1 / 97

Chapter 7 Bluetooth and Wireless Personal Area Networks (WPAN)

Chapter 7 Bluetooth and Wireless Personal Area Networks (WPAN). Dr Lami Kaya. Introduction. Personal Area Network (PAN) Limited area networks to serve the specific connection needs of an individual Home or small office Home Area Network (HAN) Inside/Outside

taniel
Télécharger la présentation

Chapter 7 Bluetooth and Wireless Personal Area Networks (WPAN)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Chapter 7Bluetooth and Wireless Personal Area Networks (WPAN) Dr Lami Kaya

  2. Introduction • Personal Area Network (PAN) • Limited area networks to serve the specific connection needs of an individual • Home or small office • Home Area Network (HAN) • Inside/Outside • A PAN/HAN connect wide range of devices: • PDAs, phones • Computers and peripheral devices • Video Games and DVD players • TVs, security systems, etc

  3. Introduction • Personal Area Network (PAN) • Bireylerin özel bağlantı ihtiyaçlarına hizmet veren limitli alan ağları • Ev veya küçük ofis • Home Area Network (HAN) • Inside/Outside • A PAN/HAN geniş alan araçları bağlar: • PDAs, phones • Computers ve çevresel araçlar • Video Games and DVD players • TVs, security systems, etc

  4. Bluetooth Usage

  5. Bluetooth Kullanımı

  6. Bluetooth Technology and Its operation • Name is the name of a Danish king, HaraldBlatand (or Bluetooth) • His fondness for blueberries, which stained his teeth blue • It is an RF networking technology used to form ad-hoc PANs within 10 m range • Uses frequency-hopping radio link • The standard developed by Bluetooth SIG • Bluetooth specification • Defines its technical operation and protocol architecture • Bluetooth profile • Defines its range of applications

  7. Bluetooth Teknolojisi ve kullanımı • Name is the name of a Danish king, HaraldBlatand (or Bluetooth) • His fondness for blueberries, which stained his teeth blue • 10 m lik alanda ad-hoc PAN şeklinde kullanılan bir RF ağ teknolojisidir • frequency-hopping radio link kullanır • Bluetooth SIG tarafından standartı geliştirilmiştir • Bluetooth specification(teknik özellik) • Teknik kullanımları ve protokol mimarisini belirtir • Bluetooth profile • Uygulama alanlarını belirtir

  8. Bluetooth Protocols • Bluetooth specification defines some layers • RF communications • Baseband communications • Link management • Host control • Logical link control • Serial port emulation • Service discovery

  9. Bluetooth Protokolleri • Bluetooth specification bazı katmanlar belirtir • RF haberleşme • Baseband haberleşme • Bağlantı yönetimi • Host kontrolü • Mantıksal bağlantı kontrolü • Serial port emulation • Servis bulma

  10. Bluetooth Protocol Stack

  11. Bluetooth Protokol Yığını

  12. Bluetooth Protocol Stack(Bluetooth Protokol Yığını)

  13. Bluetooth Protocol Stack(Bluetooth Protokol Yığını)

  14. Bluetooth Protocol Stack • The Baseband and Link Control Layer enables the RF link Bluetooth units in a piconet • Link Manager Protocol (LMP) • Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) • Service Discovery Protocol (SDP) • Cable Replacement Protocol (RFCOMM) • Telephony Control Protocol • Commands are used to establish speech and data calls between devices and control mobile phones and modems respectively • Adopted Protocols • Bluetooth also supports PPP, TCP/UDP/IP, OBEX and WAP protocols to maximize interoperability

  15. Bluetooth Protocol Yığını • Baseband ve Link Control katmanı RF Link Bluetooth birimini bir piconet içinde çalışır kılar. • Link Manager Protocol (LMP) • Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) • Service Discovery Protocol (SDP) • Cable Replacement Protocol (RFCOMM) • Telephony Control Protocol • Komutlar konuşmayı kurmak, araçlar arasında veri çağırmak, mobil telefonları ve modemleri kontrol etmek için kullanılır • Adapte edilen Protokoller • Bluetooth birlikte çalışılabilirliği artırmak için PPP, TCP/UDP/IP, OBEX and WAP gibi protokolleride destekler

  16. OBject Exchange (OBEX) • It is a communications protocol that facilitates the exchange of binary objects between devices • It is maintained by the IrDA but has also been adopted by the Bluetooth SIG • PDAs and its many successors use OBEX to exchange business cards, data, even applications • OBEX is similar in design and function to HTTP • a client uses a reliable transport to connect to a server and may then request or provide objects

  17. OBject değişimi(OBEX) • Araçlar arasında ikilik nesnelerin değişimine imkan sağlayan haberleşme protokolüdür • IrDA tarafından yürütülür fakat Bluetooth SIG tarafından adapte edilmiştir • PDAs ve pek çok takipçi iş kartlarının, verinin hatat uygulamalrın değişimi için OBEX kullanır. • OBEX tasarım ve işlevsellik olarak HTTP ye benzer • Bir client, server a bağlanmak için güvenli bir taşıyıcı kullanır ve sonrasında objeleri ister

  18. Wireless Application Protocol (WAP) • An open international standard for application-layer network communications in a wireless environment • Most use of WAP involves accessing the mobile web from a mobile phone or from a PDA • A WAP browser provides all of the basic services of a computer • Web browser simplified to operate within the restrictions of a mobile phone, such as its smaller view screen • Websites written in, or dynamically converted to, WML (Wireless Markup Language) and accessed via the WAP browser • Before the introduction of WAP, service providers had extremely limited opportunities to offer interactive data services

  19. Wireless Application Protocol (WAP) • Kablosuz çevrede, uygulama katmanı ağ haberleşmesi için uluslar arası açık bir standarttır • Wap ın pekçok kullanımı mobil telefonlardan veya PDA lerden mobil web e erişmeyi içerir • Bir WAP browser bir bilgisayarın bütün temel servislrini saplar • Web browser mobil telefonda kısıtlamalarla çalışabilecek şekilde basitleştirlimiştir, örneğin çok küçük görüntü ekranı • Website ler WML ile yazılır veya dinamik olarak çevrilerek WAP browser tarafından ulaşılır • Wap dan önce, servis sağlayıcılar interaktif veri servisleri için çok limitli fırsatlar sunuyordular

  20. WAP Gateway

  21. WAP versus WEB

  22. WAP Transfer

  23. Point-to-Point Protocol (PPP) • It is a data link protocol commonly used to establish a direct connection between two networking nodes. • It can provide connection authentication, transmission encryption privacy, and compression. • It is used over many types of physical networks: • including serial cable, phone line, trunk line, cellular telephone, specialized radio links, and fiber optic links such as SONET. • Most Internet service providers (ISPs) (in the past) used PPP for customer dial-up access to the Internet. • There are number of encapsulated forms of PPP, such as • Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE) • Point-to-Point Protocol over ATM (PPPoA)

  24. Point-to-Point Protocol (PPP) • İki ağ nodu arasında direk bir bağlantı kurmak için kullanılan data link protokolüdür. • Bağlantı authentication, ileti şifreleme gizliliği ve sıkıştırma sağlayabilir. • Pek çok tipte fiziksel ağ üzerinde çalışır: • Seri kablo, telefon hattı, ana hat, cellular telephone, özelleşmiş radio linkleri ve fiber optik linkleri içerir • Pekçok Internet service providers (ISPs) (geçmişte) müşterilerini dial-up internetlere bağlamak için PPP kullandı. • There are number of encapsulated forms of PPP, such as • Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE) • Point-to-Point Protocol over ATM (PPPoA)

  25. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) • Resides on Layer 2 (data link layer of OSI model) • Provides link functions for the baseband protocol • L2CAP provides • Connection-oriented and connectionless services • Also multiplexing, frame segmentation/reassembly • L2CAP supports two link types • Synchronous connection-oriented (SCO) for real-time voice • Asynchronous connectionless (ACL) to transport data

  26. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) • Katman 2 (OSI model de data link layer da) • baseband protocol için bağlantı sağlar • L2CAP sağlar • Connection-oriented ve connectionless servisleri • multiplexing, frame segmentation/reassembly de salar • L2CAP iki bağlantı tipini destekler • Synchronous connection-oriented (SCO) gerçek zamanlı sesler için • Asynchronous connectionless (ACL) data transferi için

  27. Radio Frequency Communication (RFComm) • It is a simple set of transport protocols, made on top of the L2CAP protocol • Provides emulated RS-232 serial ports (up to sixty simultaneous connections to a Bluetooth device at a time • It is sometimes called serial port emulation • The Bluetooth serial port profile is based on this protocol • Provides a simple reliable data stream to the user, similar to TCP • Many Bluetooth applications use RFComm • Because of its widespread support and publicly available API on most operating systems. • Additionally, applications that used a serial port to communicate can be quickly ported to use RFComm

  28. Radio Frequency Communication (RFComm) • Transport protokol lerin basit bir kümesidir, L2CAp protokolünün en tepesinden oluşturulmuş • RS-232 seri portlarının bezerini sağlar (birim zamanda bluetoorh a 60 eş zamanlı bağlantıya kadar ) • Bazen Seri port a benzemede denir • Bluetooth serial port profile bu protokole dayanır • Kullanıcıya Basit ve güvenilir bir veri akışı sağlar, TCP ye benzer • Pek çok bluetooth uygulaması RFComm kullanır • Yaygın desteği ve pek çok işletim sistemine uygun heskesin kullanımına açık API si sebeiyle. • Ek olarak, haberleşme için seri port kullanan uygulamalar hızlı bir şekilde RFComm kullanılarak portlanır

  29. Link Manager Protocol (LMP) • Responsible for setting up link channels between Bluetooth devices • After performing security methods like authentication and encryption by generating, exchanging and verifying linking and encryption keys and negotiating baseband packet size

  30. Link Manager Protocol (LMP) • Bluetooth araçları arasındaki bağlantının kurulmasından sorumludur • Authentication ve üretme, değiştirme ve doğrulama ve şifreleme anahtarı ile şifreleme ve baseband paket uzunluğu uzlaşması gibi güvenlik metodları çalıştırır

  31. Synchronous connection oriented (SCO) • The type of radio link used for voice data • An SCO link is a set of reserved timeslots on an existing ACL link • Each device transmits encoded voice data in the reserved timeslot • There are no retransmissions • but forward error correction can be optionally applied • Enhanced SCO (eSCO) links use retransmissions to achieve reliability

  32. Synchronous connection oriented (SCO) • Ses verileri için kullanılan radyo bağlantı tipi • Bir SCO bağlantısı varolan bir ACL bağlantısında ayırılmış zaman dilimleri kümesidir • Her araç ayırılımış zaman diliminde kodlanmış ses datasını iletir • Tekrar iletim yoktur • Fakat ileri hata düzeltme isteğe bağlı olarak uygulanır • Genişletilmiş SCO (eSCO) bağlantıları güvenilirlik sağlamak için tekrar iletim kullanırlar

  33. Asynchronous Connection-Oriented (ACL) • The normal type of radio link used for general data packets using a polling TDMA scheme to arbitrate access • It can carry several different packet types, which are distinguished by: • Length • (1, 3, or 5 time slots depending on required payload size) • Forward error correction • Modulation • (Enhanced data rate - packets allow up to triple data rate) • A connection must be explicitly set up and accepted between two devices before packets can be transferred • ACL packets are retransmitted automatically if unacknowledged • allowing for correction of a radio link that is subject to interference. • For isochronous data, the number of retransmissions can be limited by a flush timeout • ACL links are disconnected if there is nothing received for the supervision timeout period

  34. Asynchronous Connection-Oriented (ACL) • Arbitrate erişim için polling TDMA şeması kullanan genel veri paketleri için kullanılan radyo bağlantı tipi • Pek çok farklı paket tipini taşıyabilir, şu şekilde ayrılır: • uzunuluk • (1, 3, or 5 time slots depending on required payload size) • İleri hata düzeltme • Modülasyon • (Enhanced data rate - packets allow up to triple data rate) • Bir bağlantı açık bir şekilde kurulmalı ve paketler gönderilmeden iki araç arasında uygulanmalı • Eğer onaylanmamışsa, ACL paketleri otomatik olarak tekrar gönderilir • İnterference durumunda, ragdyo bağlantısının düzeltilmesine izin verir. • For isochronous data, the number of retransmissions can be limited by a flush timeout • Eğer supervision zaman aşımı periyodu için hiçbirşey alınmamışsa, ACL bağlantıları disconnect edilir

  35. Host Controller Interface (HCI) • Host yığınları arasında standartlaştırılmış haberleşme (e.g., a PC or mobile phone OS) and the controller (the Bluetooth IC) • Bu standart host yığını ve kontrolcü IC nin en az adaptasyon ile değiş tokuşuna izin verir • Pek çok HCI transport layer standardı vardır, herbiri aynı komutu, olayı ve veri paketini transfer için farklı donanım arayüzü kullanır • En çok kullnılan lar USB(PC ler için) and UART(mabil telefon ve PDA lar için) • Bazit fonksiyonlara sahip Bluetooth araçlarında, hast yığını ve controller aynı microişlemci de implement edilir • Bu durumda HCI opsiyoneldir

  36. Service discovery protocol (SDP) • Used to allow devices to discover what services each other support, and what parameters to use to connect to them • For example, when connecting a mobile phone to a Bluetooth headset, SDP will be used to determine • Which Bluetooth profiles are supported by the headset(headset profile, hands free profile, advanced audio distribution profile, etc.) • And the protocol multiplexor settings needed to connect to each of them • Each service is identified by a Universally Unique Identifier (UUID), with official services (Bluetooth profiles) assigned a short form UUID (16 bits)

  37. Service discovery protocol (SDP) • Araçların birbirleinin hangi servisi desteklediğini ve birbirleri ile hangi parametreleri kullandıklarını bulmak için kullanılır • Örneğin, bir mobil telefon ile bluetooth kulaklığı bağlarken, SDP şunlara karar vermede kullanılır • Kulaklık tarafından hangi bluetooth profili destekleniyor (headset profile, hands free profile, advanced audio distribution profile, etc.) • Ve birnirlerinin bağlanması için gereken protokol çoklayıcı ayarları • Her servis Universally Unique Identifier (UUID) tarafından tanımlanır, kısa bir form atanan UUID (16 bit) resmi servisler (bluetooth profili) ile

  38. Bluetooth Transmitters • Bluetooth RF uses FHSS • Bandwidth 2.402 – 2.480 GHz • Mostly using 79 channels (some countries reduced to 23) • Bluetooth defines three RF transmitters classes • Class 1 (up to 100 m & 100 mW) • Class 2 (up to 10 m & 2.5 mW) • Class 3 (up to 10 cm & 1 mW) • Actual range realized by any Bluetooth depends on • Power source • Operating environment

  39. Bluetooth Transmitters • Bluetooth RF FHSS kullanır • Bandwidth 2.402 – 2.480 GHz • Çoğu zaman 79 kanal( bazı ülkeler 23 e düşürür) • Bluetooth 3 tane RF transmitters sınıfı tanımlar • Class 1 (up to 100 m & 100 mW) • Class 2 (up to 10 m & 2.5 mW) • Class 3 (up to 10 cm & 1 mW) • Herhengibir Bluetooth un gerçek kapsama alanı • Güç kaynağı • İşletim ortamına bağlıdır

  40. Bluetooth Networking • They are created in an ad-hoc fashion through ‘discovery’ process of the link manager in the device • An ad-hoc Bluetooth network is called a ‘piconet’ • Can include up to 8 devices • When more than 8 devices attempting to associate with a piconet, • the piconet is divided into two or more piconets • they are interconnected into a ‘scatternet’ • devices within a scatternet can communicate through other devices • In each connection, one of the device takes on the role of ‘master’ and the other becomes a ‘slave’

  41. Bluetooth Networking • Aracın bağlantı yöneticinin ‘keşfetme’ işlemi üzerinden Ad-hoc gibi oluşturulurlar. • Bir ad-hoc Bluetooth ağı ‘piconet’ olarak adlandırılır • 8 araca kadar kapsayabilir • 8 araçtan fazlası bir piconet ile bağlantı girişimde bulunursa, • Piconet iki veya daha fazla piconet e bölünür • Bir ‘scatternet’ de birbirlerine bağldır • Bir scatternet deki araçlar diger araçlar üzerinden haberleşebilir • Her bağlantıda , bir araç ‘efendi-master’ digerleri ‘köle-slave’ rolündedir

  42. Piconets • The original Piconet was a networking type used on RM Nimbus computers • These days, a piconet is an ad-hoc computer network linking a user group of devices using Bluetooth technology protocols • Allow one master device to interconnect with up to seven active slave devices • because a three-bit MAC address is used • Up to 255 further slave devices can be inactive, or parked, which the master device can bring into active status at any time • A piconet typically has a range of about 200 m and a transfer rate between about 200 and 2100 kbit/s at the application, depending on whether synchronous or asynchronous connection is used • All the active slaves have 3 bit Logical Transport Address (LT_ADDR) • The LT_ADDR is used by the master to send packets to a specific slave and to identify that the slave that has sent a response packet

  43. Piconets • The original Piconet was a networking type used on RM Nimbus computers • These days, a piconet is an ad-hoc computer network linking a user group of devices using Bluetooth technology protocols • Allow one master device to interconnect with up to seven active slave devices • because a three-bit MAC address is used • Up to 255 further slave devices can be inactive, or parked, which the master device can bring into active status at any time • A piconet typically has a range of about 200 m and a transfer rate between about 200 and 2100 kbit/s at the application, depending on whether synchronous or asynchronous connection is used • All the active slaves have 3 bit Logical Transport Address (LT_ADDR) • The LT_ADDR is used by the master to send packets to a specific slave and to identify that the slave that has sent a response packet

  44. Piconets

  45. Piconets • The slaves that share the same master device all belong to the same piconet • Each slave must interact with the master on a time interval negotiated between the master and the slave • A Bluetooth device can not act as a master in two piconets • If a piconet device is also linked to another piconet in a scatternet, it must participate as a master device in one piconet and a slave device in a second piconet

  46. Piconets • Aynı master aracı paylaşan slave lerin hepsi aynı piconet dedir • Her slave, master ile slave arasında belirlenen belirli bir zaman diliminde bir master ile iletişim kurmak zorundadır • Bir bluetooth aracı iki piconet de master gibi davranamaz • Eğer piconet aracı bir scatternet deki başka bir piconet aracı ile bağlandıysa, slave bir piconete master olarak diğerine slave olarak katılır

  47. Scatternets

  48. Scatternets • When two or up to ten piconets are connected through one or more common devices • A scatternet is a group of nonsynchronized piconets • They connect through a common device that serves as a ‘bridge’ between the piconets • To communicate effectively across a scatternet, a Bluetooth device must have a point-to-multipoint communication capabilities

  49. Scatternets • İki veye on a kadar piconet ler bir veya daha fazla genel araç ile bağlandıysa • Bir scatternet senkronize edilmemiş bir gurp piconet dir • Piconetler arasında köprü gibi davranan genel bir araç üzerinden bağlanırlar • Bir scatternet de etkili haberleşme için, bluetooth araçalarınına point-to-multipoint communication yetenekleri olmalıdır

  50. Connecting Bluetooth Devices • Some Bluetooth devices continuously scan for other devices in an effort to ‘discover’ them • Many Bluetooth devices require the user to activate the ‘discovery’ (masters) or search (slaves) mode • Using PIN codes: • Bluetooth attempts to prevent just anybody from accessing or connecting to your Bluetooth device • Standard defines security options • A common security method is using personal identification number (PIN) • PIN is intended to prevent any unauthorized device to create an association

More Related