VSB - Technicka univerzita OstravaFakulta elektrotechniky a informatiky

Katedra informatiky

Propojenı vıce instancı BluetoothPersonal Area Networks (PAN)

Projekt do TPS

2006 Michal Sehnal, Roman Kubın

OBSAH 0

Obsah

1 Presne zadanı ukolu 1

2 Uvod 22.1 Bluetooth - zakladnı popis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Historie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3 Specifikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.4 Bluetooth a sıt’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3 Prakticke testovanı 63.1 Pouzite zarızenı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2 Popis zprovoznenı sıte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3 Bluetooth a sıt’Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.4 Zapojenı notebook–mobil a mobil–hands free . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4 Zaver 13

5 Literatura 14

1 PRESNE ZADANI UKOLU 1

1 Presne zadanı ukolu

Propojenı vıce instancı Bluetooth Personal Area Networks (PAN) v hvezdicove topologiedo spolecne stromove topologie. Realizace na OS Linux (balık Bluez), pouzitı BluetoothITec USB adapteru. Navazuje na projekt ze ZS0405 (J.Folta), kde byla zprovoznena IPkomunikace v ramci jedne hvezdice Bluetooth PAN. Pruzkum moznostı implementacePAN na Windows 2000 (mozna bude treba pouzıt jine ovladace, nez dodavane k ITecBluetooth).

2 UVOD 2

2 Uvod

Drıve nez popıseme vlastnı projekt a dosazene vysledky, rekneme si neco o technologiiBluetooth.

2.1 Bluetooth - zakladnı popis

Bluetooth je standard pro osobnı sıte (WPAN). Tyto sıte jsou velice omezene vetsinoukolem 10 m. Pozadavky na tuto sıt’jsou nasledujıcı:

• nızka spotreba energie,

• nızka cena,

• spoluprace s malymi koncovymi zarızenımi (mobilnı telefony, hands free sady,apod.),

• velka odolnost proti rusenı,

• bez slozite konfigurace pro uzivatele.

2.2 Historie

Nazev Bluetooth pochazı podle jmena danskeho krale Haralda II. - Blatanda („Modryzub“), ktery v 10. stoletı sjednotil skandinavsky lid. V roce 1994 svedska firma Ericssonzacala pracovat na vyvoji teto technologie, jejız cılem je sjednotit komunikaci mezi zarı-zenımi. Z tohoto duvodu vede analogie k jiz zmınenemu krali a pojmenovanı Bluetooth(Na samem pocatku vyvoje byl pouze pracovnı nazev).

V kvetnu 1998 vznikla ohledne teto technologie zvlastnı zajmova skupina BluetoothSpecial Interest Group (SIG), skladajıcı se z 9 velkych firem (3Com, Ericsson, IBM, Intel,Lucent Technologies, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba) a tisıcu clenskych spolecnostı.Ta zastresuje tvorbu tohoto standardu, jeho certifikaci, propagaci a starala se o kompati-bilitu mezi vyrobci.

V breznu 2003 prevzalo IEEE jako jednu z normalizovanych variant Wireless PersonalArea Network (WPAN) pod oznacenım IEEE 802.15.1, ktera vychazı z verze Bluetooth1.1.

2.3 Specifikace

Nejedna o svetelny prenos informace, jak by se dalo usoudit podle modre LED diody,ktera je vetsinou na vsech BT zarızenıch. Ta slouzı pouze pro informaci, ze je Bluetoothaktivnı. Hlavnı parametry jsou uvedeny nıze:

• radiovy prenos: 2,4 – 2,4835 GHz (mimo Francii celosvetove bezlicencnı pasmo);

• prenosova rychlost: 1 Mbps;

2 UVOD 3

• dosah zarızenı:

1. Trıda 1 – 10 mW (20 dBm) – 100 m.

2. Trıda 2 – 2,5 mW (4 dBm) – 50 m.

3. Trıda 3 – 1 mW (0 dBm) – 10 m (nejpouzıvanejsı).

• vysılany elektromagneticky vykon 1 mW u trıdy 3 je 800–1200 krat mensı nez umobilu;

• technologie frekvencnıch skoku (Frequency Hoping) a rozprostreneho spektra (SpreadSpectrum);

• pocet kanalu: 79 (kazdy ma 1 MHz), komunikujıcı zarızenı mezi nimi preskakujıkazdou 1/1600 s⇒ vyssı bezpecnost, drazsı technologie k sledovanı signalu a vyssıodolnost proti rusenı;

• podpora QoS;

• vyuzitı definovanych profilu pro jednotlive pripojenı:

1. Generic Access Profile – obecny profil pro prıstup k zarızenım.

2. Service Discovery Protocol (SDP) – pro zjistovanı a propagaci dostupnychsluzeb.

3. Cordless Telephony – bezdratova telefonie.

4. Serial Port

5. Intercom – domacı telefon.

6. Dial-Up Networking.

7. Fax.

8. Headset.

9. LAN Access.

10. Generic Object Exchange (OBEX) – File Tranfer, Object Push, Synchronization.

2.4 Bluetooth a sıt’

Bluetooth sıt’umoznuje spojenı dvou zarızenı mezi sebou (point-to-point) nebo jednohozarızenı s vıce stranami (point-to-multipoint). Pripojene zarızenı pak mezi sebou sdılıprenosovy kanal. Soustave dvou a vıce pripojenych zarızenı pres Bluetooth rıkame pico-net. Tato sıt’je omezena poctem pripojenych zarızenı (maximalne 8) a vzdalenostı (10 m)1.Obrazek c. 1 ukazuje mozne zapojenı piconetu. V kazdem piconetu musı byt prave jednozarızenı oznacovane jako master, coz znamena, ze rıdı komunikaci v danem piconetu.Ostatnı zarızenı (oznacujı se slave) jsou na tomto zarızenı zavisla. Pokud mame v BT sıtizapojeny pocıtace, majı nastavenu jednu z uvedenych rolı:

1Vychazı z IEEE 802.15.1

2 UVOD 4

Obrazek 1: Prıklad zapojenı piconetu

• obycejna pracovnı stanice; Oznacuje se PANU (PAN User).

• preposılacı server; Zprostredkovava spojenı mezi jednotlivymi pracovnımi stani-cemi). Oznacuje se GN (Group ad-hoc Network).

• proxy, router nebo bridge mezi BT PAN sıti a okolnım svetem (Ethernet, Internet).Oznacuje se NAP – Network Access Point.

Pokud bychom potrebovali spojit dva a vıce piconetu, vysledne sıti rıkame scatternet(viz obr. c. 2). Moznostı jak spojit dva a vıce piconetu ukazuje obrazek c. 32. Z nej je patrne,ze zadne zarızenı nesmı byt master pro vıce nez jeden piconet. Vedlo by to k vyraznemuzpomalenı fungovanı cele sıte, v krajnım prıpade, az k jejı uplne nefunkcnosti.

2Prevzato z http://fly.isti.cnr.it/didattica/tesi/Tallarico/immagini/

2 UVOD 5

Obrazek 2: Prıklad zapojenı scatternet

Obrazek 3: Ruzna propojenı scatternetu

3 PRAKTICKE TESTOVANI 6

3 Prakticke testovanı

3.1 Pouzite zarızenı

Zadanou ulohu jsme provadeli s temito zarızenımi:

• notebook HP Compaq nc6120 s vestavenym Bluetooth rozhranım a s OS MandrivaLinux 2006 Free (kernel 2.6.12) a Windows XP se Service Packem 2;

• pocıtac s OS Windows XP se Service Packem 2;

• 3 pocıtace na ucebne j257 s OS Debian Linux (kernel 2.4.27);

• 3 USB Bluetooth adaptery ACER BT-900 (BT verze 1.2);

• telefon Nokia 6230i, verze SW 03.62;

• telefon Nokia N70, verze SW 3.0546.2.3;

• nahlavnı hands free sada Nokia HDW-3.

3.2 Popis zprovoznenı sıte

Bluetooth sıt’budeme sestavovat na pocıtacıch s OS Linux (viz odstavec 3.1). Na nich musıbyt jadro minimalne verze 2.4.203 (kvuli podpory Bluetooth) a dva4 stroje musı mıt jadroprekompilovano se zapnutou podporou bridgingu. Toto lze overit v aktualnım nastavenıjadra, a to prıkazem:

/usr/src/linux/make menuconfig

Zde, v menu Networking Options nalezneme polozku 802.1d Ethernet Bridging. Pokud nenıpodpora bridgingu aktivnı, vybereme ji a pote musıme jadro prekompilovat. Pouzijemek tomu tyto prıkazy:

make modulesmake modules_install

Pote musı byt pocıtac restartovan a nabootovan na prave prekompilovanou verzi jadra.Dale potrebujeme mıt nainstalovany balıcek brctl. Instalaci provedeme prıkazem:

apt-get install brctl-utils

Pro pouzitı Bluetooth technologie pod Linuxy budeme potrebovat instalacnı balıcekBlueZ. U Debianu se provadı prıkazy:

apt-get install bluez-utils

3Prıkaz uname -a vypıse verzi jadra Linuxu.4V nasem zapojenı se jedna o pocıtace J257a a J257b.

3 PRAKTICKE TESTOVANI 7

Podmınkou je mıt aktivnı pripojenı k internetu. Po zadanı vyse uvedenych prıkazuse stahne a nainstaluje balık BlueZ.

U Mandrivy je BlueZ soucast instalacnıho DVD, stacı ho nainstalovat pomocı prıkazu:

rpm -i bluez-utils-2.19-7mdk.i586.rpm

Dale musıme mıt spusteno nekolik modulu, coz provedeme sadou prıkazu:

modprobe uhcimodprobe hci_usbmodprobe bnep

Prvnı je univerzalnı rozhranı pro hostitelsky ovladac (Universal Host Controller Inter-face), druhy je potrebny k napojenı USB portu na UHCI rozhranı. Pro nas je potrebny, jeli-koz pouzıvame USB Bluetooth adaptery. Tretı modul je pro pouzitı protokolu BNEP (Blu-etooth Network Encapsulation Protocol). Stara se o enkapsulaci BT a ethernetovych ramcu.Pomocı nej vypada komunikace podobne jako bychom pouzıvali klasicke sıt’ove karty.

Po zadanı vyse uvedenych prıkazu muzeme zasunout USB modul do pocıtace. Pro kon-trolu nastavenı a zapojenı muzeme zadat prıkaz:

lsmod | grep hci_usb

Ten vypıse stavy modulu v Linuxovem jadru s filtrovanym vypisem pro modul hci_usb.Cıslo na konci radku ukazuje pocet pripojenych Bluetooth adapteru (0... nenı pripojen,2... jeden modul, 4... dva moduly). Zkouseli jsme pripojovat i jine USB zarızenı (Flashdisk, USB mys) a cıslo na konci se nezmenilo. Z tohoto pokusu usuzujeme, ze vyseuvedeny prıklad ukazuje pocet pripojenych BT adapteru. Dale tento prıkaz vypıse modybluetooth a usbcore, u kterych je hci_usb pouzit.

Dalsı prıkaz potrebny pro spojenı pocıtacu pres Bluetooth je hciconfig. Je podobnyprıkazu ifconfig, jen nastavuje rozhranı HCI. Jednotlive rozhranı se jmenujı hci0, hci1,atd. (analogie s eth0, eth1). Prıkazy, ktere s tımto prıkazem pouzijeme jsou:

1. hciconfig -a2. hciconfig hci0 <UP|DOWN>3. hciconfig hci0 [no]auth4. hciconfig hci0 [no]encrypt5. hciconfig hci0 lm <MASTER|SLAVE|NONE|ACCEPT>

Nynı si jednotlive prıkazy upresnıme:

1. Vypıse informace o rozhranıch HCI. Zde najdeme MAC adresu USB adapteru,kterou budeme potrebovat pri pripojenı s dalsım(i) pocıtacem(i).

2. Zapnout nebo vypnout rozhranı hci0.

3. Pouzıvat nebo nepouzıvat autentizaci pri pripojovanı. Dalsı nastavenı se provadıpomocı balıcku bluez-pin, ktery je soucastı bluez-utils.

3 PRAKTICKE TESTOVANI 8

4. Pouzıvat nebo nepouzıvat sifrovanı linky5.

5. Nastavenı rozhranı podle jednoho z moznych rezimu. Prednastaveny rezim je Slave.Pokud nezadame moznost, vypıse aktualnı nastaveny rezim. Kdyz jsme chteli prejıtz rezimu Master na Slave, museli jsme pouzıt moznost NONE. Po zadanı SLAVEse rezim neprepnul.

Ted’ uz budeme schopni propojit jednotlive pocıtace. Pouzijeme k tomu demona pand(Personal Area Network Daemon). Ten zajist’uje posılanı paketu pres Bluetooth. Budemepotrebovat tyto prıkazy:

1. pand --listen --role <GN|PANU|NAP>2. pand --connect MAC_ADDRESS3. pand --show4. pand --kill MAC_ADDRESS5. pand -K6. pand --encrypt

Opet si uvedeme k temto prıkazum i male vysvetlenı:

1. Adapter bude ocekavat zadost o spojenı a po pripojenı se nastavı pocıtac do prı-slusne role. (viz 2.4).

2. Zadost o pripojenı k BT adapteru s uvedenou MAC adresou.

3. Vypıse seznam aktualne pripojenych BT adapteru. Zobrazuje nazev bnep rozhranı(bnep0, bnep1, ...), MAC adresu pripojeneho BT adapteru a typ role, kterou mapocıtac, ze ktereho je prıkaz zadavan vzhledem k druhemu zarızenı.

4. Zrusı spojenı s BT adapterem se zadanou MAC adresou.

5. Zrusı vsechny spojenı.

6. Povolenı sifrovanı.

Po uspesnem propojenı dvou adapteru vznikne na obou pocıtacıch nove rozhranı bnepX(X = 0, 1, ...). Pristupujeme k nemu podobne jako k rozhranı eth.

Pomocı vyse uvedenych prıkazu provedeme zapojenı Bluetooth sıte jako na obrazkuc. 4. Nejprve zapojıme Piconety 1 a 2, a pak provedeme jejich spojenı. Pocıtac J257b budev tomto spojenı v rezimu Master a J257a bude Slave. Na notebooku a PC J257c nastavımeIP adresy na rozhranı bnep0 pomocı prıkazu:

ifconfig bnep0 10.0.1.x netmask 255.255.255.0broadcast 10.0.1.255 up

5Dalsı nastavenı u povoleneho sifrovanı se provadı pri pripojovanı jednotlivych PC daemonem pand (vizdale)

3 PRAKTICKE TESTOVANI 9

Obrazek 4: Zapojenı sıte

Pokud bychom nastavili IP adresy na rozhranıch bnep0 a bnep1 u prostrednıch pocıtacu(J257a, J257b) a zprovoznili smerovanı pomocı prıkazu route, zapojenı nebude fungovatz duvodu enkapsulace paketu tretı vrstvy. Po nastavenı smerovanı na vsech pocıtacıchjsme z PC J257c zadali prıkaz ping a komunikace fungovala na rozhranıch bnep0 abnep1 u PC J257b i na rozhranı bnep1 u PC J257a, ale jeho rohranı bnep0 ani notebookna ping neodpovıdaly. Prıkaz ping mezi vsemi pocıtaci nebude fungovat, ale zarızenı osobe vedı, coz jsme otestovali pouzitım prikazu ping druhe vrstvy (l2ping6). Resenımje pouzitı prostrednıch pocıtacu (se dvema bnep rozhranımi) jako bridgu, ktere budoupreposılat ramce na zaklade informacı z druhe vrsty. K tomu potrebujeme jiz zminovanybalık brctl-utils. Ke spravnemu zprovoznenı provedeme tyto prıkazy:

1. brtcl addbr br02. ifconfig br0 10.0.2.x netmask 255.255.255.0

broadcast 10.0.1.255 up3. ifconfig bnep0 up4. ifconfig bnep1 up5. brctl stp br0 off6. brctl setfd br0 07. brctl addif br0 bnep08. brctl addif br0 bnep19. brctl show

Tyto prıkazy znamenajı:

1. Vytvorenı virtualnıho bridge a jeho rozhranı br0.

2. Nastavenı IP adresy rozhranı br0.

3. Zapnutı rozhranı bnep0.

6l2ping MAC ADDRESS

3 PRAKTICKE TESTOVANI 10

Obrazek 5: Spojenı PAN ve Windows

4. Zapnutı rozhranı bnep1.

5. Vypnutı protokolu STP (Spaning Tree Procotol) pro bridge br0. Nase zapojenı neob-sahuje smycky, proto ho muzeme vypnout. Dale se nebudou posılat BPDU pakety,ktere se obvykle posılajı co 2 s. Proto nebudou vyrazne zatezovat nası sıt’.

6. Nastavenı zpozdenı bridge. Tento prıkaz je soucastı pro spravne vypnutı STP pro-tokolu.

7. Prirazenı rozhranı bnep0 k bridgi br0.

8. Prirazenı rozhranı bnep1 k bridgi br0.

9. Pomocny prıkaz, ktery vypıse aktualnı nastavenı bridgu.

Po vykonanı vyse uvedenych prıkazu na strojıch J257a a J257b jsme vyzkouseli prıkazping z notebooku na J257c a naopak. V obou prıpadech ping probehl uspesne.

3.3 Bluetooth a sıt’Windows

Vytvorenı BT v systemech Windows XP se da realizovat pomocı ovladacıho sotwareWIDCOMM7 Klikneme na ikonu My Bluetooth Places a vybereme pocıtac, ke kteremu sechceme pripojit a zvolıme typ pripojenı pomocı ikony Network Access (obr. c. 5). Po spojenıse vytvorı nove sıt’ove pripojenı k mıstnı sıti (obr. c. 6). Po nastavenı IP adres na pocıtacıchmusıme zkontrolovat jeste branu firewall. Pokud pouzıvame OS Windows XP se ServicePackem 2, budeme muset upravit nastavenı firewallu podle nasich potreb. Pro overenıspojenı pouzijeme opet prıkaz ping z prıkazove radky (obr. c. 7).

3 PRAKTICKE TESTOVANI 11

Obrazek 6: Nove sıt’ove pripojenı

Obrazek 7: Vypis po zadanı prıkazu ping

3 PRAKTICKE TESTOVANI 12

Obrazek 8: Zapojenı notebook–mobil a mobil–hands free

3.4 Zapojenı notebook–mobil a mobil–hands free

Dale jsme se rozhodli, ze vyzkousıme zapojit do scatternetu jine zarızenı nez pocıtace.Vymysleli jsme zapojenı, ktere ukazuje obrazek c. 88. Jako prvnı jsme zkouseli telefonNokia 6230i. Sparovali jsme ho s notebookem se systemem Windows XP a nastavili sluzbuOBEX File Transfer. Potom jsme se snazili sparovat telefon s hands free sadou HDW-3.Bohuzel po sparovanı se telefon restartoval a to i po opetovnem pokusu. Shledali jsmebezny telefon nepouzitelny pro nase potreby a zvolili jsme chytry telefon s OS Symbian 7.0a to Nokii N70. S tımto telefonem jsme postupovali obdobne jako s predchozım modelem.Po sparovanı se sadou HDW-3 se telefon nerestartoval a byl plne funkcnı. Na notebookujsme nastavili prenos souboru z telefonu do notebooku a behem prenasenı dat jsmepomocı BT sady z telefonu volali. Vse probehlo korektne, i kdyz pri volanı bez soucasnehoposılanı dat byla kvalita zvuku lepsı.

7Nejcasteji pouzıvany v systememech Windows. Podporuje ho vetsina Bluetooth adapteru.8Typy Master a Slave jsme urcili s ohledem na funkci zarızenı v danem zapojenı.

4 ZAVER 13

4 Zaver

Vytvorenı LAN sıte pomocı technologie Bluetooth se v praxi pouzıva jen minimalne.Jejı hlavnı nevyhodou je prenosova rychlost (1Mbps) a dosah (10 m). Vzhledem k ceneBluetooth adapteru (cca 600 Kc) je investice vzhledem k prenosove rychlosti nakladna.Bluetooth je vhodny naprıklad pro propojenı pocıtace s mobilnım telefonem, mobilnıhotelefonu s hands free sadou ci pocıtace s tiskarnou. Obecne se Bluetooth pouzıva pre-devsım pro komunikaci s malymi zarızenımi a mezi temito zarızenımi. Cımz odpadanutnost, nosit sebou mimo zarızenı i vhodny kabel, prıpadne shanet kabel k propojenıdvou zarızenı, ktere majı naprosto odlisne konektory.

V soucasne dobe existuje verze Bluetooth 2.0, ktera umı pracovat s prenosovou rych-losı az 3 Mbps. Adaptery podporujıcı tuto verzi nejsou zatım bezne k dostanı. Prevaznese pouzıvajı adaptery verze 1.2 (pouzite v nasem projektu).

5 LITERATURA 14

5 Literatura

[1] BlueZ Project http://bluez.sourceforge.net/contrib/HOWTO-PAN Personal AreaNetwork HOWTO (Leden 2006)

[2] Folta, Jirı, Bluetooth a Personal Area Network (Projekt do TPS 2004/2005)

[3] Bluetooth SIG, http://www.bluetooth.com/Bluetooth/ The Official Bluetooth Web site(Leden 2006)