Jaringan Nirkabel Wi-Fi (IEEE 802. 11) Bluetooth (IEEE 802. 15 Jaringan Nirkabel Wi-Fi (IEEE 802.11) Bluetooth (IEEE 802.15.1) ZigBee (IEEE 802.15.4)

Overview Wireless Standar: RAN WAN MAN LAN PAN Regional Area Network IEEE 802.22 Regional Area Network Standar Eropa WAN IEEE 802.20 IEEE 802.16e 3GPP (GPRS/UMTS) 3GPP2 (1X--/CDMA2000) GSMA MAN 1-2 KM 3,5 GHz; 5 GHz Max Data Rate 20 Mbps IEEE 802.16d WiMAX LAN 20-50 M 2,4 GHz; 5 GHz 1, 11, 54, 200 Mbps IEEE 802.11 Wi-Fi Alliance PAN 10 M 2,4 GHz 1 Mbps IEEE 802.15 Bluetooth

Overview WMAN : Wireless Metropolitan Area Network WWAN : Wireless Wide Area Network WRAN : Wireless Regional Area Network WLAN : Wireless Local Area Network (IEEE 802.11) Merupakan Alternatif koneksi network selain kabel, menghubungkan beberapa komputer dengan media non kabel dalam sebuah gedung. Digunakan pada jarak <100 Meter Pada prinsipnya Wireless LAN merupakan Perluasan dari Wired WPAN : Wireless Personal Area Network (IEEE 802.15) Wireless yang digunakan pada jarak yang relatif pendek, < 30 feet. Digunakan untuk transfer informasi pada jarak pendek, misal : transfer file antar HP, remote tv, wireless headset, dll WRAN : Wireless Regional Area Network Merupakan wireless Standar Eropa untuk remote broadband access pada coverage area 20 KM dengan memanfaatkan gelombang VHF/UHF TV. WWAN : Wireless Wide Area Network Wireless yang mencover area yang luas, seperti negara/benua. Lebih menekankan pada mobile application, misal GSM/CDMA. Memungkinkan akses internet, kirim email, akses aplikasi tertentu melalui mobile. WMAN : Wireless Metropolitan Area Network Wireless yang menyediakan koneksi antar gedung, pada area sebuah kota. Misal penyediaan komunikasi antar rumah sakit utama dengan remote clinic, ISP menyediakan koneksi ke client lewat wireless pada jarak 2 KM ke atas

Review Standar Wireless LAN IEEE 802.11 (Materi Sebelum UTS) Standar paling umum diterapkan pada perangkat wireless LAN. Standar pengganti kabel, bekerja pada MAC layer dan Phisical Layer, menggunakan sistem CSMA/CA menggantikan standar ethernet CSMA/CD Standar koneksi : scanning, authentication dan association. Standar performance dan security : WEP security, RTS/CTS, Power Save Mode, Fragmentation 802.11 Physical layer : 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n Frequency menggunakan RF sesuai dengan regulasi FCC Wi-Fi Certified Organisasi International non profit yang memfokuskan diri pada kompatibilitas perangkat Wireless LAN dengan standar IEEE

Review Standar Wireless LAN IEEE 802.11

Review Standar Wireless LAN WiFi (Wireless Fidelity) Certificated Organisasi International non profit yang memfokuskan diri pada kompatibilitas perangkat Wireless LAN dengan standar IEEE. Tujuan utama : Promosi Wi-Fi Certified dalam pengembangan product wireless LAN Pemasaran Product Wi-Fi Certified bagi konsumen home, small office dan enterprice Test dan sertifikasi product untuk kompatibilitas Wi-Fi Certified memberikan jaminan produk yang dihasilkan kompatible meskipun beda pabrikan Wi-Fi Certified juga merupakan lembaga dibalik security WPA Wi-Fi Protected Access yang ada pada komponen wireless

Review Standar Wireless LAN Wifi-Certificated Perusahaan yang tergabung dalam konsorsium WiFi:

WiFi (Wireless Fidelity) Terdapat dua mode WiFi yaitu Ad-hoc dan Infrastruktur. Saat ini terdapat tiga variasi dari 802.11 yang sering digunakan, yaitu: 802.11a, 802.11b, dan 802.11g

WiFi (Wireless Fidelity)

WiFi (Wireless Fidelity) WiFi-Ad Hoc Mode Mode Ad-hoc pada dasarnya mirip dengan topologi bus pada jaringan wired. Mode ad hoc tidak memerlukan central node atau Access Point. Wi-Fi client dapat berkomunikasi secara peer to peer. Setiap Wi-Fi client akan bertindak sebagai penghubung sekaligus repeater(penguat sinyal) bagi Wi-Fi client yang berada di sebelahnya. Mode Ad-hoc cocok digunakan jika WLAN yang akan dibangun tidak akan terhubung dengan wired line. Mode ini biasanya dibangun pada kondisi-kondisi darurat seperti rapat mendadak di tempat yang tidak tersedia jaringan wireless

WiFi (Wireless Fidelity) WiFi-Ad Hoc Mode

WiFi-Infrastruktur Mode WiFi (Wireless Fidelity) WiFi-Infrastruktur Mode Mode Infrastruktur ini mirip dengan topologi star pada jaringan wired line. Mode infrastruktur/point to multipoint menggunakan minimal sebuah central node atau access point. Acces point berfungsi sebagai penghubung WLAN dengan wired LAN. Access point juga dapat difungsikan sebagai repeater bagi seluruh Wi-Fi client. Seluruh jaringan akan terputus total jika access point yang digunakan mati atau mengalami kerusakan.

WiFi-Infrastruktur Mode WiFi (Wireless Fidelity) WiFi-Infrastruktur Mode

Wireless Personal Area Network (WPAN) Karakteristik: Low power consumption Range 0 – 10 meter Speed 19.2 – 100 kbps (actual) Small size Support for a minimum of 16 devices

Bluetooth (IEEE 802.15.1) Bluetooth adalah sebuah teknologi komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industrial, Scientific and Medical). Menggunakan sebuah frequency hopping tranceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara secara real-time antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan layanan yang terbatas (sekitar 10 meter). Bluetooth sendiri dapat berupa card yang bentuk dan fungsinya hampir sama dengan card yang digunakan untuk wireless local area network (WLAN) dimana menggunakan frekuensi radio standar IEEE 802.11, hanya saja pada bluetooth mempunyai jangkauan jarak layanan yang lebih pendek dan kemampuan transfer data yang lebih rendah.

Aplikasi & Layanan Bluetooth Protokol bluetooth menggunakan sebuah kombinasi antara circuit switching dan packet switching. Bluetooth dapat mendukung sebuah kanal data asinkron, tiga kanal suara sinkron simultan atau sebuah kanal dimana secara bersamaan mendukung layanan data asinkron dan suara sinkron.

Aplikasi & Layanan Bluetooth Setiap kanal suara mendukung sebuah kanal suara sinkron 64 kb/s. Kanal asinkron dapat mendukung kecepatan maksimal 723,2 kb/s asimetris, dimana untuk arah sebaliknya dapat mendukung sampai dengan kecepatan 57,6 kb/s. Sedangkan untuk mode simetris dapat mendukung sampai dengan kecepatan 433,9 kb/s.  Sebuah perangkat yang memiliki teknologi wireless bluetooth akan mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan jarak jangkauan sampai dengan 10 meter (~30 feet). Sistem bluetooth menyediakan layanan komunikasi point to point maupun komunikasi point to multipoint.   

Aplikasi & Layanan Bluetooth Produk bluetooth dapat berupa PC card atau USB adapter yang dimasukkan ke dalam perangkat. Perangkat-perangkat yang dapat diintegerasikan dengan teknologi bluetooth antara lain : mobile PC, mobile phone, PDA (Personal Digital Assistant), headset, kamera, printer, router dan sebagainya. Aplikasi-aplikasi yang dapat disediakan oleh layanan bluetooth ini antara lain : PC to PC file transfer, PC to PC file synch ( notebook to desktop), PC to mobile phone, PC to PDA, wireless headset, LAN connection via ethernet access point dan sebagainya.  

Diskripsi Umum Sistem Bluetooth Sistem bluetooth terdiri dari sebuah radio transceiver, baseband link controller dan sebuah link manager. Baseband link controller menghubungkan perangkat keras radio ke base band processing dan layer protokol fisik. Link manager melakukan aktivitas-aktivitas protokol tingkat tinggi seperti melakukan link setup, autentikasi dan konfigurasi.

Blok Fungsional Sistem Bluetooth

Detail Blok Fungsional Sistem Bluetooth

Sistem Bluetooth Tiga buah lapisan fisik dalam protokol arsitektur Bluetooth : Bluetooth radio, adalah lapis terendah dari spesifikasi Bluetooth. Lapis ini mendefinisikan persyaratan yang harus dipenuhi oleh perangkat tranceiver yang beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz ISM. Baseband, layer yang memungkinkan hubungan RF terjadi antara beberapa unit Bluetooth membentuk piconet. Sistem RF dari bluetooth ini menggunakan frekuensi-hopping-spread spectrum yang mengirimkan data dalam bentuk paket pada time slot dan frekuensi yang telah ditentukan, lapis ini melakukan prosedur pemeriksaan dan paging untuk sinkronisasi transmisi frekuensi hopping dan clock dari perangkat bluetooth yang berbeda. Link Manager Protocol (LMP), bertanggung jawab terhadap link set-up antar perangkat Bluetooth. Hal ini termasuk aspek securiti seperti autentifikasi dan enkripsi dengan pembangkitan, penukaran dan pemeriksaan ukuran paket dari lapis baseband

Karakteristik Bluetooth Radio

Pita Frekuensi dan Kanal RF Sistem Bluetooth bekerja pada frekuensi 2.402GHz sampai 2.480GHz, dengan 79 kanal RF yang masing-masing mempunyai spasi kanal selebar 1 MHz. Topology Up to 7 simultaneous links Modulation Gaussian filtered FSK RF bandwidth 220 kHz (-3 dB), 1 MHz (-20 dB) RF band 2.4 GHz ISM frequency band RF carriers 79 (23 as reduced option) Carrier spacing 1 MHz Access method FHSS-TDD-TDMA Freq. hop rate 1600 hops/s

Piconets ad hoc => no base station Bluetooth enabled electronic devices connect and communicate wirelessly through short-range, ad hoc networks known as piconets. Up to 8 devices in one piconet (1 master and 7 slave devices). Max range 10 m. ad hoc => no base station Piconets are established dynamically and automatically as Bluetooth enabled devices enter and leave radio proximity. The piconet master is a device in a piconet whose clock and device address are used to define the piconet physical channel characteristics. All other devices in the piconet are called piconet slaves.

Scatternet Scatternet is a type of ad hoc Bluetooth network consisting of two or more piconets

States of Bluetooth Devices 4 basic states: Master (M)  mengontrol sebuah piconet Slave (S)  terhubung secara aktif monitor piconet Standby (SB)  tidak terhubung dengan piconet, waiting to join Parked/hold (P)  low power connection

Time Slot Kanal dibagi dalam time slot-time slot, masing-masing mempunyai panjang 625 ms. Time slot-time slot tersebut dinomori sesuai dengan clock bluetooth dari master piconet. Batas penomoran slot dari 0 sampai dengan 227-1 dengan panjang siklus 227. Di dalam time slot, master dan slave dapat mentransmisikan paket-paket dengan menggunakan skema TDD (Time-Division Duplex). Master hanya memulai melakukan pentransmisiannya pada nomor time slot genap saja sedangkan slave hanya memulai melakukan pentransmisiannya pada nomor time slot ganjil saja.  a piconet is an ad-hoc computer network of devices using Bluetooth technology protocols to allow one master device to interconnect with up to seven active slave devices (because a three-bit MAC address is used). Up to 255 further slave devices can be inactive, or parked, which the master device can bring into active status at any time.

Time Slot

Protokol Bluetooth Protokol-protokol bluetooth dimaksudkan untuk mempercepat pengembangan aplikasi-aplikasi dengan menggunakan teknologi bluetooth. Layer-layer bawah pada stack protokol bluetooth dirancang untuk menyediakan suatu dasar yang fleksibel untuk pengembangan protokol yang lebih lanjut. Protokol-protokol yang lain seperti RFCOMM diambil dari protokol-protokol yang sudah ada dan protokol ini hanya dimodifikasi sedikit untuk disesuaikan dengan kepentingan bluetooth. Pada protokol-protokol layer atas digunakan tanpa melakukan modifikasi. Dengan demikian, aplikasi-aplikasi yang sudah ada dapat digunakan dengan teknologi bluetooth sehingga interoperability akan lebih terjamin. 

Protokol Bluetooth Stack protokol bluetooth dapat dibagi ke dalam empat layer sesuai dengan tujuannya.  

Protokol Bluetooth Protokol-protokol dan layer-layer di stack protokol bluetooth (sumber : Bluetooth SIG)

Fungsi Security Bluetooth dirancang untuk memiliki fitur-fitur keamanan sehingga dapat digunakan secara aman baik dalam lingkungan bisnis maupun rumah tangga. Fitur-fitur yang disediakan bluetooth antara lain sebagai berikut: Enkripsi data.  Autentikasi user  Fast frekuensi-hopping (1600 hops/sec)  Output power control Fitur-fitur tersebut menyediakan fungsi-fungsi keamanan dari tingkat keamanan layer fisik/radio yaitu gangguan dari penyadapan sampai dengan tingkat keamanan layer yang lebih tinggi seperti password dan PIN.

Bluetooth FHSS vs WLAN DSSS Sebenarnya mengapa bluetooth lebih memilih metode FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) dibandingkan dengan DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Alasan yang membuat mengapa bluetooth tidak menggunakan DSSS antara lain sebagai berikut : FHSS membutuhkan konsumsi daya dan kompleksitas yang lebih rendah dibandingkan DSSS hal ini disebabkan karena DSSS menggunakan kecepatan chip (chip rate) dibandingkan dengan kecepatan simbol (symbol rate) yang digunakan oleh FHSS, sehingga cost yang dibutuhkan untuk menggunakan DSSS akan lebih tinggi.  FHSS menggunakan FSK dimana ketahanan terhadap gangguan noise relatif lebih bagus dibandingkan dengan DSSS yang biasanya menggunakan QPSK ( untuk IEEE 802.11 2 Mbps) atau CCK ( IEEE 802.11b 11 Mbps). Walaupun FHSS mempunyai jarak jangkauan dan transfer data yang lebih rendah dibandingkan dengan DSSS tetapi untuk layanan dibawah 2 Mbps FHSS dapat memberikan solusi cost-efektif yang lebih baik.  Spread-spectrum techniques are methods by which energy generated in a particular bandwidth is deliberately spread in the frequency domain, resulting in a signal with a wider bandwidth. Frequency-hopping spread spectrum (FHSS) is a method of transmitting radio signals by rapidly switching a carrier among many frequency channels, using a pseudorandom sequence known to both transmitter and receiver. direct-sequence spread spectrum (DSSS) is a modulation technique. As with other spread spectrum technologies, the transmitted signal takes up more bandwidth than the information signal that is being modulated.

Frequency Hopping Spread Spectrum Bluetooth technology operates in the 2.4 GHz ISM band, using a spread spectrum, frequency hopping, full-duplex signal at a nominal rate of 1600 hops/second. Time 1 MHz The signal hops among 79 frequencies (spaced 1 MHz apart) in a pseudo-random fashion. 83.5 MHz 2.4000 GHz 2.4835 GHz

Frequency Hopping Spread Spectrum The adaptive frequency hopping (AFH) feature (from Bluetooth version 1.2 onward) is designed to reduce interference between wireless technologies sharing the 2.4 GHz spectrum. Interference e.g. due to microwave oven => this frequency in the hopping sequence should be avoided. Time 2.4000 GHz 2.4835 GHz

Frequency Hopping Spread Spectrum In addition to avoiding microwave oven interference, the adaptive frequency hopping (AFH) feature can also avoid interference from WLAN networks: 22 MHz (802.11b) 16.5 MHz (802.11g) 79 FHSS frequencies WLAN channel ... ... 2.4 GHz 2.48 GHz 2.4 GHz 2.48 GHz

Kinerja Frequency Hopping Spread Spectrum (Symmetric) The piconet master decides on the frequency hopping sequence. All slaves must syncronise to this sequence. Then transmission can take place on a TDD-TDMA basis. 625 ms Master t Slave 1 Slave 2 Slave 3 t

Kinerja Frequency Hopping Spread Spectrum (Asymmetric) The packet length can be 1, 3 or 5 slots. Note that the following transmissions are synchronised to the hopping sequence (i.e., 0, 2 or 4 hop frequencies are skipped). 625 ms 3-slot packet t Slave 1 Slave 2 t

Operasi Bluetooth Discovery  Finding other devices Connecting  Setting up communication path Pairing  Validating identity Logical channels  Adding communication paths for spesific functions or services

ZigBee (IEEE 802.15.4) Fungsi ZigBee adalah pada kecepatan data yang relatif rendah selama jarak relatif pendek, dibandingkan dengan Wi-Fi. Tujuannya adalah untuk mengembangkan produk-produk dengan biaya yang sangat rendah, konsumsi daya rendah dan laju data rendah. Mereka dirancang untuk menggunakan energi sedikit karena mereka akan dibiarkan di tempat selama 5 atau 10 tahun dan baterai mereka harus bertahan.

ZigBee Core Market Industrial and Commercial Personal Healthcare Monitors Movement Sensors Automation Personal Healthcare Patient monitors Remote Diagnosis Data loggers Building Automation Security Lighting Fire and Safety systems Automotive Service controls Inventory tracking

Comparison

Comparison Bluetooth (v1) ZigBee Protocol Stack 250 kb < 32 kb (4kb) Range 10 - 100 meters 30 - 100 meters Link Rate 1 Mbps 250 kbps Battery rechargeable non-rechargeable Devices 8 2^16 Air Interface FHSS DSSS Usage frequently infrequently Network Join Time long short Extendibility no yes Security PIN, 64 bit, 128 Bit 128 bit, AES

Comparison

Terima Kasih SEMOGA BERMANFAAT