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Bluetooth 및 WPAN 기술 서비스

Bluetooth 및 WPAN 기술 서비스. 목 차. Bluetooth 서비스 - Bluetooth 유래 및 역사 - Bluetooth 기술요약 - Bluetooth Protocol - Bluetooth Profile - Bluetooth 향후 전망 WPAN 기술 - IEEE 802.15 - IEEE 802.15.2 - IEEE 802.15.3 - IEEE 802.15.3a and IEEE 802.15.4. Bluetooth 의 유래 및 역사.

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Bluetooth 및 WPAN 기술 서비스

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Presentation Transcript

  1. Bluetooth 및 WPAN 기술 서비스 • 목 차 • Bluetooth 서비스 • - Bluetooth 유래 및 역사 • - Bluetooth 기술요약 • - Bluetooth Protocol • - Bluetooth Profile • - Bluetooth 향후 전망 • WPAN 기술 • - IEEE 802.15 • - IEEE 802.15.2 • - IEEE 802.15.3 • - IEEE 802.15.3a and IEEE 802.15.4 2

  2. Bluetooth 의 유래 및 역사 • 블루투스 기술은 2.4GHz의 비인가 ISM(Unlicensed Industrial Science Medical)주파수 대역을 • 사용하여, 10m이내의 개인거리 내에서 다양한 기기간에 통신을 할 수 있도록 하는 저전력 • (RF전력 : 1mW, 100mW), 저가(5달러)의 무선 통신 시스템이다. 3

  3. Spec 1.2 v0.7 Medium Rate v0.5 • Faster Connection • Extended Scatter Mode • SCO Links • Absense Masks • L2CAP Flow and Error control • Anonymity Mode • LMP Improvements 2.4Mbps Radio 2.0 (High Rate) v0.5 10Mbps Bluetooth 성장과정 • 블루투스 성장과정은 아래와 같다. Spec 1.2 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 1 6 7 12 2 2 3 12 1 Sepec 1.1 Spec 1.2 D2 Spec 1.0b Spec 1.0a Spec 0.9 Spec 0.8 4

  4. Bluetooth 기술요약 • 블루투스는 다른 기기와의 간섭을 없애기 위해 스펙트럼 확산 방식의 일종인 ‘ 주파수 호핑’ 방식을 • 채용, 이 방식은 1 슬롯(단위마다) 무작위로 주파수를 전환하여 고정 송신 주파수에 의한 간섭을 • 방지하는 동작을 하게 된다. • Bluetooth의 신뢰성 있는 데이터 송수신을 가능하게 하기 위한 방법 • - 송신측에서 보낸 데이터를 수신 측에서 제대로 받지 못했을 경우, 송신측에서 이전에 전송한 데이터를 • 재전송하는 방법인 ARQ (Automatic Repeat Request)사용 • - 전송 중에 생긴 패킷헤더나 데이터의 비트오류를 스스로 감지하고 보정해 주는 방법인 HEC (Header • Error Correction)와 PEC (Forward Error Correction)을 사용 • 주파수 호핑방식의 장점 • - 라디오 주파수 간섭이 적음(주파수 변환), 충돌 발생시 해당 패킷 재전송, • - 송신자와 수신자만 주파수 호핑 패턴을 알고 있으므로 보안 정도가 높음 • 캐리어 센스(Carrier Sense) : 근거리 통신망에서 여러 기계가 동시에 통신회선을 사용하려고 경쟁할 때 발생하는 충돌을 해결하는 방법 5

  5. slave3 slave3 slave4 slave2 slave2 master master master slave1 slave1 slave5 Bluetooth 기술요약(+) • 마스터(Master)와 슬레이브(Slave)기기들로 구성된 작은 네트워크인 피코넷을 구성할 수 있으며, • 여러 개의 피코넷이 있을 경우 피코넷의 데이터 송수신을 위해 스케터넷을 구성할 수 있다. Piconet Scatternet • 2개 이상의 피코넷으로 구성, 100개까지의 피코넷 연결가능 • 하나의 피코넷의 마스터는 다른 피코넷의 슬레이브가 될 수 있음 • Bluetooth V1.1은 지원하지 않음 • 하나의 피코넷은 1개의 마스트와 7개까지의 • 활성 슬레이브를 지원가능 • 마스트와 슬레이브간에 데이터 송수신을 위한 커넥션 • - 데이터 송수신을 위한 ACL (Asynchronous Connection-Less)커넥션 • - 음성 전송을 위한 SCO (Synchronous Connection-Oriented)커넥션 • 마스터 : 연결을 시작하는 쪽 => 주파수 호핑 패턴(주소를 이용)과 호핑 순서(클럭 이용) 제어 • 슬레이브 : 연결을 당하는 쪽 6

  6. Bluetooth 기술요약(+) • 링크의 유형은 접속 중에도 변경하는 것이 가능하며, 두 종류의 물리 링크가 음성과 데이터가 • 혼합된 멀티미디어 어플리케이션을 지원하기 위해 정의되었다. 7

  7. WAP SDP TCP/UDP IP PPP AUDIO RFCOMM L2CAP LMP Baseband RF Bluetooth Protocol • 블루투스는 기본적으로 각기 다른 회사의 다양한 특성의 기기들이 서로 통신을 할 수 있도록 하는 • 것을 목적으로 한다. 따라서 특정 기능마다 필요한 프로토콜들이 명확히 정의되어 각 회사들이 • 그 정의에 따라 프로토콜 계층을 구현해야 한다. Host Controller Interface 8

  8. Bluetooth Protocol(+) • 블루투스 specification는 블루투스 무선 기술을 이용하는 다양한 장비들이 세계 어디서나 상호 • 통신할 수 있도록 하기 위해 요구되는 정보들을 담고 있는 표준이다. 9

  9. Bluetooth Protocol(+) • 블루투스 specification는 블루투스 무선 기술을 이용하는 다양한 장비들이 세계 어디서나 상호 • 통신할 수 있도록 하기 위해 요구되는 정보들을 담고 있는 표준이다.(~계속) 10

  10. Bluetooth Profile • Profile은 블루투스를 최상위 Application에서 어떻게 사용할 지를 정의한 규격이다. Generic Access Profile TCS_BIN_baseed profiles CordlessPhone Profile Service Discovery Application Profile Intercom Profile SerialProt Profile Generic Object Exchange Profile Dial-upNetworking Profile File Transfer Profile Fax Profile Headset Profile Object Push Profile LAN Access Profile Synchronization Profile Car Profile 11

  11. Bluetooth 응용분야 • 블루투스 응용분야를 간단히 요약하면 다음과 같다. 12

  12. WPAN 기술 • WPAN (Wireless Personal Area Networks)은 비교적 짧은 거리 내에서 비교적 적은 사용자간에 • 정보를 전달하는 데 목적이 있으며, 블루투스가 대표적인 기술이다. 13

  13. IEEE 802.15.2 • WPAN과 WLAN이 2.4GHz의 동일 대역을 사용함으로 인해 네트워크 성능의 한계점이 야기되어 • TG2에서는 동일 주파수 대역을 여러 무선 기기들이 사용함으로 인한 상호 간섭 문제와 진보된 • 멀티미디어 서비스를 위한 고속 데이터 전송 등을 해결하기 위한 연구를 진행하였다. 14

  14. 데이터 DEV DEV 비컨 비컨 데이터 데이터 PNC/DEV 데이터 비컨 DEV 비컨 데이터 DEV IEEE 802.15.3 • 최대 1Mbps의 전송률과 세 개의 음성 채널로 매우 제한된 데이터 전송을 지원하는 블루투스의 • 취약점을 극복, 멀티미디어 전송이 가능한 기기들간의 ad hoc 형태의 연결을 지원하기 위하여, • IEEE802.15.3에서 새로운 표준안인 고속 전송 WPAN(HR-WPAN)이 연구 및 개발하였다. • 가장 기본적인 구성요소 : 디바이스(DEV) • 두 개 이상의 디바이스 또는 스테이션이 POS (Personal • Operating Space) 내에서 동일한 물리채널로 통신하면 • WPAN이 구축된다. • 피코넷을 구성하기 위해서는 PNC (Piconet Coordinator) • 역할을 하는 DEV가 반드시 있어야 하며 PNC는 • 채널타임관리, 채널접근제어, 전력관리 등을 담당한다. IEEE 802.15.3 피코넷 • POS : 일반적으로 반경 10m 이내에 있는 영역을 가리키며, 정지하거나 이동중인 개인의 커버리지 영역을 나타낸다. • 그러나, 무선 물리계층에서 전파 특성은 시간에 따라 변하고 예측 불가능하므로 커버리지 영역을 정확히 정의하기가 어렵다. • Ad hoc 네트워크 : IEEE 802.15.3 WPAN은 미리 설계되는 것이 아니고, WPAN이 필요할 때 형성되는 이런 종류의 동작을 • ad hoc 네트워크라 한다. Ad hoc 네트워킹은 언제, 어디서나 중앙 인프라의 도움 없이도 디바이스간 통신을 • 할 수 있는 방식이다. 15

  15. IEEE 802.15.3 • IEEE 802.15.3 피코넷에서 타이밍은 슈퍼프레임(SuperFrame)을 기반으로 한다. • WPAN은 coordinator 역할을 하는 디바이스가 superframe을 전송하면서 WPAN 형성 • Superframe은 비컨(beacon), CAP (Contention Access Period), CTAP (Channel Time Allocation Period)로 구성 • Coordinator의 주요 기능 중 하나는 WPAN에 관련된 정보와 타이밍을 실은 비컨을 전송하는 것이다. • CAP은 CSMA/CA 방식을 사용, CTAP는 TDMA 방식을 사용 CAP의 길이는 PNC가 결정 CTAP는 CTA, MCTA로 구성 CTA는 커맨드, 등시성 데이터, 비동기 데이터 전송 가능 Guard Time : 동기를 맞추기 위한 여유 MCTA는 DEV와 PNC간의 통신에 사용되는 CTA형태 • PNC : Piconet Coordinator • CAP : Contention Access Period • CTAP : Channel Time Allocation Period • CTA : Channel Time Allocation • MCTA : Management CTA • 각 슈퍼 프레임은 비컨을 시작하여 CAP, CTAP로 구성 • PNC는 슈퍼프레임 내의 원하는 위치에 원하는 번호의 MCTA, CTA를 • 위치시킬 수 있음 • PNC는 CAP에게 제공되는 기능을 MCTA로 변경할 수 있다. 16

  16. IEEE 802.15.3a and IEEE 802.15.4 UWB (Ultra Wide Band) 17

  17. 보안모드 보안모드 1 보안모드 2 보안모드 3 비 보안 서비스 수준 보안 - 유동적/정책기반 링크수준 보안 - 고정적 인증 기밀성 인가 인증 기밀성 Bluetooth Security • 블루투스는 3가지 보안모드를 갖고 있으며 각 블루투스 장비는 한번에 한 모드로만 동작할 수 • 있다. 18

  18. Bluetooth Security(+) • 블루투스 인증 프로시저는 challenge-response 형태이다. 인증 프로세서 1. 요청자가 자신의 48비트 주소(BD_ADDR)을 검증자에게 전송 2. 검증자는 128비트 랜덤 challenge(AU_RAND)를 요청자에게 전송 3. 검증자와 요청자는 E1알고리즘을 사용해서 response를 계산하는데, 입력으로 주소, 링크키, 랜덤challenge를 사용 4. 요청자는 계산된 response(SRES)를 검증자에게 return 5. 검증자는 요청자로부터 받은 SRES를 자신이 계산한 SRES와 비교 6. 만약 두 32비트 SRES값이 동일하다면 Allow Connection • 검증자 : 다른 장비의 정체성을 검증하는 장비 • 요청자 : 그 정체성을 증명하려고 시도하는 장비 • 인증 프로시저 : 클라이언트가 인증을 받기 위해 서버에 접속을 하면 서버는 바이트 스트링, 즉 challenge를 랜덤하게 생성해서 클라이언트에게 전송한다. 클라이언트는 challenge를 자신이 갖고 있는 패스워드와 결합해서 response를 서버에게 전송한다. 서버는 response가 자신이 인증하고자 하는 사용자의 패스워드와 결합이 된 것인지 검사해서 인증을 결정. 19

  19. Bluetooth Security(+) • 블루투스 암호화(기밀성)프로시저는 스트림 암호알고리즘 E0에 기반하고 있다. • 블루투스 암호화 프로시져는 스트림 암호알고리즘 • E0에 기반 • 키스트림은 패킷의 페이로드와 XOR되어서 수신 • 장비에게 전송 • 키스트림은 LFSR(linear feedback shift registers) • 에 기반한 암호화 알고리즘을 사용하여 생성 • 키스트림 = DB_ADDR+EN_BAND+Slot Number • + Encryption key 20

  20. Bluetooth 전자파 • dBm : dBm은 1mW를 기준으로한 전력값이다. 절대 레벨 P mW의 전력은 • dBm = 10log10(pmW/1mW) • Ex) 1mW=>0dBm, 10mW=>10dBm, 100mW=>20dBm, 1000mW=>30dBm 전자파는 출력전력과 밀접한 관련이 있는데, 블루투스에서 사용하는 출력 전력은 최대가 10mW이하 (최대 100mW이하)이며, 이 전력은 일상적으로 사용하는 휴대폰(300mW, 난청지역은 최대 600mW)보다 훨씬 적다. 21

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