[데이터 통신] Bluetooth - Local Area Networks(LANs)

복습하기 위해 학부 수업 내용을 필기한 내용입니다.
이해를 제대로 하지 못하고 정리한 경우 틀린 내용이 있을 수 있습니다.
그러한 부분에 대해서는 알려주시면 정말 감사하겠습니다.

▶Contents

• Ethernet
• Wifi, IEEE 802.11 Project
• Bluetooth

 

▶Bluetooth

블루투스 LAN은 애드혹 네트워크(기기끼리 바로 연결 가능한 network)이다. (네트워크가 자발적으로 형성된다.)\

때때로 가젯이라고 불리는 장치는 서로를 찾고 피코넷이라고 불리는 네트워크를 만든다.

블루투스 랜은 가젯 중 하나에 이러한 기능이 있으면 인터넷에 연결할 수도 있다.\

용도 : 무선 마우스/키보드, 헬스케어 센서, 가정용 보안장치 등

IEEE 802.15 WPAN (WLAN보다 조금 더 근거리에서 사용된다. WPAN 10m / WLAN 100m)

▶Architecture

블루투스는 piconet과 scatternet 두 가지 네트워크로 정의된다.

Piconet

• 블루투스 네트워크는 piconet이라 불린다.(작은 망)
• 최대 8개의 스테이션을 가질 수 있으며 하나는 primary, 나머지는 secondary이다.
• Parked state : 최대 7개의 secondary가 있을 수 있지만, 추가 secondary는 주차 상태(활성/주차상태)가 될 수 있다.
  • 7개까지는 동시에 사용이 가능하고, 추가적인 것은 parked 상태에서 다시 연결하면 active 상태가 된다.

 

Scatternet

• piconet을 결합해서 scatternet을 만들 수 있다.
• 한 piconet의 secondary 스테이션은 다른 piconet에서 primary가 될 수 있다.

 

Bluetooth Devices

블루투스 장치는 단거리 무선 송신기가 내장되어 있다.

현재 데이터 속도는 2.4 GHz 대역폭에 1 Mbps이다.

IEEE 802.11b 무선 LAN과 블루투스 LAN 사이에 간섭 가능성이 있다.

주파수가 동일하다.
WLAN -> 100m (신호가 더 쎄다.)
그렇기에 블루투스 입장에서는 간섭이 될 수 있다.

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▶Bluetooth Layers

블루투스는 인터넷 모델과 명확히 일치하지 않는 여러 계층을 사용한다.

 

L2CAP

논리적 링크 제어와 Adaption Protocol(L2CAP)은 LAN의 LLC 하위계층과 대략 동일하다.

16 bit길이 필드는 상위 계층에서 오는 데이터의 크기를 바이트 단위로 정의한다.

데이터는 최대 65535 바이트일 수 있다.

채널 ID(CID)는 이 레벨에서 생성된 가상 채널의 고유 식별자를 정의한다.

 

Baseband Layer

baseband layer는 LAN의 MAC 하위계층과 거의 동일하다.

접근 방법은 TDMA이다.

primary, secondary 스테이션은 타임 슬롯을 사용해 서로 통신한다.

타임 슬롯의 길이는 드웰 시간(625μs)과 정확히 동일하다.

 

 

Baseband Layer - TDMA

블루투스는 TDD-TDMA(time-division duplex TDMA)라고 불리는 TDMA 형식을 사용한다.

TDD-TDMA는 송신자와 수신자가 동시에 데이터를 수신하지 않는 half-duplex 통신의 한 종류이다.

하지만, 각 방향의 통신은 서로 다른 홉을 사용한다.

 

Single-secondary communication

피코넷이 오직 하나의 secondary를 가진다면, TDMA 동작은 아주 간단하다.

시간은 625μs의 슬롯으로 나뉜다.

primary는 짝수의 슬롯을 사용하고, secondary는 홀수의 슬롯을 사용한다.

 

Multiple-secondary communication

피코넷에 두 개 이상의 secondary가 있다면, 프로세스가 조금 더 관여한다.

primary는 짝수 슬롯을 사용한다.

하지만 secondary는 이전 슬롯의 패킷이 주소로 지정된 경우 다음 홀수 번호의 슬롯으로 전송한다.

모든 secondary는 짝수 슬롯에서 수신하지만 하나의 secondary만 홀수 슬롯에서 보낼 수 있다.

 

Baseband Layer - Frame Format

1-slot, 3-slot, 5-slot 3가지의 타입이 있다.

슬롯은 625μs이다.

 

one slot frame

hopping과 제어 메커니즘은 259μs가 필요하다.

one slot 프레임은 366(625-259)μs만 지속될 수 있다.

1 MHz 대역폭과 1 bit/Hz의 경우, one slot 프레임 크기는 366 bit이다.

 

three slot frame

프레임의 길이 : 3 * 625 - 259 = 1616μs 또는 1616 bit

three slot 프레임을 사용하는 장치는 3 slot에 대해 동일한 홉에 있다.

 

five slot frame

프레임 길이 : 5 * 625 - 259 = 2866μs 또는 2866 bit

 

 

Radio Layer

Band

블루투스는 각각 1 MHz의 79개 채널로 분리된 2.4 GHz ISM 대역을 사용한다.

 

FHSS(Frequency hopping spread spectrum)

블루투스는 다른 장치 또는 네트워크로부터 간섭을 피하기 위해 physical layer에서 FHSS를 사용한다.

블루투스는 초당 1600회 홉 하며 이는 각 장치가 초당 1600회 변조 주파수를 변경한다는 것을 의미한다.

장치는 다른 주파수를 홉 하기 전에 625μs (1/1600s)의 주파수를 사용한다. ; 드웰 시간은 625μs이다.

 

Modulation

비트를 신호로 변환하기 위해서, 블루투스는 GFSK(Gaussian FSK)라 불리는 정교한 버전의 FSK를 사용한다.

첫 번째 채널은 반송 주파수 2402 MHz(2.402 GHz)를 사용하고,

두 번째 채널은 반송 주파수 2403 MHz(2.403 GHz)를 사용한다.