———————————————— Gonçalves A., André Filipe Nunes Gonçalves, com o nº 62008049 pertence à turma 2 do Curso de Eng.ª Informática, da EST, Castelo Branco. E-mail: afng14@hotmail.com. Santos C., Cristiano Miguel Neto dos Santos, com o nº 62008045 pertence à turma 2 do Curso de Eng.ª Informática, da EST, Castelo Branco. E-mail: cristianomnsantos@hotmail.com.

Bluetooth

Gonçalves A., Santos C.

Resumo – A elaboração deste relatório visa vários pontos no que diz respeito à tecnologia

Bluetooth. Desta forma, iremos falar sobre quem criou o Bluetooth, qual a origem deste nome

bem como a origem do logótipo. Focámo-nos também no que é e para que serve bem como

nas frequências e normas desta tecnologia. Depois, explicamos ainda o que é uma Piconet,

quais as versões e utilizações do Bluetooth. Para terminar, falamos um pouco do futuro desta

tecnologia indispensável nos dias que correm.

Palavras-Chave – Bluetooth, conectividade wireless, redes sem fios, partilha de ficheiros, SIG,

Piconet, dispositivos Bluetooth, redes domésticas, frequências, normas, segurança, perfis,

versões, utilizações do Bluetooth, futuro do Bluetooth

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1. INTRODUÇÃO

ste relatório foi realizado no âmbito da disciplina ―Sistemas Informáticos Industriais‖ e

contém a principal informação relacionada com o tema Bluetooth.

O Bluetooth é uma tecnologia que apareceu em meados de 1994 tendo sido a

empresa Ericsson a principal criadora deste projecto.

A ideia inicial deste projecto era permitir a comunicação entre telemóveis e acessórios

utilizando ondas de baixo custo em vez de cabos.

Hoje em dia o Bluetooth é muito utilizado não só para interligar telemóveis com acessórios mas

também para interligar muitos outros dispositivos electrónicos como por exemplo computadores

portáteis, PDA’s, etc.

Na secção 2,3 e 4 deste relatório podemos encontrar informações sobre quem criou o

Bluetooth, a origem do nome e do logótipo, seguidas das secções 5 e 6 onde é explicado o que

é e quais os seus objectivos. De seguida, na secção 7 encontra-se informação acerca da

frequência utilizada pelo Bluetooth e na secção 8 são ditas quais as normas do Bluetooth. Na

secção 9 encontra-se informação acerca das redes Bluetooth e nas suas subsecções, é

explicado como é feita a autenticação e é dito para que serve o sinal Scan. Na secção 10

encontram-se os perfis do Bluetooth, seguidos da secção 11 onde são um pouco descritas as

versões existentes do Bluetooth. Na secção 12 são ditas algumas das aplicações onde o

Bluetooth é utilizado e, finalmente, na secção 13 é falado um pouco do futuro desta tecnologia.

E

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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2. QUEM CRIOU O BLUETOOTH

O Bluetooth foi criado por um conjunto de empresas,

denominado de SIG (Special Interest Group), que se formou em

1998 com as empresas Ericsson, Toshiba e Intel. Este número de

empresas foi depois crescendo, uma vez que toda e qualquer

empresa que queira vender um dispositivo com a tecnologia

Bluetooth tem de estar integrada no SIG [1].

3. O NOME BLUETOOTH O nome Bluetooth tem origem no idioma viking antigo e significa Dente-Azul. Foi uma

homenagem ao rei escandinavo – Harald Blåtandem (em inglês - Harald Bluetooth), que no

século 10, uniu as tribos norueguesas, suecas e dinamarquesas. ([2])

4. ORIGEM DO LOGÓTIPO DO BLUETOOTH

O logótipo do Bluetooth é uma junção de letras do alfabeto latino Hagall e Berkanan

(ver figura 1) que correspondem as letras HB de Harald Bluetooth. ([3])

Fig. 1: Origem do logotipo do Bluetooth

5. O QUE É O BLUETOOTH?

O Bluetooth é um padrão global de comunicações sem fios que trabalha segundo

ondas rádio.

É utilizado nas WPAN’s (Wireless Personal Area Networks) e visa a comunicação

simples, rápida, segura e barata entre vários dispositivos electrónicos como por exemplo

telemóveis, computadores, teclados, impressoras, etc. ([4] e [5])

6. OBJECTIVO DO BLUETOOTH

O objectivo principal do Bluetooth é efectuar a transmissão de dados ou voz entre 2 ou

mais equipamentos que se encontrem a uma curta distância, utilizando pouca energia.

Para que seja possível o funcionamento do Bluetooth, é necessária uma combinação

de hardware com software.

Além disso, foram criados 3 tipos de classes para que se pudesse interligar os vários

tipos de dispositivos existentes:

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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Classe 1 – potência máxima de 100 mW e alcance máximo de 100 metros;

Classe 2 – potência máxima de 2,5 mW e alcance máximo de 10 metros;

Classe 3 – potência máxima de 1 mW e alcance máximo de 1 metro;

Qualquer dispositivo de uma determinada classe pode-se conectar com outro de outra

classe mas, no entanto, a existência destas classes faz com que por exemplo, um dispositivo

de classe 3 só se consiga conectar com outro que esteja numa distância de até 1 metro deste,

independentemente da classe do outro dispositivo.

No que diz respeito à velocidade de transmissão de dados, pode-se dizer que é baixa sendo

que na versão 1.2 alcançava-se no máximo 1 Mbps e na versão 2.0 passou-se a conseguir um

máximo de 3 Mbps. No entanto com a versão 3.0, já é possível atingir um máximo de 24 Mbps.

([4])

7. FREQUÊNCIA UTILIZADA PELO BLUETOOTH

Como o Bluetooth foi criado com o intuito de ser implementável nos mais diversos

dispositivos, foi necessário utilizar uma frequência de rádio aberta, ou seja, uma frequência que

possa ser utilizada por qualquer sistema de comunicação. Assim sendo, recorreu-se à

utilização da banda ISM (Industrial, Scientific, Medical) que opera entre 2.4 GHz e 2.5 GHz.

Uma vez que esta banda é aberta, é necessário garantir que o sinal de Bluetooth não

sofra alterações devido a interferências. Esta é a função do esquema de comunicação FH-

CDMA (Frequency Hopping – Code-Division Multiple Access), uma vez que este faz com que a

frequência seja dividida em vários canais. Através deste esquema, o dispositivo que estabelece

uma conexão, vai alterando de canal de uma forma rápida (Frequency Hopping – ―salto de

frequência‖). Estes constantes saltos reduzem bastante a possibilidade de interferência, uma

vez que a largura de banda da frequência é muito reduzida. No total, o Bluetooth pode utilizar

até 79 frequências (ou 23, consoante o país) da banda ISM, estando estas frequências

separadas por uma faixa de 1 MHz.

Existe ainda um outro esquema denominado de FH/TDD (Frequency Hopping/Time

Division Duplex) que permite que o Bluetooth seja full-duplex, alternando os slots (canais

divididos em períodos de 625 microssegundos) de uma ligação entre slots de transmissão e

slots de recepção (ver figura 2). Em cada segundo ocorrem 1600 saltos uma vez que cada slot

deve ocupar um salto de frequência (1 Segundo = 1000000 Microsegundos logo, temos que

1000000/625=1600 saltos).

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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Fig. 2: Esquema FH/TDD

Em termos de ligação entre emissor e receptor, o Bluetooth faz uso de dois padrões:

SCO (Synchronous Connection-Oriented) e ACL (Asynchronous Connection-Less). O SCO é

responsável por estabelecer um link sincronizado entre o master e o slave (definidos mais à

frente) da ligação. Este link reserva slots para cada um dos dispositivos da ligação (master e

slave). Assim sendo, o SCO é mais utilizado em aplicações de envio contínuo de dados (como

por exemplo voz). O problema do SCO é que não permite a retransmissão de pacotes no caso

de estes não chegarem ao receptor. Neste caso, se por exemplo ocorrer uma perda de

transmissão de áudio, do lado do receptor irá ser reproduzido o som com ruído. A velocidade

de transmissão de dados em SCO é de 432 Kbps mas, no caso de ser uma transmissão de

voz, passa para apenas 64 Kbps.

Relativamente ao ACL, estabelece um link entre o master e todos os restantes slaves

da sua rede. Tal como o nome indica, este link é assíncrono, utilizando os slots que estejam

previamente livres. Este padrão já permite a retransmissão de pacotes perdidos, garantido a

integridade do que está a ser enviado pelo emissor no lado do receptor, sendo por isso muito

utilizado em aplicações que envolvam a transferência de ficheiros. A velocidade de transmissão

de dados em ACL é de no máximo 721 Kbps.([4] e [6])

8. NORMAS BLUETOOTH

Podemos encontrar o standard Bluetooth em diferentes normas, nomeadamente:

1. IEEE 802.15.1 define o standard Bluetooth 1.x que permite obter um débito 1 Mbit/seg;

2. IEEE 802.15.2 propõe recomendações para a utilização da banda de frequência 2.4

GHz (frequência utilizada igualmente pelo WiFi). Este standard contudo ainda não foi

validado;

3. IEEE 802.15.3 é um standard em desenvolvimento destinado a propor elevado débito

(20 Mbit/s) com a tecnologia Bluetooth;

4. IEEE 802.15.4 é um standard em desenvolvimento para aplicações Bluetooth a baixo

débito. ([5])

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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9. REDES BLUETOOTH (PICONET)

Piconet é o nome dado a uma rede Bluetooth composta por dois ou mais dispositivos,

até um máximo de 8 (1 master e 7 slaves). Nas Piconets, o dispositivo principal (aquele que

iniciou a ligação) é denominado de master e fica responsável por regular a transmissão dos

dados na rede e o sincronismo entre os dispositivos.Os restantes dispositivos são

denominados de slaves.

Apesar de uma Piconet apenas suportar 8 dispositivos, é possível aumentar este

número fazendo uma sobreposição de Piconets, onde um mesmo dispositivo pode ser slave de

duas ou mais Piconets. Este esquema de interligação de Piconets denomina-se de

Scatternet.(ver figura 3).

De salientar que um dispositivo que seja master não pode pertencer a mais nenhuma

Piconet.

Fig. 3: Exemplo de uma Scatternet

9.1 Autenticação numa Piconet:

Para que um dispositivo possa saber quais os outros dispositivos existentes na sua

Piconet, é necessário proceder a um mecanismo de identificação. Esta identificação funciona

da seguinte forma:

1. O dispositivo que pretende fazer uma ligação a uma Piconet envia um sinal Inquiry.

2. Os dispositivos pertencentes a essa Piconet respondem com um sinal FHS (Frequency

Hopping Synchronization) indicando a sua informação e os dados de sincronização da

respectiva Piconet.

3. Através das informações anteriormente recebidas, o dispositivo inicial pode então emitir

um sinal Page para efectuar a ligação com um outro dispositivo da respectiva Piconet.

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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9.2 O sinal Scan:

O sinal Scan é um sinal utilizado para fazer com que os dispositivos que já não se

encontrem a realizar operações na sua Piconet, sejam postos em modo de Stand-by. Este sinal

foi criado uma vez que o Bluetooth é uma tecnologia virada para a poupança de energia. No

entanto, os dispositivos que se encontrem em modo de Stand-by necessitam de verificar

periodicamente se existem outros dispositivos a tentar estabelecer ligações com eles, existindo

sempre algum gasto de energia para os dispositivos que estejam neste modo. ([4])

10. PERFIS DO BLUETOOTH

O Bluetooth define vários perfis de aplicação (Bluetooth Profiles), sendo cada um

destes responsável por definir o tipo de serviço que um determinado periférico oferece. Assim

sendo, um periférico pode suportar diversos perfis. Os perfis Bluetooth existentes são:

1. Advanced Audio Distribution Profile (A2DP): perfil de distribuição áudio avançada

2. Audio Video Remote Control Profile (AVRCP): perfil de controlo remoto de multimédia

3. Basic Imaging Profile (BIP): perfil básico de imagem

4. Basic Printing Profile (BPP): perfil básico de impressão

5. Cordless Telephony Profile (CTP): perfil de telefonia sem fios

6. Dial-up Networking Profile (DUNP): perfil de acesso à rede à distância

7. Fax Profile (FAX): perfil de fax

8. File Transfer Profile (FTP):perfil de transferência de ficheiros

9. Generic Access Profile (GAP): perfil de acesso genérico

10. Generic Object Exchange Profile (GOEP): perfil genérico de troca de objectos

11. Hardcopy Cable Replacement Profile (HCRP): perfil de ligação sem fios entre uma

impressora e um dispositivo.

12. Hands-Free Profile (HFP): perfil mãos livres

13. Human Interface Device Profile (HID): perfil de interface homem-máquina

14. Headset Profile (HSP): perfil de auricular

15. Intercom Profile (IP): perfil de intercomunicador (walkie-talkie)

16. LAN Access Profile (LAP): perfil de acesso a uma LAN

17. Object Push Profile (OPP): perfil de envio de ficheiros

18. Personal Area Networking Profile (PAN): perfil de rede pessoal

19. SIM Access Profile (SAP): perfil de acesso a um cartão SIM

20. Service Discovery Application Profile (SDAP) perfil de descoberta de aplicações

21. Synchronization Profile (SP): perfil de sincronização com um gestor de informações

pessoais denominado PIM (Personal Information Manager).

22. Serial Port Profile (SPP): perfil de porta série ([7] e [8])

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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11. VERSÕES DO BLUETOOTH EXISTENTES

1. Bluetooth 1.0: esta foi a primeira versão lançada do Bluetooth e, por isso

mesmo, tinha problemas a nível de conectar dispositivos de fabricantes

diferentes.

2. Bluetooth 1.1: foi lançada em Fevereiro de 2001. Nesta versão, o Bluetooth foi

declarado como sendo um padrão, nomeadamente o padrão IEEE 802.15 e

assim, resolveram-se os problemas de compatibilidade existentes na sua

versão anterior.

3. Bluetooth 1.2: foi lançada em Novembro de 2003 e com ela vieram conexões

mais rápidas, uma melhor protecção contra interferências, um suporte

melhorado a nível das Scatternets, um processamento de voz mais avançado,

etc.

4. Bluetooth 2.0: foi lançada 1 ano depois da versão 1.2 (Novembro de 2004),

trazendo consigo características importantes como a diminuição do consumo

de energia, o aumento da velocidade de transmissão (3 Mbps), etc.

5. Bluetooth 2.1: foi lançada em Agosto de 2007. As novidades desta versão

foram o aumento de informações nos sinais Inquiry (fazendo com que exista

uma selecção melhorada dos dispositivos antes da ligação ser estabelecida) e

o aperfeiçoamento do Bluetooth a nível de segurança e da gestão de energia.

6. Bluetooth 3.0: foi lançada em Abril de 2009 e é a versão mais recente

existente no mercado. A grande novidade desta versão foi o aumento das

velocidades de transferência de dados, que podem chegar até aos 24 Mbps

entre dispositivos compatíveis. Outra inovação nesta versão foi a nível da

gestão de energia, onde foi implementado um controlo mais inteligente para

gerir o gasto de energia. ([4])

7. Bluetooth 4.0: Falaremos mais à frente.

12. ONDE É QUE O BLUETOOTH PODE SER USADO?

Existem muitas aplicações para o Bluetooth. Aqui vamos enumerar algumas:

Roupas onde pode ser ligado um telemóvel e atender chamadas ou ouvir música

http://www.gadgets-reviews.com/index.php?id=176&page=post

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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Televisões para facilmente partilhar conteúdos multimédia

http://www.newlaunches.com/entry_images/1108/06/lg-bluetooth-tv-2-thumb-450x300.jpg

Em casa, para controlar a temperatura ambiente, transferir dados de uma câmara de

vigilância para um computador ou televisão…

http://www.l-dopa.com/_Recent_Projects/2010.09.14/large/Bluetooth_Home_4.jpg

Na saúde, para enviar dados de um dispositivo de leitura de temperaturas de um

paciente para o doutor…

http://www.ixsys.eu/pics/wipam/wipam.jpg

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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13. O FUTURO…

A especificação wireless de baixo consumo energético,

Bluetooth 4.0 já foi aprovada, devendo os primeiros dispositivos

preparados para a nova norma chegar ao mercado já no final

deste ano. De acordo com o Bluetooth Special Interest Group

(SIG), serão provavelmente os portáteis os primeiros a adoptar

esta tecnologia.

Esta nova versão de Bluetooth tem 3 especificações diferentes numa só: A tecnologia clássica

do Bluetooth, a low energy e high speed que podem ser combinadas ou utilizadas

separadamente, de acordo com o dispositivo em que estão a ser usadas. Por exemplo:

Sensores para dispositivos utilizados na saúde apenas necessitam de usar o Bluetooth low

energy, poupando assim energia, dinheiro e espaço no dispositivo. Os relógios podem usar

duas tecnologias do Bluetooth: low energy para capturar informações de sensores que estejam

espalhados pelo corpo de uma pessoa e o Bluetooth clássico para enviar essas mesmas

informações para um computador ou outro dispositivo. Outros dispositivos como computadores

e telemóveis vão poder utilizar todos os tipos de tecnologias Bluetooth (Clássico, low energy e

high speed).

A distância de cobertura do Bluetooth 4.0, tal como nas versões anteriores, pode ser

optimizada, dependendo da aplicação que lhe queremos dar. No entanto, a maioria dos

dispositivos Bluetooth têm a capacidade de distribuir o sinal por 10 metros (podendo este ser

estendido até cerca de 70 metros). [9].

13.1. NOVIDADES BLUETOOTH 4.0 EM RELAÇÃO À VERSÃO ANTERIOR

Baixo consumo de energia, o que vai permitir que novos dispositivos, como

relógios, possam utilizar o Bluetooth.

Custo de fabrico reduzido, o que faz com que o preço de venda também o seja.

Cobertura máxima de 100 metros

Pacotes de dados mais reduzidos (entre 8 a 27 octetos)

3 ms de latência

Encriptação AES-128 com CCM para encriptar e autenticar os pacotes enviados

14. CONCLUSÃO

Através da elaboração deste trabalho foi nos possível clarificar e descobrir mais sobre o

Bluetooth. Abordámos temas como curiosidades do Bluetooth, o seu objectivo, redes com

dispositivos Bluetooth, tarefas e/ou objectos em que pode ser usada esta tecnologia, o futuro

com a versão 4.0, entre outros temas abordados.

Em jeito de conclusão, podemos dizer que o Bluetooth é uma tecnologia de fácil

utilização e com grandes possibilidades de expansão, principalmente com esta nova versão

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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4.0 que permite colocar esta tecnologia em qualquer dispositivo, mesmo que este não tenha

grande capacidade energética. Podemos também dizer que num futuro próximo, estaremos

muito mais interligados ao Bluetooth do que estamos agora, uma vez que qualquer dia, todo e

qualquer dispositivo terá implementado em si a tecnologia Bluetooth

15. REFERÊNCIAS

[1] –

Wikipedia.org, Ano não definido, Bluetooth Special Interest Group (actualizado em 23/8/2010)

Disponível em http://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Special_Interest_Group

Consulta em 28/09/2010

[2] –

Site de curiosidades, Ano não definido, O que é o Bluetooth e a sua Origem...

Disponível em

http://www.sitedecuriosidades.com/ver/o_que_e_o_bluetooth_e_a_sua_origem....html

Consulta em 29/09/2010

[3] –

Universo Wap, Ano não definido, Curiosidades sobre o Bluetooth

Disponível em http://www.universowap.com.br/curiosidades-mobile/curiosidades-sobre-o-

bluetooth/

Consulta em 30/09/2010

[4] –

Emerson Alecrim, 2008, Tecnologia Bluetooth (actualizado em 06/03/2010)

Disponível em http://www.infowester.com/bluetooth.php

Consulta em 01/10/2010

[5] –

Kioskea.net, Ano não definido, Bluetooth (actualizado em 19/06/2010)

Disponível em http://pt.kioskea.net/contents/bluetooth/bluetooth-intro.php3

Consulta em 04/10/2010

[6] –

Unisanta, Ano não definido, Bluetooth

Disponível em

http://www.unisanta.br/estrutura/projetos/computacao/gradu04/rastreabilidade/Bluetooth.htm

Consulta em 05/10/2010

Cristiano Santos, André Gonçalves: Bluetooth

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[7] –

Kioskea.net, Ano não definido, Funcionamento do Bluetooth (actualizado em 19/06/2009)

Disponível em http://pt.kioskea.net/contents/bluetooth/bluetooth-fonctionnement.php3

Consulta em 05/10/2010

[8] –

Microsoft, Ano não definido, Bluetooth Hardcopy Cable Replacement Profile (Bluetooth HCRP)

Disponível em http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa505931.aspx

Consulta em 10/10/2010

[9] –

Ray Willington, 2010, Bluetooth 4.0 Officially Debuts: Low-Energy Spec Shipping in Products By

Early 2011

Disponível em http://hothardware.com/News/Bluetooth-40-Officially-Debuts-LowEnergy-Spec-

Shipping-In-Products-By-Early-2011/

Consulta em 13/10/2010

Santos C. Engenharia Informática (a frequentar na Escola Superior de Tecnologia do Instituto Politécnico de Castelo Branco no ano de 2010). Gonçalves A. Engenharia Informática (a frequentar na Escola Superior de Tecnologia do Instituto Politécnico de Castelo Branco no ano de 2010).