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Bluetooth Low Energy 
EEL879 - Redes de Computadores 2 - 2012/2 
Luís Henrique M. K. Costa 
Otto M. B. Duarte 
André Araujo 
Pedro de Vasconcellos
Organização 
● Bluetooth: 
– O que é; 
– Funcionamento; 
● Bluetooth Low Energy: 
– O que é; 
– Tabela Comparativa 
– Aplicações; 
– Implementação; 
– Perguntas; 
– Referências;
Bluetooth – O que é 
● Criado em 1994; 
● Fim dos cabos; 
● Frequências de rádio de curto 
alcance; 
● Streaming de dados contínuo; 
● Conexão wireless robusta;
Bluetooth - Funcionamento 
● Industrial, Scientific 
and Medical (2.4GHz 
a 2.485GHz); 
● Frequency-hopping 
spread spectrum 
(FHSS);
Bluetooth - Funcionamento 
● Piconet; 
[1]
Bluetooth - Funcionamento 
● Scatternet; 
[1]
Bluetooth Low Energy – O que é 
● Versão 4.0 do 
Bluetooth, em 2010; 
● Conexões com 
durações de ms; 
● Pouco consumo 
energético; 
● Sleep na maior parte 
do tempo;
Bluetooth Low Energy – O que é 
● Média de 1 uA, com 
picos de 15 mA; 
● Bateria com tamanho 
de moeda; 
[2]
Bluetooth Low Energy – O que é 
● Bluetooth ≠ Bluetooth low Energy (BLE); 
● Single-mode ou “smart”; 
● Dual-mode ou "smart ready";
Tabela Comparativa 
Voz Data Audio Video Estado 
Bluetooth ACL/HS X X 
Bluetooth 
SCO/eSCO 
X 
Bluetooth Low 
Energy 
X 
Wi-Fi X X X X 
Wi-Fi Direct X X X 
Zig Bee X 
ANT X [3]
Tabela Comparativa 
Especificação Técnica Bluetooth Tradiconal Bluetooth Low Energy 
Frequência 2400 a 2438 MHz 2400 a 2438.5 MHz 
Técnica de Modulação Frequency Hopping Frequency Hopping 
Esquema de Modulação GFSK GFSK 
Índice de Modulação 0.35 0.5 
Número de Canais 79 40 
Largura da Banda de Canal 1 MHz 2 MHz 
Taxa de dados nominal 1 – 3 Mbps 1 Mbps 
Informação útil 0.7- 2.1 Mbps < 0.3 Mbps 
Nós / Escravos ativos 7 Ilimitado 
Segurança 56 a 128 bits 128 bits AES 
Robustez FHSS FHSS 
Voz Apto Não apto [4]
Aplicação
Aplicação
Bluetooth Low Energy – 
Implementação 
Host 
Controlador 
[5]
Bluetooth Low Energy – Physical 
Layer (PHY) 
● 40 canais com 2MHz de espaçamento; 
● advertising channels e data channels; 
[6]
Bluetooth Low Energy – Physical 
Layer (PHY) 
● Adaptive Frequency Hopping (AFH); 
[7]
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Layer (LL) 
● 5 estados do dispositivo; 
[8]
Bluetooth Low Energy – Link 
Layer (LL) 
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[9]
Bluetooth Low Energy – Link 
Layer (LL) 
● Connection event 
[9]
Bluetooth Low Energy – Link 
Layer (LL) 
● Piconet de 48bit → bilhões de conexões! 
● Scatternet não mais possível;
Bluetooth Low Energy – Outras 
camadas 
● Host-Controller Interface (HCI); 
● L2CAP; 
● Security Manager Protocol (SMP); 
● Attribute Protocol (ATT): 
– Servidor e Cliente; 
● Generic Attribute Profile (GATT): 
– Troca de características;
Bluetooth Low Energy – General 
Access Profile (GAP) 
● Broadcaster; 
● Observador; 
● Periférico; 
● Central; 
[8]
Pergunta 1 
● Cite características de um BLE que os tornam 
tão econômicos ao ponto de poderem ser 
alimentados por baterias com o tamanho de 
uma moeda.
Pergunta 1 
● Cite características de um BLE que os tornam 
tão econômicos ao ponto de poderem ser 
alimentados por baterias com o tamanho de 
uma moeda. 
R: Permanece “dormindo” na maior parte do 
tempo; transmissões duram apenas ms; e 
possuem uma baixa taxa de tráfego.
Pergunta 2 
● Cite e caracterize os dois modos que um 
dispositivo pode atuar durante uma conexão.
Pergunta 2 
● Cite e caracterize os dois modos que um 
dispositivo pode atuar durante uma conexão. 
R:Escravo, apenas enviando informação e se 
conectando a apenas um mestre; Mestre, 
podendo se conectar a um ou mais dispositivos 
escravos, sendo o centro da topografia estrela 
(piconet).
Pergunta 3 
● Cite os 5 estados de conexão que o um 
dispositivo pode assumir:
Pergunta 3 
● Cite os 5 estados de conexão que o um 
dispositivo pode assumir: 
R: Standby, Advertising, Scanning, Initiating e 
Connection.
Pergunta 4 
● Por que é interessante o uso do Adaptative 
Frequency Hopping (AFH) nos data channels?
Pergunta 4 
● Por que é interessante o uso do Adaptative 
Frequency Hopping (AFH) nos data channels? 
R: Porque por usar um espectro gratuito 
(2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com 
um sinal de Wi-Fi que esteja operante na 
região. Para tal, sobre os canais data channels 
é usado o mecanismo Adaptative Frequency 
Hopping (AFH) que evitará as frequências 
ocupadas.
Pergunta 4 
● Por que é interessante o uso do Adaptative 
Frequency Hopping (AFH) nos data channels? 
R: Porque por usar um espectro gratuito 
(2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com 
um sinal de Wi-Fi que esteja operante na 
região. Para tal, sobre os canais data channels 
é usado o mecanismo Adaptative Frequency 
Hopping (AFH) que evitará as frequências 
ocupadas.
Pergunta 5 
● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low 
energy são concorrentes?
Pergunta 5 
● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low 
energy são concorrentes? 
R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo 
o gasto de energia seja mínimo, normalmente 
envolvendo apenas informar um estado ou 
servir de gatilho, não abrangendo tráfego 
contínuo de dados, como é o caso de sua 
versão tradicional.
Pergunta 5 
● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low 
energy são concorrentes? 
R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo 
o gasto de energia seja mínimo, normalmente 
envolvendo apenas informar um estado ou 
servir de gatilho, não abrangendo tráfego 
contínuo de dados, como é o caso de sua 
versão tradicional.
Referências 
● As imagens apresentadas foram retiradas ou adaptadas dos seguintes trabalhos: 
[1] 
PEDRO, Ricard M. Bluetooth 4.0 Low Energy: the future low-power 
consumption solution, jul. 2011. Universitat Politecnica Catalunya. Disponível em: 
<http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/13249/1/memoria.pdf>. Acesso em: 
13 jan. 2013. 
[2] 
GALEEV, Mikhail. Bluetooth 4.0: An introduction to Bluetooth Low Energy – 
Part I. EE Times, set. 2011. Disponível em: 
<http://www.eetimes.com/design/communications-design/4217866/Bluetooth-4-0-- 
An-introduction-to-Bluetooth-Low-Energy-Part-I>. Acesso em: 13 jan. 2013 
[3] 
DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications 
Chapter, nov. 2010. Disponível em: 
<http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.
Referências 
[4] 
LITEPOINT CORPORATION. Bluetooth Low Energy - WhitePaper. Disponível em: 
<http://www.litepoint.com/whitepaper/Bluetooth%20Low 
%20Energy_WhitePaper.pdf>. Acesso em: 13 jan. 2013. 
[5] 
MARTELLI, Flavia. Bluetooth Low Energy. Universitá de Bologna. Disponível em: 
<http://www.chiaraburatti.org/uploads/teaching/handouts_WSNs_BT-LE.pdf>. Acesso 
em: 12 jan. 2013. 
[6] 
Smith, Phil. Comparing Low-Power Wireless Technologies. Disponível 
em:<http://www.digikey.com/us/en/techzone/wireless/resources/articles/comparing-low- 
power-wireless.html> Acesso em: 18 fev. 2013
Referências 
[7] 
Hodgdon, Charles. Adaptive Frequency Hopping for Reduced Interference 
between Bluetooth® and Wireless LAN. Disponível em:<http://www.design-reuse. 
com/articles/5715/adaptive-frequency-hopping-for-reduced-interference-between- 
bluetooth-and-wireless-lan.html > Acesso em: 18 fev. 2013 
[8] 
DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications 
Chapter, nov. 2010. Disponível em: 
<http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013. 
[9] 
BLUETOOTH SIG. Bluetooth Specifications Version 4.0. Disponível em: 
<http://www.bluetooth.org>. Acesso em: 12 jan. 2013.

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Bluetooth Low Energy

  • 1. Bluetooth Low Energy EEL879 - Redes de Computadores 2 - 2012/2 Luís Henrique M. K. Costa Otto M. B. Duarte André Araujo Pedro de Vasconcellos
  • 2. Organização ● Bluetooth: – O que é; – Funcionamento; ● Bluetooth Low Energy: – O que é; – Tabela Comparativa – Aplicações; – Implementação; – Perguntas; – Referências;
  • 3. Bluetooth – O que é ● Criado em 1994; ● Fim dos cabos; ● Frequências de rádio de curto alcance; ● Streaming de dados contínuo; ● Conexão wireless robusta;
  • 4. Bluetooth - Funcionamento ● Industrial, Scientific and Medical (2.4GHz a 2.485GHz); ● Frequency-hopping spread spectrum (FHSS);
  • 5. Bluetooth - Funcionamento ● Piconet; [1]
  • 6. Bluetooth - Funcionamento ● Scatternet; [1]
  • 7. Bluetooth Low Energy – O que é ● Versão 4.0 do Bluetooth, em 2010; ● Conexões com durações de ms; ● Pouco consumo energético; ● Sleep na maior parte do tempo;
  • 8. Bluetooth Low Energy – O que é ● Média de 1 uA, com picos de 15 mA; ● Bateria com tamanho de moeda; [2]
  • 9. Bluetooth Low Energy – O que é ● Bluetooth ≠ Bluetooth low Energy (BLE); ● Single-mode ou “smart”; ● Dual-mode ou "smart ready";
  • 10. Tabela Comparativa Voz Data Audio Video Estado Bluetooth ACL/HS X X Bluetooth SCO/eSCO X Bluetooth Low Energy X Wi-Fi X X X X Wi-Fi Direct X X X Zig Bee X ANT X [3]
  • 11. Tabela Comparativa Especificação Técnica Bluetooth Tradiconal Bluetooth Low Energy Frequência 2400 a 2438 MHz 2400 a 2438.5 MHz Técnica de Modulação Frequency Hopping Frequency Hopping Esquema de Modulação GFSK GFSK Índice de Modulação 0.35 0.5 Número de Canais 79 40 Largura da Banda de Canal 1 MHz 2 MHz Taxa de dados nominal 1 – 3 Mbps 1 Mbps Informação útil 0.7- 2.1 Mbps < 0.3 Mbps Nós / Escravos ativos 7 Ilimitado Segurança 56 a 128 bits 128 bits AES Robustez FHSS FHSS Voz Apto Não apto [4]
  • 14. Bluetooth Low Energy – Implementação Host Controlador [5]
  • 15. Bluetooth Low Energy – Physical Layer (PHY) ● 40 canais com 2MHz de espaçamento; ● advertising channels e data channels; [6]
  • 16. Bluetooth Low Energy – Physical Layer (PHY) ● Adaptive Frequency Hopping (AFH); [7]
  • 17. Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL) ● 5 estados do dispositivo; [8]
  • 18. Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL) ● Advertising event [9]
  • 19. Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL) ● Connection event [9]
  • 20. Bluetooth Low Energy – Link Layer (LL) ● Piconet de 48bit → bilhões de conexões! ● Scatternet não mais possível;
  • 21. Bluetooth Low Energy – Outras camadas ● Host-Controller Interface (HCI); ● L2CAP; ● Security Manager Protocol (SMP); ● Attribute Protocol (ATT): – Servidor e Cliente; ● Generic Attribute Profile (GATT): – Troca de características;
  • 22. Bluetooth Low Energy – General Access Profile (GAP) ● Broadcaster; ● Observador; ● Periférico; ● Central; [8]
  • 23. Pergunta 1 ● Cite características de um BLE que os tornam tão econômicos ao ponto de poderem ser alimentados por baterias com o tamanho de uma moeda.
  • 24. Pergunta 1 ● Cite características de um BLE que os tornam tão econômicos ao ponto de poderem ser alimentados por baterias com o tamanho de uma moeda. R: Permanece “dormindo” na maior parte do tempo; transmissões duram apenas ms; e possuem uma baixa taxa de tráfego.
  • 25. Pergunta 2 ● Cite e caracterize os dois modos que um dispositivo pode atuar durante uma conexão.
  • 26. Pergunta 2 ● Cite e caracterize os dois modos que um dispositivo pode atuar durante uma conexão. R:Escravo, apenas enviando informação e se conectando a apenas um mestre; Mestre, podendo se conectar a um ou mais dispositivos escravos, sendo o centro da topografia estrela (piconet).
  • 27. Pergunta 3 ● Cite os 5 estados de conexão que o um dispositivo pode assumir:
  • 28. Pergunta 3 ● Cite os 5 estados de conexão que o um dispositivo pode assumir: R: Standby, Advertising, Scanning, Initiating e Connection.
  • 29. Pergunta 4 ● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels?
  • 30. Pergunta 4 ● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels? R: Porque por usar um espectro gratuito (2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com um sinal de Wi-Fi que esteja operante na região. Para tal, sobre os canais data channels é usado o mecanismo Adaptative Frequency Hopping (AFH) que evitará as frequências ocupadas.
  • 31. Pergunta 4 ● Por que é interessante o uso do Adaptative Frequency Hopping (AFH) nos data channels? R: Porque por usar um espectro gratuito (2.4GHz), o BLE corre o risco de colidir com um sinal de Wi-Fi que esteja operante na região. Para tal, sobre os canais data channels é usado o mecanismo Adaptative Frequency Hopping (AFH) que evitará as frequências ocupadas.
  • 32. Pergunta 5 ● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes?
  • 33. Pergunta 5 ● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes? R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo o gasto de energia seja mínimo, normalmente envolvendo apenas informar um estado ou servir de gatilho, não abrangendo tráfego contínuo de dados, como é o caso de sua versão tradicional.
  • 34. Pergunta 5 ● O Bluetooth tradicional e o Bluetooth Low energy são concorrentes? R: Não, pois o foco do BLE são aplicações cujo o gasto de energia seja mínimo, normalmente envolvendo apenas informar um estado ou servir de gatilho, não abrangendo tráfego contínuo de dados, como é o caso de sua versão tradicional.
  • 35. Referências ● As imagens apresentadas foram retiradas ou adaptadas dos seguintes trabalhos: [1] PEDRO, Ricard M. Bluetooth 4.0 Low Energy: the future low-power consumption solution, jul. 2011. Universitat Politecnica Catalunya. Disponível em: <http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/13249/1/memoria.pdf>. Acesso em: 13 jan. 2013. [2] GALEEV, Mikhail. Bluetooth 4.0: An introduction to Bluetooth Low Energy – Part I. EE Times, set. 2011. Disponível em: <http://www.eetimes.com/design/communications-design/4217866/Bluetooth-4-0-- An-introduction-to-Bluetooth-Low-Energy-Part-I>. Acesso em: 13 jan. 2013 [3] DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications Chapter, nov. 2010. Disponível em: <http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013.
  • 36. Referências [4] LITEPOINT CORPORATION. Bluetooth Low Energy - WhitePaper. Disponível em: <http://www.litepoint.com/whitepaper/Bluetooth%20Low %20Energy_WhitePaper.pdf>. Acesso em: 13 jan. 2013. [5] MARTELLI, Flavia. Bluetooth Low Energy. Universitá de Bologna. Disponível em: <http://www.chiaraburatti.org/uploads/teaching/handouts_WSNs_BT-LE.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013. [6] Smith, Phil. Comparing Low-Power Wireless Technologies. Disponível em:<http://www.digikey.com/us/en/techzone/wireless/resources/articles/comparing-low- power-wireless.html> Acesso em: 18 fev. 2013
  • 37. Referências [7] Hodgdon, Charles. Adaptive Frequency Hopping for Reduced Interference between Bluetooth® and Wireless LAN. Disponível em:<http://www.design-reuse. com/articles/5715/adaptive-frequency-hopping-for-reduced-interference-between- bluetooth-and-wireless-lan.html > Acesso em: 18 fev. 2013 [8] DECUIR, Joe. Bluetooth 4.0: Low Energy. IEEE Vancouver Joint Communications Chapter, nov. 2010. Disponível em: <http://chapters.comsoc.org/vancouver/BTLER3.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2013. [9] BLUETOOTH SIG. Bluetooth Specifications Version 4.0. Disponível em: <http://www.bluetooth.org>. Acesso em: 12 jan. 2013.