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Bluetooth Low Energy
EEL879 - Redes de Computadores 2 - 2012/2
Luís Henrique M. K. Costa
Otto M. B. Duarte
André Araujo
Pedro de Vasconcellos
Organização
● Bluetooth:– O que é;
– Funcionamento;
● Bluetooth Low Energy:– O que é;
– Tabela Comparativa
– Aplicações;
– Implementação;
– Perguntas;
– Referências;
Bluetooth – O que é
● Criado em 1994;● Fim dos cabos;● Frequências de rádio de curto
alcance;● Streaming de dados contínuo;● Conexão wireless robusta;
Bluetooth - Funcionamento
● Industrial, Scientific and Medical (2.4GHz a 2.485GHz);
● Frequency-hopping spread spectrum (FHSS);
Bluetooth - Funcionamento
● Piconet;
[1]
Bluetooth - Funcionamento
● Scatternet;
[1]
Bluetooth Low Energy – O que é
● Versão 4.0 do Bluetooth, em 2010;
● Conexões com durações de ms;
● Pouco consumo energético;
● Sleep na maior parte do tempo;
Bluetooth Low Energy – O que é
● Média de 1 uA, com picos de 15 mA;
● Bateria com tamanho de moeda;
[2]
Bluetooth Low Energy – O que é
● Bluetooth ≠ Bluetooth low Energy (BLE);● Single-mode ou “smart”;● Dual-mode ou "smart ready";
Tabela Comparativa
Voz Data Audio Video Estado
Bluetooth ACL/HS X X
Bluetooth SCO/eSCO
X
Bluetooth Low Energy
X
Wi-Fi X X X X
Wi-Fi Direct X X X
Zig Bee X
ANT X[3]
Tabela Comparativa
Especificação Técnica Bluetooth Tradiconal Bluetooth Low Energy
Frequência 2400 a 2438 MHz 2400 a 2438.5 MHz
Técnica de Modulação Frequency Hopping Frequency Hopping
Esquema de Modulação GFSK GFSK
Índice de Modulação 0.35 0.5
Número de Canais 79 40
Largura da Banda de Canal 1 MHz 2 MHz
Taxa de dados nominal 1 – 3 Mbps 1 Mbps
Informação útil 0.7- 2.1 Mbps < 0.3 Mbps
Nós / Escravos ativos 7 Ilimitado
Segurança 56 a 128 bits 128 bits AES
Robustez FHSS FHSS
Voz Apto Não apto[4]
Aplicação
Aplicação
Bluetooth Low Energy – Implementação
Host
Controlador
[5]
Bluetooth Low Energy – Physical Layer (PHY)
● 40 canais com 2MHz de espaçamento;● advertising channels e data channels;
[6]
Bluetooth Low Energy – Physical Layer (PHY)
● Adaptive Frequency Hopping (AFH);
[7]
Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)
● 5 estados do dispositivo;
[8]
Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)
● Advertising event
[9]
Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)
● Connection event
[9]
Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL)
● Piconet de 48bit → bilhões de conexões!● Scatternet não mais possível;
Bluetooth Low Energy – Outras camadas
● Host-Controller Interface (HCI);● L2CAP;● Security Manager Protocol (SMP);● Attribute Protocol (ATT):
– Servidor e Cliente;
● Generic Attribute Profile (GATT):– Troca de características;
Bluetooth Low Energy – General Access Profile (GAP)
● Broadcaster;● Observador;
● Periférico;● Central;
[8]
Pergunta 1
● Cite características de um BLE que os tornam tão econômicos ao ponto de poderem ser alimentados por baterias com o tamanho de uma moeda.
Pergunta 1
● Cite características de um BLE que os tornam tão econômicos ao ponto de poderem ser alimentados por baterias com o tamanho de uma moeda.
R: Permanece “dormindo” na maior parte do tempo; transmissões duram apenas ms; e possuem uma baixa taxa de tráfego.
Pergunta 2
● Cite e caracterize os dois modos que um dispositivo pode atuar durante uma conexão.
Pergunta 2
● Cite e caracterize os dois modos que um dispositivo pode atuar durante uma conexão.
R:Escravo, apenas enviando informação e se conectando a apenas um mestre; Mestre, podendo se conectar a um ou mais dispositivos escravos, sendo o centro da topografia estrela (piconet).
Pergunta 3
● Cite os 5 estados de conexão que o um dispositivo pode assumir:
Pergunta 3
● Cite os 5 estados de conexão que o um dispositivo pode assumir:
R: Standby, Advertising, Scanning, Initiating e Connection.
Pergunta 4
● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels?
Pergunta 4
● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels?
R: Porque por usar um espectro gratuito (2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com um sinal de Wi-Fi que esteja operante na região. Para tal, sobre os canais data channels
é usado o mecanismo Adaptative Frequency Hopping (AFH) que evitará as frequências ocupadas.
Pergunta 4
● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels?
R: Porque por usar um espectro gratuito (2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com um sinal de Wi-Fi que esteja operante na região. Para tal, sobre os canais data channels
é usado o mecanismo Adaptative Frequency Hopping (AFH) que evitará as frequências ocupadas.
Pergunta 5
● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes?
Pergunta 5
● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes?
R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo o gasto de energia seja mínimo, normalmente envolvendo apenas informar um estado ou servir de gatilho, não abrangendo tráfego contínuo de dados, como é o caso de sua versão tradicional.
Pergunta 5
● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes?
R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo o gasto de energia seja mínimo, normalmente envolvendo apenas informar um estado ou servir de gatilho, não abrangendo tráfego contínuo de dados, como é o caso de sua versão tradicional.
Referências
● As imagens apresentadas foram retiradas ou adaptadas dos seguintes trabalhos:[1]PEDRO, Ricard M. Bluetooth 4.0 Low Energy: the future low-power consumption solution, jul. 2011. Universitat Politecnica Catalunya. Disponível em: <http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/13249/1/memoria.pdf>. Acesso em: 13 jan. 2013.
[2]GALEEV, Mikhail. Bluetooth 4.0: An introduction to Bluetooth Low Energy – Part I. EE Times, set. 2011. Disponível em: <http://www.eetimes.com/design/communications-design/4217866/Bluetooth-4-0--An-introduction-to-Bluetooth-Low-Energy-Part-I>. Acesso em: 13 jan. 2013
[3]DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications Chapter, nov. 2010. Disponível em: <http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.
Referências
[4]LITEPOINT CORPORATION. Bluetooth Low Energy - WhitePaper. Disponível em: <http://www.litepoint.com/whitepaper/Bluetooth%20Low%20Energy_WhitePaper.pdf>. Acesso em: 13 jan. 2013.
[5]MARTELLI, Flavia. Bluetooth Low Energy. Universitá de Bologna. Disponível em: <http://www.chiaraburatti.org/uploads/teaching/handouts_WSNs_BT-LE.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.
[6]Smith, Phil. Comparing Low-Power Wireless Technologies. Disponível em:<http://www.digikey.com/us/en/techzone/wireless/resources/articles/comparing-low-power-wireless.html> Acesso em: 18 fev. 2013
Referências
[7]Hodgdon, Charles. Adaptive Frequency Hopping for Reduced Interference between Bluetooth® and Wireless LAN. Disponível em:<http://www.design-reuse.com/articles/5715/adaptive-frequency-hopping-for-reduced-interference-between-bluetooth-and-wireless-lan.html > Acesso em: 18 fev. 2013
[8]DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications Chapter, nov. 2010. Disponível em: <http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.
[9]BLUETOOTH SIG. Bluetooth Specifications Version 4.0. Disponível em: <http://www.bluetooth.org>. Acesso em: 12 jan. 2013.