Systemy Bezprzewodowe

Systemy Bezprzewodowe

Wykład 5

Wykład 5

Bluetooth - historia

Bluetooth - historia



1994r - roku firma Ericsson zainteresowała się

1994r - roku firma Ericsson zainteresowała się

bezprzewodową możliwością łączenia telefonów

bezprzewodową możliwością łączenia telefonów

komórkowych z innymi urządzeniami.

komórkowych z innymi urządzeniami.

Wspólnie z czterema innymi firmami (IBM, Intel, Nokia i

Wspólnie z czterema innymi firmami (IBM, Intel, Nokia i

Toshiba) uformowała SIG (ang. Special Interest Group)

Toshiba) uformowała SIG (ang. Special Interest Group)

celem standaryzacji bezprzewodowej technologii

celem standaryzacji bezprzewodowej technologii



Podstawowe założenia - niewielki zasięg, niski poziom

Podstawowe założenia - niewielki zasięg, niski poziom

mocy, oraz niska cena

mocy, oraz niska cena



Projekt został nazwany Bluetooth na cześć króla

Projekt został nazwany Bluetooth na cześć króla

Haralda Sinozębego (ang.

Haralda Sinozębego (ang.

Bluetooth

Bluetooth

) (940 - 981), który

) (940 - 981), który

zjednoczył plemiona duńskie i norweskie

zjednoczył plemiona duńskie i norweskie

Bluetooth - przepustowość

Bluetooth - przepustowość



Bluetooth 1.0 – 21 kb/s

Bluetooth 1.0 – 21 kb/s



Bluetooth 1.1 – 124 kb/s

Bluetooth 1.1 – 124 kb/s



Bluetooth 1.2 – 328 kb/s

Bluetooth 1.2 – 328 kb/s



Bluetooth 2.0 – transfer maksymalny

Bluetooth 2.0 – transfer maksymalny

przesyłania danych na poziomie 2,1 Mb/s,

przesyłania danych na poziomie 2,1 Mb/s,

wprowadzenie Enhanced Data Rate

wprowadzenie Enhanced Data Rate

zwiększyło transfer do 3,1 Mb/s

zwiększyło transfer do 3,1 Mb/s



Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) – 24

Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) – 24

Mb/s

Mb/s

(3 MB/s)

(3 MB/s)



Bluetooth 3.1 + HS (High Speed) (5 MB/s)

Bluetooth 3.1 + HS (High Speed) (5 MB/s)

Stos protokołu Bluetooth

Stos protokołu Bluetooth

Podstawowe parametry

Podstawowe parametry

urządzeń BT

urządzeń BT



BD_ADDR (Bluetooth Device Address) – 48-bitowy

BD_ADDR (Bluetooth Device Address) – 48-bitowy

adres urządzenia zgodny z adresacją Ethernet MAC.

adres urządzenia zgodny z adresacją Ethernet MAC.

Adres urządzenia nadrzędnego determinuje kolejność

Adres urządzenia nadrzędnego determinuje kolejność

sekwencji przeskoków częstotliwości.

sekwencji przeskoków częstotliwości.



CLKN (Clock Native) – 28-bitowy niezależny zegar o

CLKN (Clock Native) – 28-bitowy niezależny zegar o

rozdzielczości 312.5 μs. Zegar urządzenia

rozdzielczości 312.5 μs. Zegar urządzenia

nadrzędnego determinuje fazę przeskoków

nadrzędnego determinuje fazę przeskoków

częstotliwości. Urządzenia podrzędne utrzymują i

częstotliwości. Urządzenia podrzędne utrzymują i

stale odświeżają różnicę wskazania swojego zegara

stale odświeżają różnicę wskazania swojego zegara

względem wskazania zegara urządzenia nadrzędnego

względem wskazania zegara urządzenia nadrzędnego

w celu synchronizacji.

w celu synchronizacji.



COD (Class of Device) – 24-bitowy parametr

COD (Class of Device) – 24-bitowy parametr

urządzenia określający klasę urządzenia pod

urządzenia określający klasę urządzenia pod

względem realizowanych przez nie usług.

względem realizowanych przez nie usług.

Architektura systemu

Architektura systemu

Piconet

Piconet



Master + do 7

Master + do 7

urządzeń Slave

urządzeń Slave



255 urządzeń w stanie

255 urządzeń w stanie

Parked

Parked



Hopping

Hopping

zdeterminowany przez

zdeterminowany przez

urządzenie Master,

urządzenie Master,

inny w każdej sieci

inny w każdej sieci

Piconet

Piconet

Architektura systemu

Architektura systemu



Urządzenie Master przesyła do

Urządzenie Master przesyła do

urządzeń Slave zegar i tzw.

urządzeń Slave zegar i tzw.

device ID

device ID



„

„

Hopping pattern” jest

Hopping pattern” jest

zdeterminowany przez device

zdeterminowany przez device

ID (24 bity LAP)

ID (24 bity LAP)



Faza „hopping pattern” zależy

Faza „hopping pattern” zależy

od stanu zegara 0 to 2

od stanu zegara 0 to 2

27

27

-1

-1



Adresowanie

Adresowanie

–

–

Active Member Address (AMA,

Active Member Address (AMA,

3 bit)

3 bit)

–

–

Parked Member Address

Parked Member Address

(PMA, 8 bit)

(PMA, 8 bit)

Warstwa radiowa

Warstwa radiowa



Warstwa odpowiedzialna jest za transport

Warstwa odpowiedzialna jest za transport

danych pomiędzy urządzeniami master i

danych pomiędzy urządzeniami master i

slave

slave



79 kanałów o szerokości 1 MHz w pasmie

79 kanałów o szerokości 1 MHz w pasmie

ogólnodostępnym (kanał 0: 2402 MHz …

ogólnodostępnym (kanał 0: 2402 MHz …

kanał 78: 2480 MHz)

kanał 78: 2480 MHz)



Modulacja G-FSK

Modulacja G-FSK



Moc wyjściowa 1-100 mW (w zależności od

Moc wyjściowa 1-100 mW (w zależności od

klasy)

klasy)



FHSS (1600 przeskoków / s)

FHSS (1600 przeskoków / s)

Kanały w różnych regionach

Kanały w różnych regionach

Klasy mocy

Klasy mocy



klasa 1 (100 mW, 20 dBm) ma największy

klasa 1 (100 mW, 20 dBm) ma największy

zasięg, w terenie otwartym do 100 m

zasięg, w terenie otwartym do 100 m



klasa 2 (2,5 mW, 4 dBm) najpowszechniejsza

klasa 2 (2,5 mW, 4 dBm) najpowszechniejsza

w użyciu, zasięg do 10 m

w użyciu, zasięg do 10 m



klasa 3 (1 mW, 0 dBm) rzadko używana, z

klasa 3 (1 mW, 0 dBm) rzadko używana, z

zasięgiem do 1 m

zasięgiem do 1 m

Dla urządzeń klasy 1 wymagana regulacja

Dla urządzeń klasy 1 wymagana regulacja

mocy od

mocy od

poziomu 4 dBm (lub niższego)

poziomu 4 dBm (lub niższego)

Modulacja GFSK

Modulacja GFSK

Modulacja GFSK

Modulacja GFSK



Modulacja: Gaussian filtered FSK (GFSK)

Modulacja: Gaussian filtered FSK (GFSK)

BT=0.5

BT=0.5



Indeks modulacji: 0.28 - 0.35

Indeks modulacji: 0.28 - 0.35



Dewiacja: Fmin > 115 KHz (maksymalnie

Dewiacja: Fmin > 115 KHz (maksymalnie

pomiędzy 140 kHz a 175 kHz)

pomiędzy 140 kHz a 175 kHz)



Ft - Fmin = “0” Ft + Fmin = “1”

Ft - Fmin = “0” Ft + Fmin = “1”



Symbol Timing: 20 ppm

Symbol Timing: 20 ppm

Baseband

Baseband



Warstwa ta jest zbliżona do podwarstwy MAC modelu

Warstwa ta jest zbliżona do podwarstwy MAC modelu

OSI

OSI



Upakowuje ona luźne bity w ramki.

Upakowuje ona luźne bity w ramki.



Master w każdej pikosieci definiuje sloty czasowe o

Master w każdej pikosieci definiuje sloty czasowe o

długości 625 μs (220 us ramki stracone na ustalenie

długości 625 μs (220 us ramki stracone na ustalenie

częstotliwości pętli PLL).

częstotliwości pętli PLL).



Transmisja mastera zaczyna się od slotów parzystych

Transmisja mastera zaczyna się od slotów parzystych

natomiast transmisja slave od slotów nieparzystych.

natomiast transmisja slave od slotów nieparzystych.



Ramki mogą mieć długość jednego, trzech lub pięciu

Ramki mogą mieć długość jednego, trzech lub pięciu

slotów czasowych

slotów czasowych

Warstwa Baseband –

Warstwa Baseband –

szczeliny transmisyjne

szczeliny transmisyjne

Rodzaje pakietów

Rodzaje pakietów



SCO dla transmisji synchronicznej

SCO dla transmisji synchronicznej



ACL dla transmisji asynchronicznej

ACL dla transmisji asynchronicznej



Pakiety realizujące funkcje kontrolne

Pakiety realizujące funkcje kontrolne



ID – identyfikacyjny służący głównie do

ID – identyfikacyjny służący głównie do

nawiązywania połączenia (długość 68 bitów),

nawiązywania połączenia (długość 68 bitów),



FHS – przenosi adres BD_ADDR, stan zegara

FHS – przenosi adres BD_ADDR, stan zegara

CLKN i inne parametry urządzenia potrzebne do

CLKN i inne parametry urządzenia potrzebne do

nawiązywania połączeń, zakodowane z użyciem

nawiązywania połączeń, zakodowane z użyciem

FEC 2/3, długość pakietu do 240 bitów,

FEC 2/3, długość pakietu do 240 bitów,

Rodzaje pakietów

Rodzaje pakietów



POLL – nadawany przez urządzenie nadrzędne w

POLL – nadawany przez urządzenie nadrzędne w

przypadku braku danych warstw wyższych do

przypadku braku danych warstw wyższych do

nadania,

nadania,



NULL – nadawany przez urządzenia podrzędne w

NULL – nadawany przez urządzenia podrzędne w

przypadku braku danych warstw wyższych do

przypadku braku danych warstw wyższych do

nadania, posiada stałą długość 126 bitów

nadania, posiada stałą długość 126 bitów

Pakiet ID zajmuje ½ szczeliny czasowej.

Pakiet ID zajmuje ½ szczeliny czasowej.

Pozostałe

Pozostałe

pakiety kontrolne pojedynczą szczelinę

pakiety kontrolne pojedynczą szczelinę

czasową.

czasową.

Pakiety SCO

Pakiety SCO

Synchronous Connection-Oriented

Synchronous Connection-Oriented

Zajmują pojedynczą szczelinę czasową

Zajmują pojedynczą szczelinę czasową



HV1 (High-quality Voice) – przenosi dane dźwiękowe

HV1 (High-quality Voice) – przenosi dane dźwiękowe

zakodowane z użyciem FEC (Forrward Error Control)

zakodowane z użyciem FEC (Forrward Error Control)

1/3, nadawany co 2 szczeliny czasowe i zajmuje

1/3, nadawany co 2 szczeliny czasowe i zajmuje

cały kanał fizyczny pikosieci (10 bajtów danych =

cały kanał fizyczny pikosieci (10 bajtów danych =

1,25 ms strumienia 64 kbps)

1,25 ms strumienia 64 kbps)



HV2 – przenosi dane dźwiękowe zakodowane z

HV2 – przenosi dane dźwiękowe zakodowane z

użyciem FEC 2/3, nadawany co 4 szczeliny czasowe,

użyciem FEC 2/3, nadawany co 4 szczeliny czasowe,

w pojedynczej pikosieci mogą istnieć dwa łącza HV2

w pojedynczej pikosieci mogą istnieć dwa łącza HV2

(20 bajtów danych = 2,5 ms of strumienia 64 kbps)

(20 bajtów danych = 2,5 ms of strumienia 64 kbps)

Pakiety SCO

Pakiety SCO



HV3 - przenosi dane dźwiękowe nie zakodowane

HV3 - przenosi dane dźwiękowe nie zakodowane

przez FEC, nadawany co 6 szczelin czasowych, w

przez FEC, nadawany co 6 szczelin czasowych, w

pojedynczej pikosieci mogą istnieć trzy łącza HV3

pojedynczej pikosieci mogą istnieć trzy łącza HV3

(30 bajtów danych = 3,75 ms strumienia 64 kbps)

(30 bajtów danych = 3,75 ms strumienia 64 kbps)



DV (Data-Voice) – przenosi dane dźwiękowe o

DV (Data-Voice) – przenosi dane dźwiękowe o

rozmiarze zgodnym z pakietem HV1,

rozmiarze zgodnym z pakietem HV1,

niezabezpieczone przez FEC oraz pojedynczą

niezabezpieczone przez FEC oraz pojedynczą

wiadomość protokołu LMP

wiadomość protokołu LMP



Głos: 80 bitów brak korekcji i retransmisji

Głos: 80 bitów brak korekcji i retransmisji



Dane: do 150 bitów z użyciem 2/3 FEC pozwala

Dane: do 150 bitów z użyciem 2/3 FEC pozwala

na retransmisję

na retransmisję

Pakiet HV1 - High Quality Voice

Pakiet HV1 - High Quality Voice

1

1

Pakiet HV2 - High Quality Voice

Pakiet HV2 - High Quality Voice

2

2

Kod detekcyjno-korekcyjny 2/3

Kod detekcyjno-korekcyjny 2/3

FEC

FEC

Kod detekcyjno-korekcyjny 2/3

Kod detekcyjno-korekcyjny 2/3

FEC

FEC



Korekcja – wszystkie błędy pojedyncze,

Korekcja – wszystkie błędy pojedyncze,

detekcja wszystkie błędy podwójne

detekcja wszystkie błędy podwójne



Wielomian generujący G(x)=(x+1)(x

Wielomian generujący G(x)=(x+1)(x

4

4

+x+1)

+x+1)

Pakiet HV3 - High Quality Voice

Pakiet HV3 - High Quality Voice

3

3

Pakiet DV - Data Voice

Pakiet DV - Data Voice

Pakiety ACL

Pakiety ACL

Asynchronous Connection-Less

Asynchronous Connection-Less



Data-Medium rate (DM) – pakiety zabezpieczone

Data-Medium rate (DM) – pakiety zabezpieczone

przez kodowanie FEC 2/3

przez kodowanie FEC 2/3



Data-High rate (DH) – pakiety niezabezpieczone

Data-High rate (DH) – pakiety niezabezpieczone

przez FEC

przez FEC



DM1/DM3/DM5 – obejmuje 1/3/5 szczelin czasowych

DM1/DM3/DM5 – obejmuje 1/3/5 szczelin czasowych



DH1/DH3/DH5 – obejmuje 1/3/5 szczelin czasowych

DH1/DH3/DH5 – obejmuje 1/3/5 szczelin czasowych



AUX1 – 1-szczelinowy pakiet przenoszący do 30

AUX1 – 1-szczelinowy pakiet przenoszący do 30

bajtów danych niezabezpieczonych przez FEC,

bajtów danych niezabezpieczonych przez FEC,

niezawierający sumy kontrolnej CRC i

niezawierający sumy kontrolnej CRC i

niepodlegający retransmisji

niepodlegający retransmisji

Pakiety ACL

Pakiety ACL

jednoszczelinowe

jednoszczelinowe

Pakiet DM1 –

Pakiet DM1 –

Data Medium Rate 1

Data Medium Rate 1

Pakiety ACL

Pakiety ACL

jednoszczelinowe

jednoszczelinowe

Pakiet DH1 – Data High Rate 1

Pakiet DH1 – Data High Rate 1

Pakiety ACL

Pakiety ACL

jednoszczelinowe

jednoszczelinowe

Pakiet AUX 1

Pakiet AUX 1

Parametry transmisji ACL

Parametry transmisji ACL

jednoszczelinowej

jednoszczelinowej

Pakiety ACL trójszczelinowe

Pakiety ACL trójszczelinowe

Pakiet DM3 – Data Medium Rate 3

Pakiet DM3 – Data Medium Rate 3

Pakiety ACL trójszczelinowe

Pakiety ACL trójszczelinowe

Pakiet DH3 – Data High Rate 3

Pakiet DH3 – Data High Rate 3

Parametry transmisji ACL

Parametry transmisji ACL

trójszczelinowej

trójszczelinowej

Pakiety ACL

Pakiety ACL

pięcioszczelinowe

pięcioszczelinowe

Pakiet DM5

Pakiet DM5

– Data Medium Rate 5

– Data Medium Rate 5

Pakiety ACL

Pakiety ACL

pięcioszczelinowe

pięcioszczelinowe

Pakiet DH5

Pakiet DH5

– Data High Rate 5

– Data High Rate 5

Parametry transmisji ACL

Parametry transmisji ACL

pięcioszczelinowej

pięcioszczelinowej

Struktura pola

Struktura pola

Payload

Payload

w ramkach przesyłanych kanałami

w ramkach przesyłanych kanałami

ACL

ACL

Struktura ramki transmisyjnej

Struktura ramki transmisyjnej

standardu Bluetooth

standardu Bluetooth

Transmisja rozgłoszeniowa

Transmisja rozgłoszeniowa

Pakiet

Pakiet

Null

Null

sterujący

sterujący

Pakiet

Pakiet

Pull

Pull

sterujący

sterujący

Zabezpieczenie transmisji przed

Zabezpieczenie transmisji przed

skutkami błędów i sterowanie

skutkami błędów i sterowanie

przepływem

przepływem

Zabezpieczenie transmisji przed

Zabezpieczenie transmisji przed

skutkami błędów i sterowanie

skutkami błędów i sterowanie

przepływem

przepływem

Pakiet ID

Pakiet ID

Identyfication

Identyfication

sterujący

sterujący

Przykładowa sekwencja użycia

Przykładowa sekwencja użycia

ramek: ID i FHS

ramek: ID i FHS

Struktura pola

Struktura pola

Payload

Payload

w

w

ramce FHS

ramce FHS

Procedura przywoływania

Procedura przywoływania

Paging

Paging

Procedura przywoływania

Procedura przywoływania

Paging

Paging

Stany pracy terminala sieci

Stany pracy terminala sieci

Bluetooth

Bluetooth

Warstwa L2CAP

Warstwa L2CAP



przyjmuje pakiety o maksymalnym rozmiarze do

przyjmuje pakiety o maksymalnym rozmiarze do

64KB od wyższych warstw i dzieli je na ramki w celu

64KB od wyższych warstw i dzieli je na ramki w celu

transmisji. Na końcu ramki są ponownie składane w

transmisji. Na końcu ramki są ponownie składane w

całość.

całość.



zajmuje się multipleksacją i demultipleksacją

zajmuje się multipleksacją i demultipleksacją

złożonych pakietów. Po złożeniu pakietu warstwa

złożonych pakietów. Po złożeniu pakietu warstwa

L2CAP określa, któremu protokołowi warstwy

L2CAP określa, któremu protokołowi warstwy

wyższej go przekazać, np. do RFcomm lub

wyższej go przekazać, np. do RFcomm lub

telephony

telephony



L2CAP zajmuje się wymaganiami na jakość usługi,

L2CAP zajmuje się wymaganiami na jakość usługi,

zarówno podczas zestawiania połączenia oraz

zarówno podczas zestawiania połączenia oraz

podczas realizacji usługi

podczas realizacji usługi

Dodatkowe warstwy

Dodatkowe warstwy

RFCOMM

RFCOMM



emulacja portu szeregowego

emulacja portu szeregowego



zezwala na emulację wielu portów poprzez

zezwala na emulację wielu portów poprzez

jeden kanał fizyczny

jeden kanał fizyczny

Telephony Control Protocol Specification

Telephony Control Protocol Specification

(TCS)

(TCS)



kontrola połączeń telefonicznych

kontrola połączeń telefonicznych

(zestawianie i rozłączanie połączeń)

(zestawianie i rozłączanie połączeń)