Bluetooth Ana Cristina Benso da Silva Andrei Oliveira da Silva Fabrício DAvila Cabral CPSE – Centro de Pesquisa em Software Embarcado FACIN/PUCRS – Faculdade

Bluetooth

Ana Cristina Benso da Silva Andrei Oliveira da SilvaFabrício D’Avila Cabral

CPSE – Centro de Pesquisa em Software EmbarcadoFACIN/PUCRS – Faculdade de Informática

Roteiro

Introdução Redes Wireless

O mundo Wireless Bluetooth - Visão Teórica

HistóricoFuncionamentoPilha de Protocolos

Bluetooth –Visão PráticaInstalando e Configurando Dispositivos

BluetoothBlueZ – Pilha Bluetooth para LinuxExemplos de Aplicações

Introdução

CPSE – Centro de Pesquisa em Software EmbarcadosIniciou atividades em 2002Cooperação PUCRS/ HP BrasilFoco

• Redes sem fio

• Computação ubíqua

• Software embarcado

• Linguagens de representação e design de documentos digitais

Tecnologias

Redes Wireless

Internet 90´sGrande acontecimentoEliminou a barreira da distância geográficaAlteração de paradigmas de

disponibilização e obtenção de informações

Redes Wireless

Redes Wireless – Século XXINova quebra de paradigmasDesafios

• Tornar a tecnologia acessível a maioria dos usuários

• Migração de sistemas orientados a voz para sistemas orientados a dados

• IP Networks

Visão do Mundo Wireless

1980 1990 2000 2010

GSM

2G 3G 4G

TDMA

CDMASistema

Analógico

Telefonia Celular

1G

Serviços

de Voz

Serviços IP

Dados

UTMS

WLAN

IEEE 802.11a

BluetoothIEEE 802.11b

WPAN

IPv6

Wireless

Broadband

(next generation)

Semantic Aware

ServicesCyberWorl

d???

TCP/IP

Interconexão de

Redes

Internet

Wireless LAN (WLAN)

Bluetooth2.4 GHz – ISMConexões de Curto Alcance

IEEE 802.11b2.4 GHz – ISM11 Mbps

IEEE 802.11a5 GHz50 Mbps

Bluetooth – Visão Teórica

HistóricoHarald Blåtand (Bluetooth)

• Rei Viking Dinamarquês

• Século X (940 a 981)

• Habilidade de fazer as pessoas se comunicarem

• Uniu e controlou a Dinamarca e Noruega

• Costume de comer blueberries (arando ou uva-do-monte)

Bluetooth - Histórico

1998 Bluetooth SIG (Special Interest Group)

• 3Com, Agere, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba,...

1999 Primeira versão da especificação

2001 Primeiros produtos com BluetoothBluetooth Academy

• Ericsson +Teleca Comtec

Bluetooth - Aplicações

Substituição de cabos

Redes caseiras

Redes em escritórios

Bluetooth – Aplicações

Internet Bridge

Transferência de Arquivos

Acesso a Serviços

Bluetooth - Funcionamento

Topologias Piconet Scatternet

Estabelecendo Conexão

Inquiry Procura por dispositivos Estados:

• Inquiry• Inquiry Scan• Inquiry Response

PageEstabelece conexões Estados:

• Page• Page Scan

STANDBY

CONNECTION

PAGE

PAGE SCAN

INQUIRY SCAN

INQUIRY

MASTER

RESPONSE

SLAVE

RESPONSE

INQUIRY

RESPONSE

Bluetooth – Pilha de Protocolos

Bluetooth Radio

Baseband

AudioL2CAP

SDP

LMP

TCS BIN

OBEX WAP

UDP/TCP

IP

PPP

RFCOMM

AT- Commands

Host Controller Interface

Bluetooth - Radio

Nível Físico Rádio Freqüência

2.4 GHZEspectro

• 2400 MHz – 2483 MHz

• 2465 MHz – 2483 MHz

Hopping Sequences• 5 canais com 32 hops (79 Mhz)

• 5 canais com 16 hops (23 Mhz)

Bluetooth - Radio

Potência do Sinal100 m – 100mW10 m – 2.5 mW10 cm – 1 mW

Canais suportados simultaneamente1 canal de dados assíncrono3 canais de voz síncronos1 canal de dados assíncrono + 1 canal de

voz síncrono Canal de Voz Síncrono – 64 Kbps

Canal Assíncronos Simétricos – 433.9 Kbps

Canal Assíncrono Assimétrico – 732.2 Kbps

Canal de Voz Síncrono – 64 Kbps

Canal Assíncronos Simétricos – 433.9 Kbps

Canal Assíncrono Assimétrico – 732.2 Kbps

Bluetooth - Baseband

Conexões físicas como canais lógicos Funções

Gerenciar o estabelecimento de conexõesControlar FluxoControlar Erros de TransmissãoEndereçar os dispositivos com Bluetooth

Address Controlar a Segurança

Baseband - Enlaces

Enlaces entre Mestre e EscravoACL (Asynchronous Connectionless Link)

• Ponto-a-Multiponto

• Tem Retransmissão

SCO (Synchronous Connection Oriented Link)• Ponto-a-Ponto

• Voz

• Não tem retransmissão

Baseband – Canais Lógicos

LM – Link ManagerTransporte de informações de controle entre os

dispositivos mestre e escravo LC – Link Control

Transporte de informações de controle de fluxo e correção de erros

UA – User AynchronousTransporte de dados do usuário sobre L2CAP

UI – User IsochronousTransporte de serviços isócronos sobre L2CAP

US – User SynchronousTransporte de serviços síncronos em enlaces do tipo

SCO.

Baseband – Formato do Pacote

Access CodeChannel Access Code (CAC) – Piconet IDDevice Code Access (DCA) – PagingInquiry Access Code (IAC) – Inquiry

HeaderAM_ADDRTypeARQNSEQNHEC

Access Code Header Payload

LSB MSB72 54 0-2745

Baseband – Formato do Pacote

FECForward Error Correction

Enlaces SCO e ACLID, NULL, POLL, FHS, DM1

Enlaces SCO somenteHV1, HV2, HV3, DV

Enlaces ACL somente DH1, AUX1, DM3, DM5, DH5

Baseband - Endereços

BD_ADDRBluetooth Address6 bytes

AM_ADDREndereço do dispositivo escravo3 Bits

PM_ADDR e AR_ADDREndereço especial para estações em

parked modePM_ADDR: mestre endereça o escravoAR_ADDR: escravo utiliza para determinar

janela de acesso

Baseband – Modos de Operação Active mode

Dispositivo está ativo e sincronizado como canal

Sniff modeEstado de economia de energiaEscutando no canal com taxa menor

Park ModeDispositivo conectado a piconet, que participa

ocasionalmente Hold Mode

Dispositivo reduz a participação, de acordo com a solicitação do mestre ou de sua vontade

Bluetooth - LMP

Link ManagerComponente de Software

• Controle de comunicação, autenticação e configuração

LMP - Protocolo• 55 PDU’s

– LMP_encryption_mode_req

– LMP_version_res

– ...

Link Controller - hardware

Bluetooth - HCI

Host Controller Interface Interface para os

comandos LMP e Baseband

HCI Driver - software HCI Firmware - hardware HCI Controller Transport

Layer - comunicação• USB

• UART

• RS232

Bluetooth - L2CAP

Logical Link Control and Adaptation Protocol Identifica e roteia mensagens para os

níveis mais altosCodifica e decodifica os pacotes de dadosSegmenta pacotes para o formato

BasebandDemultiplexar e redirecionar

• RFCOMM

• SDP

• Aplicações sobre L2CAP

Bluetooth - RFCOMM

Emula conexões por portas seriais Canais com até 60 portas simuladas Controle de fluxo de dados para retransmitir dados para os níveis mais altos

Bluetooth - SDP

Service Discovery Protocol Divulgação de serviços em uma rede Bluetooth

Cliente/servidor L2CAP

??!! SDPDevice

Bluetooth - Perfis

Definidos pelo SIG Aplicações que utilizam os níveis superiores da pilha de protocolosPerfis de uso geral: perfis básicos que dão suporte a outros perfis

Perfis de uso específico: implementam protocolos para modelos de uso

Bluetooth - Perfis

Modelos de usoCordless DesktopInternet Bridge, LAN accessFile Transfer, Automatic Synchronizer,

Instant PostcardBriefcase Trick, Forbidden MessageInteractive Conference3-in-1 PhoneUltimate Headset, PC Speaker PhoneHands-Free Car Kit

Bluetooth – Perfis Básicos

Serial Port Profile:emula sinais de

transmissão de uma porta serial

General Object Exchange Profile:transferência de

dados utiliza SPP

Generic Access Profile:informações

básicas do dispositivo

Service Discovery Application Profile:Aplicações que

utilizam SDP - como usar e comportamento

Bluetooth – Perfis Uso Específico

Synchronization Profile:Informações

Troca Atualização

Object Push Profile :Troca de:

DadosObjetos

LAN Access Profile:ponto de acesso

LANTCP/IP SPP

Dial-up Networking Profile:Modem - TCP/IPInternet sem fio

Bluetooth – Perfis Uso Específico

Headset Profile:Input/output

remotoÁudio

Fax Profile:Fax modem sem

fioManda/recebe msg

Cordless Telephony Profile:“Gateway” de

telefonia

Intercom Profile:“walkie-talkie”

Bluetooth – Perfis Adicionais

Video Remote Distribution Profile :Vídeo

alta qualidadeACL

Basic Printing Profile:GOEPvCards,...

Extended Service Discovery Profile:SDP+UPnP

Advanced Audio Distribution Profile:Audio

alta qualidadeACL

Bluetooth -Hardware

Dispositivos:

Bluetooth - Software

Software Proprietários (3com, Toshiba,...)Drivers

DesenvolvimentoBlueZ (http://bluez.sourceforge.net/) Stack LinuxAffix (http://affix.sourceforge.net/) Stack LinuxAtinav (http://www.atinav.com/download.htm) SDK

C e JavaImpronto (http://www.rococosoft.com/) SDK Java

Bluetooth – Visão Prática

Instalação Configuração Programação Aplicações

Aspectos Práticos

BlueZ – Pilha Oficial LinuxGPLDocumentaçãoAPIProgramaçãoPerfis

BlueZ - Instalação

Arquivos • Implementação das bibliotecas básicas

• Implementação de perfis

• Aplicações de apoio

• Instalação– rpm –ivh *.rpm

• Distribuições– Red Hat 9.0

– Mandrake 9.1

• Kernel– 2.4.20

– 2.4.21

BlueZ-libs-2.4-1.i386.rpm BlueZ-utils-2.3-1.i386.rpm BlueZ-sdp-1.2-1.i386.rpm BlueZ-hcidump-1.5-1.i386.rpmBlueZ-pan-1.1-1.i386.rpmBlueZ-bluefw-1.0.i386.rpm

http://bluez.sourceforge.net/download/redhat/

BlueZ - Módulos

Carregar no kernel Editar /etc/modules.conf :

alias net-pf-31 blueZ - inicia a pilha BlueZalias bt-proto-0 l2cap - inicia o protocolo L2CAPalias bt-proto-2 sco - inicia o protocolo SCOalias bt-proto-3 rfcomm - inicia o protocolo RFCOMM

BlueZ - Módulos

Ativar módulos Editar /etc/rc.local:

modprobe bluez - pilha BlueZmodprobe hci_usb - interface USBmodprobe ppp_asyncmodprobe ppp_deflatemodprobe bnep - Ativa protocolo BNEPhcid - HCIhciconfig hci0 up - Inicia o dispositivo bluetooth

BlueZ - Módulos

Exemplo de Script para iniciar os módulos:#!/bin/sh

if [ "$1" == "restart" ]

then

echo "Killing dund process..."

killall dund

echo "Killing sdpd process..."

killall sdpd

echo "Killing hcid process..."

killall hcid

fi

echo "Starting the BLUEZ modules and services..."

modprobe bluez

modprobe hci_usb

modprobe ppp_async

modprobe ppp_deflate

modprobe bnep

hcid -f /etc/bluetooth/hcid.conf

hciconfig hci0 up

sdpd

echo "Starting dund..."

sleep 2

dund --listen --channel 1 noauth

echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j ACCEPT

BlueZ - Aplicações

Ferramentas de auxílio:hciconfig

• Configuração (nome, classe,...)

hcitool• scan

• Inquiry

sdptool• browse

l2ping• Teste de conexão


LANDisponibiliza um serviço de LAN Access

PointConfigurando o DUND:

• Criando os dispositivos /dev/rfcommX– Máximo 7 dispositivos:mknod –m 666 /dev/rfcomm0 c 216 0

mknod –m 666 /dev/rfcomm1 c 216 1







LANConfigurando o DUND (cont.):

• Configurando o PPP– /etc/ppp/options

noauth

local

noipdefault

proxyarp

ms-dns 10.0.0.1

netmask 255.255.255.0

connect "sleep 2; echo -n CLIENTSERVER"



– Criar um arquivo para cada dispositivo rfcomm contendo IP local e o IP a ser atribuido pro dispositivo que se conectou:

– /etc/ppp/options.rfcommX:

10.0.0.1:10.0.0.2IP LOCAL IP REMOTO



• Servidor:

• Exemplo tirado do script mostrado anteriormente:

#!/bin/sh

echo "Starting dund..."

sleep 2

dund --listen --channel 1 noauth

echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j ACCEPT



• Cliente:

dund –-connect xx:xx:xx:xx:xx:xx --channel 1 --msdun

Endereço Bluetooth da máquina servidora

BlueZ - Programação

SocketsBibliotecas

#include <bluetooth/bluetooth.h> #include <bluetooth/l2cap.h>#include <bluetooth/rfcomm.h>


Estruturas

Exemplos:

sockaddr_in s_addr L2CAP

sockaddr_l2RFCOMM

sockaddr_rc

s_addr.l2_family = AF_BLUETOOTH; s_addr.l2_psm = htobs(100); baswap(&s_endereco.l2_bdaddr, addr);

s_ addr.rc_family = AF_BLUETOOTH; bacpy(&s_ addr.rc_bdaddr, BDADDR_ANY); s_ addr.rc_channel = 1; str2ba(addr, &s_addr.rc_bdaddr);


Criação do sockets

RFCOMM:int nsocket = socket(PF_BLUETOOTH, SOCK_STREAM, BTPROTO_RFCOMM);

L2CAP:int nsocket = socket(PF_BLUETOOTH, SOCK_SEQPACKET, BTPROTO_L2CAP);

Bind:bind(nsocket, (struct sockaddr *) &s_addr, sizeof(s_addr));


Cliente

connect( nsocket, (struct

sockaddr*)&s_endereco,

sizeof(struct sockaddr) );

Servidor

listen(nsocket, 10); int news = accept (nsocket,

(struct sockaddr *) &c_addr, &tam);

Bluetooth

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Documents

Bluetooth Ana Cristina Benso da Silva Andrei Oliveira da Silva Fabrício DAvila Cabral CPSE – Centro de Pesquisa em Software Embarcado FACIN/PUCRS – Faculdade