Telefonia Móvel Celular

Redes Pessoais Sem Fio Bluetooth Prof. Francisco José da Silva e Silva Prof. Rafael Fernandes Lopes Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação (PPGCC) Universidade Federal do Maranhão (UFMA) Telefonia Móvel Celular

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

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

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

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 Taxa de transmissão básica de 1 Mbps

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)

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)

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 escultura de Cristo

Bluetooth História

Bluetooth História O logotipo também é em homenagem a Harald Blatand: união das runas nórdicas (Hagall) e (Berkanan), equivalentes a H e B respectivamente

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

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)

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

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 chamadas telefônicas (VoIPoBluetooth)

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

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

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 mensagem

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...

Bluetooth Topologia Dois tipos de topologia são suportados em redes Bluetooth: Piconet Scatternet

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

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 Standby aguardando para entrar em uma piconet

Piconet

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

Scatternet

Scatternet

Modelo OSI x Bluetooth L2CAP: logical link control and adaptation protocol RFCOMM: emulates RS232 serial traffic over L2CAP TCS: telephony control protocol specification SDP: service discovery protocol

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) Cada slot de tempo é transmitido em uma frequência

Camada de Rádio

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)

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 simultâneas

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

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 Velocidade de transmissão de até 721 Kbps

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

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

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

AT: Advanced Telephony Define comandos utilizados em telefonia São utilizados geralmente para controle de modems e transferência de FAX

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 arquivos e cartões de negócio

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 indisponíveis

Leituras recomendadas Wireless Internet and Mobile Computing: Interoperability and Performance Yu-Kwong Ricky Kwok and Vincent K. N. Lau Chapter 10: Bluetooth WPAN John Wiley & Sons, 2007