont.)

Sequência (1 bit)

Retransmissão do tipo para-e-espera

Bit necessário para filtrar retransmissões no destino

Um ACK pode ser perdido e uma retransmissão

realizada destino recebe o mesmo quadro duas

vezes

Controle de erro de cabeçalho (8 bits)

CRC do cabeçalho

(22)

Quadro de dados

Dados

Pode ter cabeçalho (8 ou 16 bits) e campo CRC (16 bits)

Depende do tipo de quadro

Cabeçalho usado nos quadros do ACL e nos dados do quadro DV

CRC usado em todos os quadros de dados, exceto o AUX1

(23)

Quadro de dados

Dados

Não precisa de tamanho mínimo

Tamanho máximo de 2744 bits (5 slots) e 240 bits (1 slot)

(24)

(25)

(26)

Quadro de dados

Exemplos

Quadro HV1

80 bits de carga útil a cada 1250 µs taxa máxima em um sentido é de 64 kbps

Mestre (escravo) só usa os slots pares (ímpares) de 625 µs

Quadro DH5 no caso simétrico

339 octetos de carga útil a cada 6250 µs (cinco slots para o mestre e cinco slots para o escravo)

(27)

Camada de banda base - segurança

Autenticação

Privacidade

Criptografia

(28)

Camada de banda base - privacidade

Criptografia usada na carga útil dos dados

Carga útil encriptada após a inclusão dos bits de

CRC e antes da codificação FEC

Mestre

A

envia

um

número

aleatório

(EN_RAND

_A

) em texto claro para um escravo B

Número é trocado toda vez que uma chave de encriptação (K_C) é modificada

(29)

Camada de banda base - segurança

Para cada transmissão de um quadro

Nova chave (K_cipher) é utilizada

Gerada através de uma combinação complexa de

EN_RAND_A

Endereço do mestre (BD_ADDR_A) Valor do relógio (clock_A )

Número do slot

Chave K_C

K_cipher é passada para o algoritmo de criptografia E₀

que produz um fluxo contínuo de bits

Esse fluxo e a carga útil passam por ou-exclusivo bit-a-bit e o resultado é transmitido

(30)

Camada de banda base - segurança

Na recepção

Com os valores de

EN_RAND_A

Endereço do mestre BD_ADDR_A Valor do relógio

Chave K_C

é gerada a chave K_cipher

K_cipher junto com o fluxo recebido passam por um

(31)

Camada de banda base

Estabelecimento e manutenção dos enlaces

Diversas fases

Standby

Investigação Negociação

(32)

Bluetooth - estabelecimento de conexões

Standby

Estado inicial

(33)

Bluetooth - estabelecimento de conexões

Investigação

Para descobrir os dispositivos em sua proximidade Usa uma sequência universal de saltos de frequência Quem inicia o procedimento de investigação torna-se o mestre da piconet

(34)

Bluetooth - estabelecimento de conexões

Investigação (cont.)

Procedimento

Potencial mestre transmite um quadro ID com o código de acesso de investigação (IAC)

Isso ocorre no estado inquiry

De tempos em tempos, dispositivos passam do

standby para o inquiry para ver se foram transmitidos

quadros ID

Dispositivo recebe o quadro

Entra no estado inquiry response

Retorna um quadro FHS contendo informação de endereço (BD_ADDR) e temporização (relógio)

(35)

Bluetooth - estabelecimento de conexões

Negociação

Unidade sabe a identidade do dispositivo ao qual quer se conectar

Sequência de saltos é estabelecida por cada par de dispositivos

(36)

Bluetooth - estabelecimento de conexões

Negociação (cont.)

Procedimento

Mestre usa o endereço do escravo para calcular uma sequência de saltos para negociação

Mestre envia um quadro ID com o código de acesso de dispositivo (DAC) do escravo

Escravo responde com o mesmo quadro ID com DAC Mestre responde com quadro FHS

Contém o endereço e o relógio

Escravo confirma a recepção com um quadro ID com DAC

Escravo muda para o estado connection

Passa a utilizar a sequência de saltos determinada pelo mestre

(37)

Bluetooth - connection

Estado connection possui diversos modos

Active

Sniff Hold Park

(38)

Bluetooth - modos do estado connection

Active

Participa da piconet

Ouve, transmite e recebe quadros

Sniff

Economia de energia

Dorme durante um intervalo predefinido e acorda periodicamente

(39)

Bluetooth - modos do estado connection

Hold

Maior economia de energia do que o modo sniff

Entra em baixo consumo por um intervalo fixo de tempo

Duração negociada com o mestre

Não tem suporte para o enlace ACL

Ainda pode participar de trocas em enlaces SCOs

Park

Maior economia de energia do que o modo hold Não participa da piconet

Libera o endereço temporário

Permanece sincronizado à piconet

(40)

Camada física

Banda ISM de 2,4 GHz

Regulamentações especificam

Espalhamento da energia do sinal transmitido Potência máxima permitida de transmissão

(41)

Camada física

Potência de transmissão associada a classes

Classe 1

Potência máxima de saída de 100 mW Alcance típico de 100 m

Controle de potência obrigatório

Classe 2

Potência máxima de saída de 2,4 mW Alcance típico de 10 m

Controle de potência opcional

Classe 3

Potência máxima de saída de 1 mW Alcance típico de 1 m

(42)

Camada física

Banda dividida em 79 canais de 1 MHz

Modulação

GFSK

1 bit de dados 1 símbolo Taxa física de 1 Mbps

Usa FHSS

Taxa de saltos de 1600 saltos/s

Provê resistência a interferências e ao efeito de múltiplos caminhos

Serve como uma forma de acesso múltiplo entre dispositivos em diferentes piconets

(43)

Camada física

Usa FHSS (cont.)

Mestre e escravos de uma piconet saltam periodicamente de um canal para outro

Em uma sequência pseudo-aleatória

Mestre dita a sequência de saltos

Definida pela identidade do mestre

Relógio do mestre define a fase dentro da sequência

Escravos adicionam as diferenças de tempo (time

offsets) a seus relógios para se sincronizarem na

sequência

Podem haver colisões entre diferentes piconets

(44)

Bluetooth 1.2

Compatível com a versão 1.1

Introduz algumas alterações

Novo tipo de enlace chamado eSCO (extended SCO) Outras na camada física

eSCO

Permite retransmissão dos quadros em slots que seguem os slots reservados

Provê suporte a combinações mais flexíveis de

Tipos de quadros

Conteúdo dos dados dos quadros Número de slots

maior diversidade nas taxas binárias síncronas providas

(45)

Bluetooth 1.2

Camada física

FHSS adaptativo

Aumenta a resistência a interferências de RF

Pela não utilização de determinadas frequências muito usadas por dispositivos interferentes

Alterações

maiores taxas de transmissão são

obtidas na prática

IEEE revisou o padrão IEEE 802.15.1 em 2005

Considerando essas modificações

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Bluetooth 2.0

Compatível com as versões 1.x

Principal modificação

introdução de um

mecanismo chamado EDR

Enhanced Data Rate

Permite que sejam alcançadas taxas de até 3 Mbps Inclui novos tipos de quadros

Usam modulações até 8-DPSK na carga útil

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Bluetooth 2.1

Modificações em

Segurança

(48)

Bluetooth 3.0

Aumento na taxa de dados para 24 Mbps

Uso de rádio IEEE 802.11 na fase de transmissão de dados

Uso de rádio Bluetooth na fase de estabelecimento de enlace

(49)

Bluetooth 4.0

Voltado para baixo uso de energia

Dispositivos consomem uma fração da energia usada por dispositivos Bluetooth clássicos (versão até 2.1)