Monografia

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Índice

Introdução ................................................................................................................................ 3

1. O que é o Bluetooth? ........................................................................................................ 4

1.1. Funcionamento do Bluetooth .................................................................................... 4

1.1.1. Frequência e comunicação ................................................................................. 6

1.1.2. Ligação Bluetooth .............................................................................................. 7

1.1.3. Estados de Operação ......................................................................................... 7

1.2. Arquitectura Bluetooth .............................................................................................. 8

2. Evolução ......................................................................................................................... 10

3. Análise Crítica ................................................................................................................. 11

3.1. Vantagens e Desvantagens do Bluetooth ................................................................. 11

4. Bluetooth e outras tecnologias ........................................................................................ 12

5. Aplicações ....................................................................................................................... 13

6. Evolução Futura .............................................................................................................. 15

7. Conclusão ....................................................................................................................... 16

8. Bibliografia ...................................................................................................................... 17

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Introdução

Hoje em dia as tecnologias de comunicações sem fio têm desempenhado um

grande e novo contorno para as comunicações em redes. A convergência existente entre as novas tecnologias sem fio é cada vez maior, permitindo a ligação entre os mais diferentes tipos de dispositivos.

Para além da principal vantagem, ou seja, a substituição dos cabos, o Bluetooth permitiu a mobilidade de quase todo os dispositivos equipados com esta tecnologia.

Inicialmente a tecnologia de Bluetooth fora projectada para efectuar o suporte de redes simples e de dispositivos como telemóveis, PDAs, computadores, etc.

Existem várias versões para a escolha do nome para esta tecnologia, no entanto a versão mais credível diz-nos que o nome surge de uma homenagem ao rei da Dinamarca (Harald Bluetooth), que no século X uniu sob o seu domínio os reinos da Dinamarca e da Noruega, feita pela empresa Sueca (Ericson).

Num projecto da Ericsson em 1994, com o objectivo de desenvolver um sistema que permitisse aos telemóveis comunicar sem fios com outros periféricos, surge então o conceito da tecnologia “Bluetooth”. É então que em 1998 se unem a Ericson empresas como a Nokia, IBM, Intel e Toshiba, formando um novo consorcio com o nome de Bluetooth SIG (Special Interest Group), com o proposito de alargar o conceito de Bluetooth, dando suporte ao desenvolvimento de novos dispositivos. Em 1999 esta organização de empresas lança a versão 1.0 do novo padrão sem fios que mais tarde acaba por ficar popularmente conhecido com o “Bluetooth”. [1]

Nesta monografia serão abordados vários temas relativos a esta tecnologia, em primeiro lugar as suas características, passando pelo seu funcionamento e a sua arquitectura lógica, a evolução da tecnologia ao longo da sua existência, tendo em conta também a evolução futura da mesma, apresentando alguns dispositivos que poderão ser usado futuramente, é também feita uma pequena comparação com outro tipo de tecnologias.

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1. O que é o Bluetooth?

O Bluetooth é um padrão global de comunicação sem fios e também de baixo

consumo energético, permitindo a transmissão de dados entre os dispositivos que são

compatíveis com a tecnologia. Sendo então necessário para a comunicação uma

combinação entre hardware e software para que seja possível existir a transmissão de

dados entre os mais diferentes tipos de aparelhos. A transferência de dados desta

tecnologia é feita através de radiofrequência, sendo assim um dispositivo é capaz de

detectar outro independentemente das posições de ambos, basta para tal que estes

estejam dentro do limite de proximidade.

O alcance máximo da tecnologia Bluetooth foi dividido em três classes, para que

fosse possível um melhor desempenho devido aos vários tipos de dispositivos [4]:

Classe1: potência máxima de 100 mW, alcance de até 100 metros;

Classe 2: potência máxima de 2,5 mW, alcance de até 10 metros;

Classe 3: potência máxima de 1 mW, alcance de até 1 metro.

Assim sendo um dispositivo de classe 3 só poderá comunicar com outro caso a

distancia existente entre ambos for inferior a 1 metro, por exemplo. Neste caso a

distância apesar de ser pequena é o suficiente para permitir ligar um auricular sem fios

a um telemóvel que esteja na cintura de uma pessoa. Apesar de existirem as 3 classes,

os dispositivos de classes diferentes podem comunicar entre si sem qualquer

problema, apenas é necessário ter em conta o limite daquele que possui um alcance

mais pequeno.

1.1. Funcionamento do Bluetooth

Os dispositivos Bluetooth baseiam-se num modo de funcionamento

mestre/escravo. Os dispositivos ligam-se em piconets, em que piconet é uma rede

formada por um periférico e todos os outros que estão presentes no seu raio de

alcance. É possível que existam até 10 piconets numa mesma zona de cobertura. Um

mestre pode estar ligado em simultâneo até um máximo de 7 dispositivos escravos

activos. Apesar de que na realidade, num momento dado, o periférico soberano

apenas pode ligar-se a um escravo ao mesmo tempo, no entanto este comuta muito

rapidamente para um escravo dando a ilusão de uma ligação simultânea ao conjunto

dos periféricos escravos. É possível ainda ligar dois piconets entre eles, permitindo

alargar a rede, rede agora chamada de “scatternet” (rede encadeada), graças a certos

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dispositivos que fazem de ponte entre os piconets. A figura 1 ilustra o exemplo de uma

scatternet. [3]

Scatternet

Piconet B

Piconet A

Os dispositivos de Bluetooth têm quatro estados básicos de operação [3]:

Mestre (Master) – Controla a piconet;

Escravo Activo (Active Slave) – Ligado e participa na activamente na piconet;

Escravo Passivo (Parked Slave) – Está sincronizado com a piconet e em

modo de baixa prioridade;

Em espera (Standby) – Não está ligado a uma piconet, aguarda pedidos

ocasionais de outros dispositivos, não está sincronizado com o resto da

rede;

Fig.2 – Estados básicos de operação dos dispositivos Bluetooth

Fig.1 – Exemplo de uma Scatternet

1

2

1

2

3

4

6

1.1.1. Frequência e comunicação

O Bluetooth foi criado para funcionar em todo o mundo, dai ser necessário a

adopção de uma frequência de rádio aberta, que seja padrão em qualquer lado do

planeta.

A frequência utilizada pelos dispositivos Bluetooth, opera numa banda de rádio não

licenciada ISM (Industrial, Scientific, Medical) entre os 2.4 GHz e 2.485GHz. Como esta

faixa é aberta, ou seja, pode ser utilizada por qualquer sistema de comunicação, foi

necessário garantir que o sinal do Bluetooth não gere nem sofra interferências. O

sistema emprega então um mecanismo, frequency hopping, que “salta”

constantemente de frequência permitindo combater as interferências e também o

enfraquecimento do sinal.

Pode-se utilizar até 79 frequências ou 23, dependendo do pais, dentro da banda

ISM, cada uma espaçada da outra por 1 MHz. [5]

Num dispositivo Bluetooth é possível receber/transmitir dados, sendo que a

transmissão é alternada entre slots de transmissão e slots de recepção, esquema este

denominado de FH/TDD (Frequency Hopping/Time Division Duplex).

Fig.3- Exemplo de um esquema de Frequency Hopping

A frequência de salto é determinada pelo endereço do nó Mestre da piconet, o

mestre inicia então a transmissão nas slots pares e o escravo nas slots ímpares. A

transmissão dos pacotes pode ter o tamanho até 5 slots.

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1.1.2. Ligação Bluetooth

Para se poder criar uma ligação por Bluetooth os dispositivos devem ser

identificados, e seguem um procedimento que vai permitir assegurar um nível de

segurança, para tal é seguida a seguinte sequencia [3]:

1. Modo Passivo;

2. Fase de inquisição: descoberta

dos pontos de acesso;

3. Sincronização com o ponto de

acesso (paging);

4. Descoberta dos serviços do

ponto de acesso;

5. Criação de um canal com o

ponto de acesso;

6. Emparelhamento com ajuda de

um código PIN;

7. Utilização da rede

1.1.3. Estados de Operação

STANDBY: Todas as unidades estão neste estado antes de qualquer ligação;

INQUIRY: Procura novos dispositivos;

PAGE: Permite estabelecer uma ligação a um dispositivo/rádio específico;

CONNECTED: Participa numa piconet;

HOLD: O dispositivo pode participar somente na troca de pacotes SCO e funciona no modo de reduced-power. Enquanto não está activo, o dispositivo pode participar em outra Piconet.

Fig.4 – Exemplo de vários dispositivos bluetooth

Fig.5 – Vários estados de operação

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SNIFF: Uma unidade slave escuta a rede periodicamente;

PARK: A unidade ainda se encontra sincronizada com a rede, no entanto não participa no tráfego. É onde ocorre uma maior economia de energia.

Estes estados de operação organizados de forma crescente relativamente ao

consumo de energia dão origem ao seguinte esquema:

Desligado

Estado de Ligação (Connecting)

Estados Activos (Active State)

Estado de Baixa Energia

1.2. Arquitectura Bluetooth

A arquitectura Bluetooth é implementada em várias camadas com funções

específicas [7].

A figura em baixo ilustra as várias camadas.

Fig. 6 – Pilha de Protocolos Bluetooth

Park Sniff Hold

Connected Transmit/

Receive

Sniff Page

STANDBY

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O núcleo do protocolo é uma pilha de cinco camadas com os seguintes elementos

[6][4]:

Rádio – Específica os detalhes da interface da área, incluído a frequência, o

salto de canais (hopping), esquema de modulação e o alcance da

transmissão;

Baseband – Permite o estabelecimento da ligação dentro de uma piconet,

endereçamento, sincronismo e controle de energia;

Link Manager Protocol(LMP) – Responsável pelo setup entre os dispositivos

e a gestão de requisições externas. Inclui aspectos de segurança e

criptografia, e o controlo do tamanho do pacote do baseband;

Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) – Adapta os

protocolos da camada superior à camada de baseband, fornecendo tanto

serviços sem ligação como serviços orientados à ligação;

Service Discovery Protocol (SDP) – Manipula informações do dispositivo,

serviços e consultas para características de serviços entre dois ou mais

dispositivos

Protocolo de substituição de cabo [4]:

Radio Frequency Communications (RFCOMM) – É utilizado para criar uma

porta serie virtual, com o objectivo de fazer com que a substituição de

tecnologias de cabo seja transparente através de mínimas modificações e

dispositivos existentes.

Protocolo de controlo Telefónico [4]:

Telephony control protocol-binary (TCS BIN) – É um protocolo orientado ao

bit que define o controlo de chama de sinalização para o estabelecimento

de chamadas de voz e dados entre os vários dispositivos Bluetooth. Define

ainda procedimentos de gestão de mobilidade para manipular grupos de

dispositivos Bluetooth TCS.

Protocolos adoptados [4]:

Este tipo de protocolos são definidos por outras organizações criadoras de

padrões, são incorporados na pilha de protocolos, permitindo ao Bluetooth criar

protocolos apenas quando necessário. Dentro deste grupo existem os seguintes

protocolos:

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Point-to-Point Protocol (PPP) – Protocolo padrão da Internet para

transportar datagramas de IP sobre um link ponto-a-ponto;

TCP/IP/UDP – Protocolos fundamentais para a suite de protocolos TCP/IP;

Object Exchange Protocol (OBEX) – Protocolo da camada de sessão usado

para o intercambio de objectos, provendo um modelo para representação

de objecto e operação;

Wireless Application Environment/Wireless Application Protocol

(WAE/WAP) – O WAE especifica um framework de aplicação para

dispositivos sem fio e WAP num padrão aberto para fornecer acesso

telefónico e serviços de informação aos utilizadores de “mobiles”.

2. Evolução

O Bluetooth, tal como todas as tecnologias mais recentes, estão em constante

evolução, o que permite que existam novas versões com novas especificações. As

versões existentes são [5]:

Bluetooth 1.0: Representa as primeiras especificações do Bluetooth. Nesta

versão os fabricantes encontraram problemas que dificultavam a

implementação e a interoperabilidade entre dispositivos com Bluetooth;

Bluetooth 1.1: Foi lançada em Fevereiro de 2001, esta versão representa o

estabelecimento entre o Bluetooth com um padrão IEEE 802.15. Aqui foram

solucionados os problemas da versão anterior e foi implementado o sistema

RSSI (Received Signal Strength Indication);

Bluetooth 1.2: Foi lançada em Novembro de 2003, nesta versão as novidades

foram as ligações mais rápidas, uma melhor protecção contra interferências,

suporte aperfeiçoado a scatternets e um processamento de voz mais avançado;

Bluetooth 2.0: Surge em Novembro de 2004, onde foram feitos

aperfeiçoamentos importantes, desde a diminuição do consumo de energia,

aumento na velocidade de transmissão de dados para 3Mbps, correcção as

falhas da versão anterior e uma melhor comunicação entre os dispositivos;

Bluetooth 2.1: Nasce em Agosto de 2007, com as novidades de um acréscimo

de mais informações nos sinais Inquiry, permitindo uma selecção melhorada

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dos dispositivos antes de estabelecer uma conexão, melhorias nos

procedimentos de segurança e uma melhor gestão do consumo de energia;

Bluetooth 3.0: Versão lançada em Abril de este ano, onde o principal atractivo

foram as taxas de velocidade de transferência dos dados. Dispositivos

compatíveis poderão atingir velocidades de 24Mbps de transferência, através

da incorporação de transmissões 802.11. Outra vantagem é o controlo do gasto

de energia utilizado nas ligações. Esta versão e compatível com todas as

versões anteriores da tecnologia.

Todas as versões funcionam entre elas, podendo haver excepções, no entanto a velocidade de transmissão de dados será limitada pela taxa suportada pelo dispositivo de versão inferior.

3. Análise Crítica

Como se sabe, o Bluetooth utiliza onde de rádio, daí muitos especialistas temerem

constantemente a sua segurança. Este facto deve-se a três aspectos [2]:

1. A sequência específica do hopping de canais é conhecida somente à emissão e

aos dispositivos de recepção;

2. A rotina de autenticação do tipo desafio-resposta para verificar a validade da

unidade de recepção;

3. A chave de criptografia com tamanho de 128 bits para estabelecer a

transmissão entre os dispositivos.

3.1. Vantagens e Desvantagens do Bluetooth

Vantagens:

Ligações sem fios, o que permite uma melhor comodidade;

Solução viável e de baixo custo para redes de curto alcance;

Suporta comunicação por voz como por dados;

Baixo consumo de energia;

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Maximização do uso de protocolos existentes, ou seja, pode ser facilmente

integrada aos protocolos que estão em uso;

Permite uma ligação sem necessidade de uma intervenção do utilizador;

O chip Bluetooth tem um custo baixo;

Não exige que o transmissor e o receptor tenham que ficar posicionados frente

a frente;

Existência de vários produtos no mercado com Bluetooth integrado, o que

demonstra um forte crescimento.

Desvantagens:

O número máximo de dispositivos que se podem ligar ao mesmo tempo é

limitado;

O alcance é bastante curto, por isso, uma rede pode ser apenas loca;

Outra desvantagem é o roaming, cada vez que um utilizador sai fisicamente do

alcance do grupo de dispositivos, o equipamento tem que renegociar a ligação

com o novo grupo e assim por diante, o que pode provocar uma lentidão ou até

a queda total da ligação;

Outra desvantagem e a interoperabilidade com redes ou tecnologias

diferentes, e também as interferências nas WLANs.

4. Bluetooth e outras tecnologias

Como sabemos o Bluetooth não foi pioneiro na transferência de dados sem fios, os

dispositivos móveis (telemóveis) inicialmente vieram equipados com os

infravermelhos, só que estes necessitavam de uma linha de visão entre o transmissor e

o receptor, para além do baixíssimo alcance, baixa taxa de transferência, e um baixo

consumo de energia.

Uma tecnologia complementar ao Bluetooth é o WAP (Wireless Application

Protocol), enquanto o WAP é um protocolo que opera em distâncias longas para

transmitir informações, o Bluetooth funciona apenas em curtas distâncias permitindo

ligar dispositivos electrónicos. Ou seja, uma rede Bluetooth muito provavelmente

estará ligada a uma rede WAP, para comunicações de longas distâncias.

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Relativamente ao GPRS (General Packet Radio Service), este tem uma ampla área

de cobertura, boa velocidade de transmissão, pode trabalhar aliado ao Bluetooth em

telemóveis.

Quanto às redes sem fio IEE 802.11, ou mais conhecidas como redes WI-FI

(Wireless Fidelity), estas apresentam maiores taxas de transferências, um maior

alcance, no entanto o Hardware é mais caro e maior, e exige uma maior potencia, ou

seja, um maior gasto de bateria, relativamente à tecnologia Bluetooth.

5. Aplicações

Hoje em dia o Bluetooth é utilizado em quase tudo,

tendo um PDA ou mesmo telemóvel e um notebook

equipado com transmissores Bluetooth, é possível

efectuar uma ligação à Internet, fazer download de

ficheiros, enviar mensagens de texto, entre outras

coisas, isto tudo sem precisar de fios ou mesmo até sem

retirar o telemóvel do bolso, visto que estarão em

comunicação permanente. [8]

É possível a qualquer pessoa criar uma rede pessoal em casa ou até na rua através

de dispositivos compatíveis com o Bluetooth, tais como o teclado, rato, scanner, PDA,

telemóvel etc. Permitindo a esta rede automaticamente ajudar a sincronizar notas,

contactos, receber emails, etc.

Outra das aplicações possíveis e bastante útil, é a incorporação desta tecnologia

em máquinas fotográficas digitais, podendo estas através do Bluetooth transmitir as

fotos tiradas directamente para um notebook perto, ou coloca-las na Internet

utilizando o telemóvel como meio de acesso.

Um dispositivo Bluetooth pode transmitir áudio, podemos ter dispositivos que

actuam como mecanismos de entrada e saída, é o caso dos auriculares sem fios, que

utilizam esta tecnologia. Até mesmo a transmissão de tudo o que a gente escreve,

existe uma caneta Bluetooth em que os utilizadores podem guardar de forma digital

tudo o que escrevem utilizando esta caneta.

Fig.8 – Auricular Bluetooth

Fig.7 – Pen Bluetooth

Fig.9 – Caneta Bluetooth

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As aplicações que utilizam este tipo de tecnologias são bastantes, e tendem a

aumentar significativamente como se pode observar dia-a-dia.

A última e grande aplicação Bluetooth surge com o conceito do “Bluetooth

Marketing”, em que através de um ponto de transmissão (hotspot) envia conteúdos de

marketing utilizando este tecnologia, os conteúdos são diversos e vão desde imagens,

animações, vídeos, entre outros, os conteúdos são enviados continuadamente para

todas as pessoas que se encontrem na área de alcance do ponto de transmissão. Tanto

a transmissão como a recepção é gratuita sendo que o único requerimento é mesmo

que o cliente tenha um telemóvel/PDA ou até mesmo um laptop com Bluetooth.

Este tipo de aplicação pode ser utilizado em vários lugares, desde lojas a centro

comerciais, exposições, hotéis, cinemas, estações de transportes públicos ou até

mesmo em alguns eventos sociais. [10]

Fig.9 – Exemplo do Bluetooth Marketing

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6. Evolução Futura

A evolução do Bluetooth tem sido feita a um ritmo acelerado, onde o SIG (Special

Interest Group) tenta responder ao feedback dos fabricantes dos vários tipos de

aparelhos Bluetooth, dando importância à velocidade, segurança e ao ruído no sinal, e

tentando solucionar os problemas que existiram na última versão.

O grande objectivo que a SIG pretende é assegurar a interoperabilidade entre as

aplicações Bluetooth e os dispositivos dos vários fabricantes.

Existem também já algumas aplicações para o futuro, uma delas associa-se ao

projecto da “casa do futuro”, em que através de um dispositivo Bluetooth, que

funciona como um identificador pessoal, permite comunicar com outros dispositivos

existentes em casa conseguindo por exemplo abrir a porta da garagem e também as

luzes, por exemplo.

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7. Conclusão

Com a realização desta monografia procurou-se dar uma visão geral sobre o

Bluetooth. Passando pelo seu funcionamento, a sua arquitectura e a sua evolução.

Através de todas estas características denota-se que esta tecnologia possui um vasto

campo de aplicações em constante evolução, desde os telefones sem fio, câmaras

digitais, PDAs, etc.

Hoje em dia as pequenas redes assumem cada mais um papel importante devido a

sua simplicidade, a forma prática de utilização, e o conforte que permite ao Homem,

pois esta consegue disponibilizar dados em tempo real, alem da utilização de

equipamentos já prontos e adequados ao próprio estilo de cada pessoa.

A operação dos vários dispositivos em diversos estados permite que exista uma

grande economia de energia durante o seu funcionamento. Nos modos Sniff,Park e

Hold, é onde existe um menor consumo de energia que vai reforçar e também

aumentar a gama de aplicações possíveis desse padrão.

Apesar de o Bluetooth ser uma tecnologia sem fios, o seu modo de uso e aplicações

são diferentes das redes sem fio (Wireless), o Bluetooth não suporta taxas de dados

elevadas, no entanto suporta comunicações/transmissões de dados e de voz com uma

qualidade semelhante ao Wireless, é esta capacidade aliada ao preço baixo e a

possibilidade de as redes poderem ser formadas em qualquer lugar, oferecendo

soluções superiores, que permite ao Bluetooth ter o sucesso que tem no mercado

actual.

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8. Bibliografia

[1] Por dentro do Bluetooth,

http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_dentro_bluetooth.php, acedido

em 20 de Novembro de 2009

[2] A Tecnologia Bluetooth e aplicações, Carlos Yassunori Kobayashi (2369461) Computação Móvel – BCC - IME – USP - 2004

[3] Funcionamento do Bluetooth, http://pt.kioskea.net/contents/bluetooth/bluetooth-fonctionnement.php3, acedido em 20 de Novembro de 2009

[4] Bluetooth, http://pt.wikipedia.org/wiki/Bluetooth#Origem_do_nome_e_logotipo,

acedido em 20 de Novembro de 2009

[5] Tecnologia Bluetooth, http://www.infowester.com/bluetooth.php, acedido em 20

de Novembro de 2009

[6] Programação de aplicações wireless com J2ME e Bluetooh,

http://intelectualmente.blogspot.com/2009/06/wireless-application-programming-

with.html, acedido em 22 de Novembro de 2009

[7] S. Thiago, Programação de aplicações wireless com J2ME e Bluetooh,

http://www.ic.unicamp.br/~ducatte/mo401/1s2006/T2/057642-T.pdf, acedido em 22

de Novembro de 2009

[8] Bluetooth Wireless Technology and Personal Area Networking -

http://www.xilinx.com/publications/products/strategic /bluetooth.htm, acedido em

22 de Novembro de 2009

[9] Bluetooth - An Overview, http://www.swedetrack.com/images/bluet10.htm,

acedido em 22 de Novembro de 2009

[10] Bluetooth Marketing, http://www.awesome.pt/bluair/how-does-bluetooth-

marketing-work.html, acedido em 30 de Novembro de 2009