Medium Access Control (3)

Transkript

1 Medium Access Control (3) Foreleser: Kjell Åge Bringsrud kjellb 2/22/2005 1

2 Bluetooth En global standard for trådløs konnektivitet 2/22/2005 2

3 Hvem er Bluetooth (Blåtann) Harald Blåtand Bluetooth II: Konge av Danmark Sønn av Gorm den Gamle (Konge av Danmark) og Thyra Danebod (datter av kong Ethelred av England) Dette er en av to runestener som er reist i hans hovedstad Jelling (sentrale Jylland) - Harald kontrollerte Danmark og Norge I begynnelsen var Bluetooth bare et prosjekt-navn Nå er Bluetooth det offisielle navnet på teknologien. 2/22/2005 3

4 Hva er Bluetooth? Prosjekt I februar 1998 dannet Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba and Intel the Bluetooth Special Interest Group (SIG). I desember 1999 ble denne gruppen utvidet med Microsoft, Lucent, 3Com and Motorola. En rekke andre firmaer og institusjoner har siden sluttet seg til denne SIG-en og derved tatt til seg teknologien Målet for prosjektet: Felles Bluetooth spesifikasjon (de facto standard) Sertifisering av Bluetooth produkter Null-kost lisensavtale for alle interesserte parter 2/22/2005 4

5 IEEE Den første standarden til IEEE Working Group for Wireless Personal Area Networks (WPANs) baserer seg på Bluetooth Special Interest Group (SIG) v1.0 specifikasjonen. 2/22/2005 5

6 Hva er Bluetooth? Teknisk Universelt radio-grensesnitt for ad hoc, trådløs konnektivitet Data-forbindelse via kort-distanse (10m) ad hoc nettverk som benytter det lisens-frie 2.45 GHz (ISM) band Lavkost RF moduler Lavt strømforbruk Tale- og data-overføring Anvendelse hovedsakelig for alle portable innretninger 2/22/2005 6

7 Viktig anvendelse av Bluetooth; Enhver laptop kan kombineres med enhver mobiltelefon Internet Firma Nettverk GSM 9,6 kbit/s HSCSD 57,6 kbit/s forbindelse via mobiltelefon-nett GPRS EDGE 115 kbit/s 384 kbit/s UMTS 2 MBit/s maks. 721 kbit/s Bluetooth Link 2/22/2005 7

8 Erstatning for kabel PC tilbehør Trådløs mus og tastatur Skriver-forbindelse Forbindelse til palms og modem Tale-anvendelser Trådløst headset Handsfree bil-sett Enhver mobiltelefon Kan benyttes i enhver bil 2/22/2005 8

9 Forbindelses-parametere Tale-link synkron Forover feilkontroll (FEC) (FEC) CVSD CVSD tale-koding 64kBit/s GHz, GHz, ISM ISM band band (or (or 23) 23) RF RF kanaler kanaler Bærebølge-skille 1 MHz MHz G-FSK G-FSK modulasjon TDD TDD Frekvens-hopping hops/s hops/s (625 (625 µs µs intervall) 1 Mbit/s Mbit/stotal total datarate Data-link asynkron rask rask kvittering max. max. datarater: 433,9 433,9 kbit/s kbit/s (symmetrisk) 723,2 723,2 // 57,6 57,6 kbit/s kbit/s (asymmetrisk) 2/22/2005 9

10 Nett-topologi Piconet 2 eller flere Bluetooth enheter utgjør et piconet Enheter som er bundet sammen kan være master eller slave master kan samtidig knytte seg til maks. 7 slaver pr. piconet En spesifikk hopp-sekvens som bruker alle 79 RF kanalene brukes for forbindelsen (logisk kanal) Ved etableringen av et piconet, gir master sin klokke- og enhets-id til slaven. Unikt hopping-mønster for hvert piconet Alle enheter I et piconet hopper sammen Hvert piconet har en maksimum total datarate på 1 Mbit/s Ikke-piconet enheter er I standby 2/22/ M S S sb S

11 Nett-topologi Scatternet 2 eller flere piconet danner et scatternet Høy-kapasitets system 10 piconet innen samme rekkevidde minsker dataraten med omtrent 10% Bluetooth enheter kan dele forskjellige piconet S M P M sb P S P S sb S 2/22/

12 Master FH/TDD kanal En Bluetooth kanal representeres ved en pseudo-random hopping-sekvens gjennom de 79 RF kanalene til 2,45 GHz båndet Tidsdelt duplex (TDD) overføring brukes innen en Bluetooth kanal t f(k) f(k+1) f(k+2) Slave t 625 µs 2/22/

13 MASTER Blandet link eksempel SCO ACL SCO ACL SCO SCO ACL SLAVE 1 SLAVE 2 SCO: Synchronous Connection- Oriented link - punkt-til-punkt mellom master og en eneste slave * bruker reserverte tidsluker (slots) * kan sees på som en linjesvitsjet forbindelse * hovedsakelig brukt for tale * ACL: Asynchronous Connection- Less link - punkt-til-multipunkt mellom master og alle slaver * bruker gjenværende tidsluker * pakkesvitsjet forbindelse * brukes for data 2/22/

14 Robust Operasjon Rask frekvens-hopping for å sikre god beskyttelse mot interferense Frekvens-kanaler kan være okkupert av: Andre applikasjoner som bruker det samme frekvensområdet Mikrobølge-ovner, baby monitorer, garasjedør åpnere,... Andre Bluetooth linker Datapakker kan mistes fra tid til annen, når hoppe-sekvensen velger en opptatt kanal Kan redusere talekvaliteten på synkrone kanaler (FEC beskyttet) Minsker data-raten i asynkrone kanaler (beskyttet med rask kvittering) Mikrobølge-ovn Bluetooth linker (hopping) Baby monitor Eksempel: Spektrum for ISM båndet 2/22/

15 Automatisk Retransmisjon MASTER A B B X C SLAVE 1 F G H SLAVE 2 Z Z NAK ACK 2/22/

16 Bluetooth Adressering Bluetooth enhets-adresse 48 bit Unik adresse verden over for enhver Bluetooth enhet Aktiv medlem adresse 3 bit Identifiserer de 7 slavene i et piconet Parkert medlem adresse 8 bit Skiller slaver i parkert modus - - 2/22/

17 Funksjonell Oversikt Standby Venter på å slutte seg til et piconet Forespørsel Spørre etter enheter å knytte seg til Tilkople (page) Kople til en bestemt enhet Oppkoplet Aktiv på et piconet (master eller slave) Parkert/Hold Oppkoplet tilstand med lavt strømforbruk Unconnected Standby Connecting States Active States Low Power States Detach Transmit data AMA Releases AMA Address Inquiry T typical=2 ms PARK PMA Standby T typical=2s Connected AMA Page T typical=0.6s T typical=2 ms HOLD AMA 2/22/

18 Lavt strømforbruk Batteri levetid ( Estimatene nedenfor er beregnet med 600 mah battery, strømmen vil variere med implementasjonen) Standby strøm < 0.3 ma 3 måneder Tale modus 10 ma 60 timer Data modus, gjennomsnittelig 6 ma (20% utnyttelse) 100 timer Lav-energi arkitektur Hold/Parkert modus 60 µa Enheter som er tilkoplet, men som ikke deltar Enheter kan delta I løpet av 2 ms 1 års levetid for batteriet 2/22/

19 Bluetooth sikkerhet Byte E 22 Authentication E 22 Link Key Link Key 128 Bit E 3 E 3 Encryption Key Encryption Key 128 Bit Keystream Generator Keystream Generator Payload Key Cyphering Payload Key max.128 Bit 2/22/

20 Oppsummering, trådløse nett Tekniske attributter: Mobilitet, portabilitet Dekningsgrad Frekvensområde Frekvenshopping Tidsdelt dupleks (TDD) Interferens Innramming Adressering Strømforbruk QoS Sikkerhet Virkemåte IEEE standarder: Trådløst Ethernet (WLAN; IEEE ) Bluetooth (WPAN; IEEE ) Trådløst MAN (WMAN; IEEE ) 2/22/