Bài giảng Mạng không dây - Chương 4: Personal area networks

ị trong
 một Piconet, thường xuyên được đồng bộ với Piconet
 nhưng không có một địa chỉ MAC.
 Chúng như ở trạng thái ngủ và sẽ được Master gọi dậy
 bằng tín hiệu “beacon”.
 Các thiết bị ở trạng thái Parked được đánh địa chỉ thông
 qua địa chỉ PMA (Parked Member Address). Đây là con
 số 8 bit để phân biệt các parked slaver với nhau và có
 tối đa 255 thiết bị ở trạng thái này trong một piconet.
 4. Kỹ thuật Bluetooth
4.1. Các khái niệm dùng trong công nghệ
 Bluetooth (tiếp)
d, Scatternet:
 Là 2 hay nhiều piconet độc lập không đồng bộ. Các
 piconet này kết hợp lại truyền thông với nhau.
 Lưu ý:
 Một thiết bị vừa là Master của piconet này, vừa là Slaver
 của piconet khác.
 Vai trò của một thiết bị trong piconet có thể chuyển đổi
 từ Master thành Slaver và ngược lại.
 4. Kỹ thuật Bluetooth
4.1. Các khái niệm dùng trong công nghệ
 Bluetooth (tiếp)
d, Scatternet:
 Ví dụ Scatternet:
 4. Kỹ thuật Bluetooth
4.2. Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth
 a, Asynchronous Connectionless (ACL):
 Được thiết lập cho việc truyền dữ liệu với những gói dữ
 liệu cơ bản (Primarily packet data).
 Là một kết nối point-to-multipoint giữa Master và tất cả
 các slaver tham gia trong piconet.
 Chỉ tồn tại duy nhất một kết nối ACL. Chúng hỗ trợ
 những kết nối chuyển mạch gói đối xứng và bất đôí
 xứng.
 Những gói tin broadcast truyền bằng ACL link, từ master
 đến tất cả các slaver. Hầu hết những gói tin ACL đều có
 thể truyền lại.
 4. Kỹ thuật Bluetooth
4.2. Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth
 b, Synchronous Connection-oriented (SCO):
 Hỗ trợ kết nối đối xứng, chuyển mạch (circuit switched),
 kết nối point-to-point giữa một Master với một Slaver
 trong 1 piconet.
 Kết nối SCO chủ yếu dùng để truyền dữ liệu tiếng nói.
 Dữ liệu truyền theo SCO có tốc độ 64kbps.
 Master có thể hỗ trợ tối đa 3 kết nối SCO đồng thời. SCO
 packet không bao giờ truyền lại.
 Liên kết SCO được thiết lập chỉ sau khi 1 liên kết ACL
 đầu tiên được thiết lập.
 4. Kỹ thuật Bluetooth
4.3. Trạng thái của thiết bị Bluetooth
 Có 4 trạng thái chính của một thiết bị Bluetooth trong 1
 piconet:
  Inquiring device (inquiry mode): Thiết bị đang phát tín hiệu tìm
 1 thiết bị Bluetooth khác.
  Inquiry scan device (inquiry scan mode): thiết bị nhận tín hiệu
 inquiry của thiết bị đang thực hiện inquiring và trả lời.
  Paging device (page mode): thiết bị phát tín hiệu yêu cầu kết
 nối với thiết bị đã inquiry từ trước.
  Page scanning device (page scan mode): thiết bị nhận yêu cầu
 kết nối từ paging device và trả lời.
 4. Kỹ thuật Bluetooth
4.4. Các chế độ kết nối:
 Active mode: Ở chế độ này, thiết bị Bluetooth tham gia
 vào hoạt động của mạng.
 Sniff mode: là chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị
 đang ở trạng thái active. Thiết bị slaver lắng nghe tín
 hiệu từ mạng với tần số giảm (giảm công suất).
 Hold mode: cũng là chế độ tiết kiệm năng lượng của
 thiết bị đang ở trạng thái active. Master có thể đặt chế
 độ hold mode cho slaver của mình.
 Park mode: là chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị
 vẫn còn trong mạng nhưng không tham gia vào quá
 trình trao đổi dữ liệu. Thiết bị ở chế độ này bỏ địa chỉ
 MAC, chỉ lắng nghe tín hiệu đồng bộ hoá và thông điệp
 broadcast từ Master.
 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong công 
 nghệ Bluetooth
1. Khái niệm trải phổ trong công nghệ không dây:
 Truyền thông trải phổ là kỹ thuật truyền tín hiệu sử
 dụng nhiều tần số cùng 1 lúc (DSSS - Direct Squence
 Spread Spectrum), hoặc luân phiên (FHSS - Frequency
 Hopping Spread Spectrum) để tăng khả năng chống
 nhiễu, bảo mật và tốc độ truyền dữ liệu.
 Trải phổ nhảy tần số là kỹ thuật phân chia dải băng tần
 thành một tập hợp các kênh hẹp và thực hiện việc
 truyền tín hiệu trên các kênh đó bằng việc nhảy tuần tự
 qua các kênh theo một thứ tự nào đó.
 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong 
 công nghệ Bluetooth
1. Kỹ thuật nhảy tần số trong công nghệ Bluetooth:
 Việc truyền dữ liệu trong Bluetooth được thực hiện bằng
 sử dụng kỹ thuật nhảy tần số, có nghĩa là các packet
 được truyền trên những tần số khác nhau.
 Dải băng tần ISM 2,4Ghz được chia thành 79 kênh, với
 tốc độ nhảy là 1600 lần/giây. Điều đó có thể tránh được
 nhiễu tốt và chiêù dài của các packet ngắn lại, tăng tốc
 độ truyền thông.
 Việc truyền nhận sử dụng các khe thời gian. Chiều dài 1
 khe thời gian thông thường là 625s. Một packet thường
 nằm trong 1 khe đơn, nhưng cũng có thể mở ra 3, 5
 khe. Với các packet đa khe, yêu cầu tần số phải không
 đổi cho đến khi toàn bộ packet gửi xong.
 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong 
 công nghệ Bluetooth
1. Kỹ thuật nhảy tần số trong công nghệ Bluetooth:
 Sử dụng packet đa khe, tốc độ truyền dữ liệu cao hơn
 nhờ phần header của mỗi packet chỉ đòi hỏi 1 lần 220 s
 (là thời gian chuyển đổi sau mỗi packet). Thời gian
 truyền 3 packet đơn khe sẽ lớn hơn thời gian truyền 1
 packet 3 khe.
 Mỗi packet chứa 3 phần: Access code (mã truy cập),
 Header, Payload. Kích thước của Access code và Header
 là cố định.
 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong 
 công nghệ Bluetooth
1. Kỹ thuật nhảy tần số trong công nghệ Bluetooth:
 Access code: gồm 72 bits, dùng trong việc đồng bộ dữ
 liệu, định danh, báo hiệu.
 Header: Trong header có 54 bits, chia làm 3 phần 18
 bits được mã hoá với 1/3 FEC (Forward Error Correction)
 để được 54 bits.
 Payload: Phần chứa dữ liệu truyền đi, có thể thay đổi từ
 0 tới 2745 bit/packet. Payload có thể là dữ liệu voice
 hoặc data.
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
1. Cơ chế truyền và sửa lỗi:
 Bluetooth dùng kỹ thuật nhảy tần số trong các timeslot
 (TS), được thiết kế để làm việc trong môi trường nhiễu
 tần số radio. Cứ mỗi lần gửi hay nhận 1 packet xong,
 Bluetooth lại nhảy sang 1 tần số mới. Như thế sẽ tránh
 được nhiễu từ các tín hiệu khác.
 So sánh với các hệ thống khác làm việc trong cùng băng
 tần, sóng radio của Bluetooth nhảy tần nhanh và dùng
 packet ngắn hơn. Do đó sẽ làm giảm va chạm với sóng
 của các phương tiện gây nhiễu khác trong khí quyển
 (VD: lò vi sóng).
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
1. Cơ chế truyền và sửa lỗi:
 Có 3 phương pháp được sử dụng trong việc kiểm tra tính
 đúng đắn của dữ liệu truyền đi.
  Forward Error Correction: Thêm một số bit kiểm tra vào phần
 Header hay Payload của packet. Dùng để sửa sai do nhiễu tự
 nhiên khi truyền khoảng cách xa. FEC cho phép phát
 hiện lỗi, sửa sai và truyền đi tiếp.
  Automatic Repeat Request: Dữ liệu sẽ được truyền lại cho tới khi
 bên nhận gửi thông báo là đã nhận đúng.
  Cyclic Redundancy Check: Mã CRC thêm vào các packet để kiểm
 chứng liệu Payload có đúng không.
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
1. Cơ chế truyền và sửa lỗi (tiếp):
 Giao thức băng tần cơ sở (Baseband) của Bluetooth là
 sự kết hợp giữa chuyển mạch và chuyển đổi packet. Các
 khe thời gian có thể được dành riêng cho các packet
 phục vụ đồng bộ. Thực hiện bước nhảy tần cho mỗi
 packet được truyền đi.
 Bluetooth hỗ trợ 1 kênh dữ liệu bất đồng bộ hay 3 kênh
 dữ liệu thoại đồng bộ nhau cùng một lúc, hay một kênh
 hỗ trợ cùng lúc dữ liệu bất đồng bộ và tín hiệu đồng bộ.
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
2. Quá trình hình thành piconet:
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
2. Quá trình hình thành piconet:
 Một piconet được tạo bằng 4 cách:
  Có Master rồi, Master thực hiện paging để kết nối với 1 Slaver.
  Một Unit (master hay slaver) lắng nghe tín hiệu code mà thiết bị
 của nó truy cập được.
  Khi có sự chuyển đổi vai trò giữa master và slaver.
  Khi có một Unit chuyển sang trạng thái active.
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
Các vai trò của thiết bị trong piconet:
 Stand by: Không làm gì cả
 Inquiry: Tìm thiết bị trong vùng lân cận
 Paging: Kết nối với một thiết bị cụ thể
 Connecting: Nhận nhiệm vụ
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
3. Quá trình hình thành Scatternet:
 Một Master hay Slaver của piconet này có thể thành
 Slaver của piconet khác nếu bị Master của piconet khác
 thực hiện tiến trình paging với nó.
 Nghĩa là bất kỳ unit nào cũng có thể tạo 1 piconet mới
 bằng cách paging một unit đã là thành viên của 1
 piconet nào đó, và bất kỳ unit nào tham gia trong 1
 piconet đều có thể thực hiện paging lên Master hay
 Slaver của piconet khác.
 Điều này có thể dẫn đến việc chuyển đổi vai trò giữa
 Master và Slaver trong kết nối mới này.
 Cách thức hoạt động của 
 Bluetooth
3. Quá trình hình thành Scatternet:
Các tầng giao thức trong 
 Bluetooth
 Các tầng giao thức trong 
 Bluetooth
Các giao thức cốt lõi trong Bluetooth:
 Bluetooth radio:là tầng thấp nhất được định nghĩa trong
 đặc tả Bluetooth. Nó định nghĩa những yêu cầu cho bộ
 phận thu phát sóng hoạt động ở tần số 2.4Ghz băng tần
 ISM.
 Baseband: giao thức này nẳm ở tầng vật lý. Nó quản lý
 những kênh truyền và liên kết vật lý tách biệt khỏi
 những dịch vụ khác như sửa lỗi, chọn bước nhảy và bảo
 mật. Baseband Protocol được cài đặt như là một Link
 Controller, quản lý kết nối và năng lượng.
 Các tầng giao thức trong 
 Bluetooth
Các giao thức cốt lõi trong Bluetooth (tiếp):
 Link Manager Protocol - LMP: Thực hiện việc thiết lập
 kênh truyền, xác nhận hợp lệ, cấu hình kênh truyền. Để
 thực hiện được vai trò của mình nó sử dụng các dịch vụ
 của tầng Link Controller bên dưới cung cấp.
 Host Controller Interface - HCI: Cung cấp một giao diện
 cho phép các tầng bên trên điều khiển Baseband
 Controller và Link Manager, đồng thời cho phép truy cập
 đến trạng thái của phần cứng và các thanh ghi điều
 khiển.
 Các tầng giao thức trong 
 Bluetooth
Các giao thức cốt lõi trong Bluetooth (tiếp):
 Logical Link Control and adaption protocol - L2CAP: Nằm
 bên trên giao thức băng tần cơ sở Baseband và nằm ở
 tầng Data Link. Nó cung cấp những dịch vụ hướng kết
 nối và phi kết nối cho những tầng giao thức bên trên.
 Radio Frequency Communication - RFCOMM: Cho phép
 giả lập cổng serial thông qua giao thức L2CAP. RFCOMM
 hỗ trợ tối đa 60 kết nối cùng một lúc giữa 2 thiết bị
 Bluetooth. Số kết nối tối đa tuỳ thuộc vào nhà sản xuất.
 Các tầng giao thức trong 
 Bluetooth
Các giao thức cốt lõi trong Bluetooth (tiếp):
 Service Discovery Protocol - SDP: Cho phép các ứng
 dụng tìm kiếm những dịch vụ và thuộc tính của các dịch
 vụ có trong một thiết bị Bluetooth.
 Ngoài ra còn có các giao thức (tự tìm hiểu)
  Telephony Control Protocol - TCP
  Adopted Protocols - AP (Các giao thức chấp nhận)
 Vấn đề sử dụng năng lượng trong 
 Bluetooth
1. Giới thiệu:
 Năng lượng là vấn đề cực kỳ quan trọng đối với các thiết
 bị không dây vì những thiết bị này chỉ sử dụng năng
 lượng từ pin. Do đó kéo theo các vấn đề cần quan tâm:
  Thời gian sử dụng
  Thời gian dự phòng
  Kích thước, trọng lượng...
 Những thiết bị di động nhỏ thì không thể dùng pin lớn
 nên vấn đề quan tâm hàng đầu là càng tiêu thụ ít năng
 lượng càng tốt.
 Vấn đề sử dụng năng lượng trong 
 Bluetooth
1. Giới thiệu (tiếp):
 Năng lượng dùng trong kết nối Bluetooth để:
  Duy trì kết nối
  Điều khiển bộ vi xử lý thực hiện chồng nghi thức Bluetooth
  Khuyếch đại tín hiệu âm thanh đến cấp độ mà người dùng có
 thể nghe được.
 Vấn đề sử dụng năng lượng trong 
 Bluetooth
1. Giới thiệu (tiếp):
 Chương trình quản lý năng lượng là một ứng dụng cho
 phép 1 thiết bị về chế độ ngủ ở những giai đoạn nào đó
 trong quá trình hoạt động.
 Việc quản lý năng lượng ở cấp độ ứng dụng là không
 ảnh hưởng xấu đến sự thực thi ứng dụng và nó cũng
 không phụ thuộc vào thiết kế phần cứng.
 Kỹ thuật Bluetooth thực hiện việc quản lý năng lượng
 đồng thời cả ở mức phần cứng và phần mềm.
 Vấn đề sử dụng năng lượng trong 
 Bluetooth
1. Giới thiệu (tiếp):
 Bluetooth cung cấp 3 chế độ có năng lượng thấp (low
 power mode): hold, sniff và park.
 Hold mode thuận lợi cho những ứng dụng dự báo và
 điều khiển thời gian cho lần truyền dữ liệu kế tiếp.
 Sniff mode cho phép một thiết bị Bluetooth-enabled lưu
 trữ năng lượng bằng cách giảm đi số slot mà master có
 thể truyền, do đó cũng giảm được số slot mà slave phải
 nhận.
 Park mode là chế độ lưu trữ năng lượng ở mức tối đa.
 Nó thuận lợi đối với những ứng dụng có mô hình lưu
 lượng sóng vô tuyến không thể dự đoán trước và độ trễ
 thiết lập kết nối bị giới hạn.
 5. So sánh Bluetooth với các kỹ 
 thuật không dây khác
1. So sánh Bluetooth với Wi-fi
 Wifi là chuẩn do IEEE phát triển, đã trở thành một
 chuẩn rất phổ biến trong kết nối không dây.
 Wifi áp dụng cho mạng LAN không dây kiểu Ethernet,
 hoạt động trong vùng sóng radio 2,4Ghz.
 Tốc độ truyền từ 1Mbps - 54Mbps.
 Wifi hỗ trợ mạng đa điểm những kiểu truyền dữ liệu như
 các gói tin broardcast...
 Mô hình có 1 Access point và các trạm.
 Sử dụng giao thức CSMA/CA để điều khiển kênh truyền
 và ngăn xung đột.
 Giá thành khá đắt và tốn nhiều năng lượng hơn.
 6. Bảo mật trong Bluetooth
1. An toàn bảo mật trong Bluetooth
 Do những đặc trưng về công nghệ, nhiêù thiết bị
 Bluetooth bị truy cập tự do mà không qua một rào cản
 nào.
 Bluetooth sử dụng môi trường wireless nên cũng phải
 giải quyết các vấn đề về bảo mật của chuẩn wireless.
 Nhiều thiết bị Bluetooth không yêu cầu bắt buộc về bảo
 mật.
 Những kẻ xâm nhập lợi dụng thiết bị không dây để truy
 cập vào mạng cục bộ của một tổ chức để tránh firewall.
 6. Bảo mật trong Bluetooth
1. An toàn bảo mật trong Bluetooth (tiếp)
 Những thông tin tuyệt mật không được mã hoá, tuyền đi
 giữa hai thiết bị không dây có thể bị lấy trộm.
 Kẻ xâú có thể lấy trộm các thiết bị cầm tay Bluetooth và
 lợi dụng nó thực hiện các hành động phá hoại.
 Các thiết bị Bluetooth hoàn toàn có thể bị tấn công bởi
 các phần mềm phá hoại (tấn công kiểu DOS, lấy trộm,
 sửa thông tin...)
 6. Bảo mật trong Bluetooth
2. Các chế độ bảo mật khi truy cập Bluetooth giữa
 hai thiết bị
 Security mode 1: Không bảo mật (Nonsecure mode)
 Security mode 2: Bảo mật thi hành ở cấp độ dịch vụ
 Security mode 3: Bảo mật thi hành ở cấp độ liên kết
 Sự khác biệt giữa mode 2 và mode 3 là ở mode 3 quy
 trình bảo mật đượckhởi động trước khi kênh truyền được
 thiết lập.
 6. Bảo mật trong Bluetooth
2. Các chế độ bảo mật khi truy cập Bluetooth giữa
 hai thiết bị (tiếp):
Security mode 1_Không bảo mật
 Một thiết bị không phải thực hiện bất kỳ quy trình bảo
 mật nào. Các hoạt động bảo mật (xác nhận và mã hoá)
 hoàn toàn bị bỏ qua.
 Thiết bị Bluetooth ở chế độ 1 cho phép tất cả các thiết bị
 Bluetooth khác kết nối với nó.
 Chế độ này áp dụng cho những ứng dụng không
 yêu cầu bảo mật.
 6. Bảo mật trong Bluetooth
2. Các chế độ bảo mật khi truy cập Bluetooth giữa
 hai thiết bị (tiếp):
Security mode 2: Bảo mật thi hành ở cấp độ dịch vụ
 Thiết bị Bluetooth sẽ không thực hiện một biện pháp an
 toàn nào trước khi thiết lập kênh truyền ở cấp độ Logic
 Link Control và Adaptation Protocols.
 Quá trình bảo mật có được thực hiện hay không đều tuỳ
 thuộc vào yêu cầu của kênh truyền hoặc dịch vụ.
 Ở cấp độ bảo mật này, người quản lý bảo mật thực hiện
 truy cập vào dịch vụ và thiết bị.