BLUETOOTH, Teknologi Komunikasi Wireless (tanpa kabel)

Bluetooth adalah sebuah teknologi komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM dengan 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).
(ISM adalah band (Industrial Scientific and Medical) bebas lisensi yang ditetapkan oleh Komisi Komunikasi Federal (FCC). FCC menetapkan undang-undang yang mengatur pengoperasian piranti LAN nirkabel. Band ISM berada pada lokasi mulai dari 902 MHz, 2.4 GHz dan 5.8 GHz dengan lebar yang bervariasi dari sekitar 26 MHz hingga 150 MHz.)


Spesifikasi bluetooth menyediakan definisi link layer dan application layer sehingga mendukung aplikasi data dan suara. Teknologi bluetooth juga dapat menembus benda padat dan bersifat omni-directional sehingga tidak memerlukan posisi line-of-sight seperti pada inframerah. Keamanan merupakan prioritas utama dalam pengembangan spesifikasi bluetooth.
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.

Pada dasarnya bluetooth diciptakan bukan hanya untuk menggantikan atau menghilangkan penggunaan kabel didalam melakukan pertukaran informasi, tetapi juga mampu menawarkan fitur yang baik untuk teknologi mobile wireless dengan biaya yang relatif rendah, konsumsi daya yang rendah, interoperability yang menjanjikan, mudah dalam pengoperasian dan mampu menyediakan layanan yang bercacam-macam.

KEUNTUNGAN TEKNOLOGI BLUETOOTH
Teknologi bluetooth memiliki fitur-fitur utama ketangguhan (robustness), kebutuhan daya yang kecil (low power consumption) dan biaya yang murah. Perangkat Bluetooth menghindari interferensi dengan sistem lainnya dengan cara mengirimkan sinyal yang sangat lemah, berkisar 1 milliwatt. Sebagai perbandingan, kekuatan telepon selular dapat memancarkan suatu sinyal 3 watt.

Teknologi bluetooth saat ini telah mengglobal dan menjadi standar untuk menghubungkan berbagai device elektronik, mulai dari mobile phone, portable computer, mobil, stereo headset, sampai MP3 player dll.
Bluetooth juga memiliki konsep unik “profile”, sehingga memungkinkan produk untuk dapat bekerja tanpa menginstall driver, selain itu Bluetooth juga menyediakan layanan sekuritas built-in. Terdapat 3 mode sekuritas pada spesifikasi bluetooth, yaitu :
Mode Keamanan 1 : non-secure
Mode Keamanan 2 : service level enforce security
Mode Keamanan 3 : link level enforced security
Device security levelnya terbagi menjadi 2, yaitu : trusted device dan untrusted device, sedangkan service security levelnya terbagi menjadi 3, yaitu :
a. Service yang membutuhkan authorization dan authentication
b. Service yang hanya membutuhkan authentication
c. Service yang terbuka untuk semua device
Selain layanan sekuritas yang memadai, teknologi bluetooth relatif mudah digunakan karena Bluetooth tidak memerlukan kita untuk melakukan apapun yang khusus untuk membuatnya bekerja. Perangkat menemukan satu sama lain dan mulai membunyikan suatu percakapan tanpa masukan pengguna sama sekali. Bluetooth juga mendukung kemampuan ad hoc, yakni jaringan sederhana di mana komunikasi terjadi di antara 2 perangkat atau lebih pada cakupan area tertentu tanpa harus memerlukan sebuah access point atau server.

Teknologi bluetooth juga sangat mendukung aplikasi synchronous dan asynchronous, sehingga memudahkan untuk mengimplementasikan device-device (perangkat-perangkat) yang saling berbeda untuk berbagai macam layanan, misalnya seperti suara dan internet. Selain itu, karena sinyalnya dapat menembus benda padat dan bersifat omni-directional, maka tidak memerlukan posisi line-of-sight seperti pada inframerah.
Teknologi bluetooth menyediakan layanan komunikasi point to point maupun komunikasi point to multipoint. Selain itu, sistem bluetooth juga mendukung bridging jaringan, misalnya mobile phone yang menggunakan chip bluetooth dapat menggubungkan piconet lokal dengan jaringan GSM global.

Saat ini, lebih dari 1800 perusahaan di berbagai bidang, antara lain di bidang semiconductor manufacture, PC manufacture, mobile network carrier, perusahaan-perusahaan automobile dan airlines tergabung dalam sebuah konsorsium sebagai adopter teknologi bluetooth, beberapa di antaranya yaitu Compaq, Xircom, Philips, Sony, BMW, Puma, NEC, Casio, Toshiba, Boeing, dsb.

PERKEMBANGAN BLUETOOTH

Spesifikasi bluetooth dikembangkan pada tahun 1994 oleh Jaap Haartsen dan Sven Mattison yang bekerja pada Ericsson Mobile Platform di Lund, Swedia. Pada saat itu Ericsson mengkaji teknologi radio pengganti kabel dengan daya dan biaya rendah agar dapat digunakan pada berbagai perangkat konsumen. Selain itu juga karena kebutuhan-kebutuhan lain, antara lain jejak memori (footprint) kecil untuk digunakan pada perangkat berukuran kecil, kebutuhan untuk melakukan transmisi data dan suara jika mungkin secara bersamaan dan kemampuan untuk bekerja di seluruh dunia.
Pada tanggal 20 Mei 1998, Ericsson, Intel, IBM, Toshiba dan Nokia membentuk Bluetooth Special Interest Group (SIG). SIG merupakan representasi dari Amerika, Eropa dan Asia dari berbagai segmen industri. SIG dimulai dengan standarisasi lingkungan untuk membuat standar de facto untuk interoperable antarmuka radio dan software jarak dekat.

Bluetooth 1.0 dan 1.0B (Juli 1999)

Bluetooth versi ini memiliki banyak problem dan masih ditemukan kesulitan untuk membuat produk yang interoperable. Pada versi ini, dibutuhkan perintah manual pada Hardware Device Address (BD-ADDR) transmisi pada saat proses koneksi di antara dua device dalam satu jaringan, selain itu keamanan pengguna tidak terjamin, dan juga penggunaan protokol tanpa nama (anonymite mode) tidak dimungkinkan.

Bluetooth 1.1 dan 1.2 (Oktober 1999)

Digunakan masks pada perangkat Hardware Device Address (BD-ASSR) untuk melindungi pengguna dari identity snooping (pengintai) maupun tracker. Penggunaan protokol tanpa nama (anonymite mode) sudah tersedia namun tidak diimplementasikan, sehingga konsumen biasa tidak dapat menggunakannya. Adaptive Frequency Hopping (AFH) digunakan dalam hopping sequence untuk memperbaiki daya tahan dari gangguan frekuensi
(AFH bekerja dengan cara mendeteksi device-device yang lain yang ada dalam spektrum dan menghindari frekuensi yang digunakan oleh device-device tersebut).

Bluetooth 2.0 (10 November 2004)

Diperkenalkan Enhanced Data Rate (EDR) untuk mempercepat transfer data. Dengan EDR dimungkinkan kecepatan transmisi menjadi tiga kali lipat bahkan sampai 10 kali lipat pada kasus tertentu. Berkurangnya kompleksitas multiple simultaneous connection dengan menggunakan bandwith tambahan. Penggunaan konsumsi daya yang lebih rendah.

Bluetooth 2.1 (26 Juli 2007)

Menyediakan informasi tambahan selama prosedur inquiry untuk mengijinkan filtering device yang lebih baik sebelum koneksi dilakukan. Berkurangnya konsumsi daya ketika device berada pada mode sniff low-power. Memungkinkan kunci enkripsi untuk direfresh, sehingga memungkinkan enkripsi yang lebih baik. Selain itu juga memungkinkan pembentukan koneksi bluetooth yang aman secara otomatis ketika interface radio Near Field Communication (NFC) tersedia (NFC=Salah satu teknologi wireles yang berbasis RFID (Radio Frequency Identification) dengan kapasitas 212 kbps dengan range jarak 0-20 cm dan range frekuensi 13,56 Mhz.).


PROTOKOL-PROTOKOL BLUETOOTH

Protokol-protokol bluetooth dimaksudkan untuk mempercepat pengembangan aplikasi-aplikasi dengan menggunakan teknologi bluetooth. Gambar selengkapnya dari susunan stack protokol-protokol bluetooth dapat dilihat pada Gambar 4.1. 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.
Gambar Susunan Stack Protokol Bluetooth

Sesuai dengan tujuannya, stack protokol bluetooth dapat dibagi ke dalam 4 layer, seperti pada Tabel:


Terdapat 3 buah physical layer yang sangat penting dalam protokol arsitektur bluetooth, yaitu :
a. Bluetooth radio : merupakan lapisan terendah dari spesifikasi bluetooth. Lapisan ini mendefinisikan persyaratan yang harus dipenuhi oleh perangkat transceiver yang beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz ISM.
b. Baseband : merupakan lapisan yang memungkinkan hubungan RF terjadi antara beberapa unit bluetooth membentuk piconet. Lapisan ini melakukan prosedur pemeriksaan dan paging untuk sinkronisasi transmisi frekuensi hopping dan clock dari perangkat bluetooh yang berbeda.
c. Link Manager Protocol (LMP) : merupakan lapisan yang bertanggung jawab terhadap link set-up antar perangkat bluetooth. Hal ini termasuk aspek sekuriti seperti autentifikasi dan enkripsi dengan pembangkitan, penukaran dan pemeriksaan urutan paket dari lapis baseband.

ARSITEKTUR-RADIO
Bluetooth berkomunikasi pada frekuensi 2,4 GHz yang telah ditetapkan oleh FCC (Komisi Komunikasi Federal) sebagai band bebas lisensi untuk penggunaan alat industri, medis dan ilmiah (ISM/Industrial Scientific and Medical). Penggunaan spektrum frekuensi 2,4 GHz secara global belum diatur, namun ada beberapa persyaratan yang harus diikuti dalam penggunaannya, yaitu meliputi :
a. Spektrum dibagi menjadi 79 kanal frekuensi (walaupun beberapa negara seperti Perancis dan Spanyol hanya menyediakan 23 kanal frekuensi saja)
b. Bandwith dibatasi sampai 1 MHz per kanal (channel)
c. Penggunaan frekuensi hopping dalam metode pengiriman datanya
d. Interferensi harus dapat diatasi dan ditangani dengan baik
Penggunaan frekuensi dan kanal untuk Bluetooth terkadang berbeda untuk beberapa negara, seperti yang dapat dilihat pada Tabel dibawah ini:

Tabel diatas menunjukkan batas bawah dan batas atas pengawal frekuensi.

Cara perhitungannya adalah sebagai berikut :
Misalkan frekuensi yang digunakan adalah dari 2400-2483,5, yang berarti menggunakan 79 channel, maka: channel yang bekerja frekuensi f = 2042 + k MHz, di mana k adalah jumlah channel yang digunakan, yaitu : 0 sampai dengan 78 = 2042 +79 = 2481 MHz.
Ini kemudian ditambah dengan pengawal frekuensi yang diset pada 2 MHz sampai dengan 3,5 MHz untuk lebar pita gelombang 1 MHz, sehingga totalnya menjadi 2481 + 2,5 = 2483,5 MHz.

Kapasitas Kanal Pada 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. 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.

Karakteristik Transmitter
Karakteristik transmitter ini didasarkan pada level kekuatan konektor antena yang ada pada perangkat bluetooth. Jika perangkat tidak memiliki konektor, maka diasumsikan menggunakan acuan antena dengan 0 dBm (Rasio kekuatan dalam desibel (dB) dari kekuatan yang diukur dalam satu miliwatt (mW)).
Perangkat bluetooth diklasifikasikan menjadi 3 kelas, yang dapat dilihat pada Tabel berikut ini:


Teknologi Bluetooth menggunakan dua mode modulasi (Proses untuk menggirimkan pesan menggunakan sinyal. Ada tiga parameter yang digunakan, yaitu : amplitudo, phase dan frekuensi). Mode Mandatory yang disebut sebagai Basic Rate menggunakan modulasi FM binary untuk meminimalkan kompleksitas transceiver (merupakan perangkat yang memiliki baik transmitter maupun receiver dalam satu perangkat). Mode Optional yang disebut dengan Enhanced Data Rate menggunakan modulasi PSK (Phase Shift Keying) dan memiliki dua varian, yaitu : π/4-DQPSK dan 8DPSK. Semua skema modulasi memiliki symbol rate 1 Ms/s. Gross air data rate-nya 1 Mbps untuk Basic Rate dan 2 Mbps untuk Enhanced Data Rate menggunakan π/4-DQPSK dan 3 Mbps untuk Enhanced Data Rate menggunakan 8DPSK. Untuk transmisi full duplex (merupakan suatu jaringan atau metoda komunikasi yang bekerja dalam dua arah secara serempak atau simultan. Contohnya adalah handset telepon reguler. Sedangkan Half Duplex bekerja dalam satu arah pada waktu yang sama, contohnya : speakerphone yang memungkinkan kita mendengarkan atau berbicara, tetapi bukan kedua-duanya. Bluetooth dapat bersifat half-duplex maupun full-duplex), digunakan skema Time Division Duplex pada kedua mode.

Basic Rate
Modulasi yang digunakan dalam mode ini adalah GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) dengan bandwith-bit period product BT= 0,5. Index modulasinya berada antara 0,28 dan 0,35. Angka biner ‘1’ mewakili deviasi frekuensi positif, dan angka biner ‘0’ mewakili deviasi frekuensi negatif.


Gambar Definisi parameter GFSK

Zero crossing error adalah perbedaan waktu antara symbol period ideal dengan crossing time yang terukur, yang sebaiknya kurang dari ±1/8 symbol period.

Enhanced Data Rate
Karakteristik utama dari mode Enhanced Data Rate ini adalah bahwa skema modulasinya di dalam paket berubah. Kode akses dan header paket pada spesifikasi baseband ditransmisikan dengan basic rate 1 Mbps skema modulasi GFSK, sedangkan synchronization sequence, payload dan trailer sequence ditransmisikan menggunakan skema modulasi PSK Enhanced Data Rate dengan data rate 2 Mbps atau 3 Mbps (opsional).
Pada format modulasi PSK, transmisi 2 Mbps dapat di-encode ke dalam π/4 rotated differential quarternary phase shift keying (π/4-DQPSK). Sedangkan format modulasi PSK untuk transmisi 3 Mbps di-encode ke dalam differential 8-ary phase shift keying (8DPSK). Mapping untuk kedua transmisi ini dapat dilihat pada Tabel dibawah ini:

Tabel Mapping π/4-DQPSK


Tabel Mapping 8DPSK

Bk = binary input
φk = phase

Karakteristik Receiver

Basic Rate
a. Actual Sensitivity Level
Actual sensitivity level ini merupakan level input di mana raw bit error rate (BER) -nya adalah 0,1 %. Tingkat sensitivitas receiver harus sama atau kurang dari -70 dBm dengan transmitter bluetooth apapun.

b. Interference Performance
Interference performance pada Co-channel dan adjacent 1 MHz dan 2 Mhz diukur dengan sinyal yang diinginkan 10 dB di atas level sensivitas acuan. Untuk interference performance pada semua kanal RF lainnya, sinyal yang diinginkan 3 dB di atas level sensitivitas acuan. Jika frekuensi sinyal yang menginterferensi berada di luar band 2400-2483,5 MHz, maka diterapkan out-of-band blocking.

c. Out-of-Band Blocking
Out-of-band blocking diukur dengan sinyal yang diinginkan 3 dB di atas level sensitivitas acuan. Sinyal yang menginterferensi berbentuk sinyal gelombang kontinyu dan BER-nya ≤ 0,1 %.

d. Intermodulation Characteristic
Reference sensitivity performance, BER = 0,1 %, dengan kondisi :
1. Sinyal yang diinginkan harus berada pada frekuensi f0 dengan power level 6 dB di atas level sensitivitas acuan.
2. Sebuah sinyal gelombang sinus statis harus berada pada frekuensi f1 dengan power level -39 dBm.
3. Sinyal bluetooth yang termodulasi harus berada pada frekuensi f2 dengan power level -39 dBm.

Enhanced Data Rate

a. Actual Sensitivity Level
Actual sensitivity level didefinisikan sebagai level input dengan raw bit error rate (BER) 0,01 %. Receiver bluetooth π/4-DQPSK dan 8DPSK Enhanced Data Rate harus memiliki actual sensitvity level -70 dBm atau lebih. Receiver harus dapat mencapai level sensitivitas -70 dBm dengan transmitter Enhanced Data Rate bluetooth apapun.

b. BER Floor Performance
Receiver harus mencapai BER kurang dari 0,001 % pada 10 dB di atas level sensitivitas acuan.

c. Interference Performance
Interference performance pada Co-channel dan adjacent 1 MHz dan 2 Mhz diukur dengan sinyal yang diinginkan 10 dB di atas level sensivitas acuan. Untuk interference performance pada semua kanal RF lainnya, sinyal yang diinginkan 3 dB di atas level sensitivitas acuan. Interference performance ini hanya diterapkan jika frekuensi yang menginterferensi berada pada band 2400-2483,5 MHz.

Secara teknis, spesifikasi radio bluetooth dapat dirangkum seperti dalam Tabel berikut ini.

Tabel Spesifikasi Radio Bluetooth


ARSITEKTUR- BASEBAND

Deskripsi Umum
Sistem bluetooth menyediakan koneksi point-to-point atau koneksi point-to-multipoint. Pada koneksi point-to-point, physical channel dipakai bersama oleh dua perangkat bluetooth. Sedangkan pada koneksi point-to-multipoint, physical channel dipakai bersama oleh beberapa perangkat bluetooth. Dua atau lebih perangkat yang memakai physical channel yang sama (profile bluetooth yang sama) membentuk sebuah piconet. Pada sebuah piconet, satu device berperan sebagai master dan device lainnya berperan sebagai slave. Sebuah piconet dapat menampung sampai tujuh buah slave. Slave-slave lainnya dapat tetap terkoneksi dengan status parked.
Slave yang berstatus parked ini tidak aktif di dalam kanal, tetapi tetap tersinkronisasi dengan master dan dapat menjadi aktif tanpa perlu menjalankan prosedur pengadaan koneksi. Baik untuk slave dengan status aktif maupun parked, access channel-nya dikontrol oleh master.
Piconet yang memiliki device bersama disebut dengan scatternet. Setiap piconet hanya memiliki master tunggal, akan tetapi, slave dapat tergabung dalam piconet yang berbeda pada time-divison multiplex basis. Sebuah master pada piconet juga dapat menjadi slave pada piconet lainnya. Masing-masing piconet memiliki urutan hopping sendiri-sendiri. Gambar selengkapnya dapat dilihat pada Gambar berikut:

Gambar (a)Piconet dengan operasi slave tunggal, (b) operasi multi-slave, dan (c) operasi scatternet.

Pada dasarnya terdapat tiga macam koneksi (formasi piconet), yaitu :
Data-only : master dapat mengadakan koneksi sampai dengan 7 buah slave.
Voice-only : master hanya dapat mengadakan koneksi dengan maksimal 3 buah slave.
Data and voice : hanya bisa berlangsung pada dua buah device pada suatu waktu.

a. Paket

Basic Rate
Format paket data Basic Rate secara umum ditunjukkan pada Gambar 6.2. Tiap-tiap paket data terdiri atas 3 entity, yaitu : access code, header, dan payload.


Gambar Format Paket Basic Rate Secara Umum.

Access code terdiri atas 72 atau 68 bit dan header terdiri atas 54 bit. Sedangkan payload berkisar dari nol sampai maksimum 2745 bit.
Enhanced Data Rate
Format paket secara umum Enhanced Data Rate secara umum dapat dilihat pada Gambar dibawah ini. Access code dan header paket berada pada format dan modulasi yang sama dengan paket Basic Rate. Paket Enhanced Data Rate memiliki guard time dan urutan sinkronisasi yang berada di belakang header paket.


Gambar Format Paket Enhanced Data Rate Secara Umum.

b. Bluetooth Clock
Setiap perangkat bluetooth memiliki sebuah native clock yang diperoleh dari free running system clock. Untuk melakukan sinkronisasi dengan perangkat lainnya, offset menggunakan native clock ini dan menyediakan clock bluetooth temporer yang tersinkronisasi satu sama lain. Clock bluetooth tidak ada hubungan dengan waktu atau hari sama sekali. Clock ini memiliki cycle kira-kira satu hari. Jika clock diimplementasikan dengan counter (penghitung), maka dibutuhkan counter 28-bit yang mencakup 228-1. Least Significant Bit (LSB) berdetik tiap 312,5 µs sehingga clock rate-nya 3,2 kHz.
Clock ini menentukan periode kritis dan peristiwa trigger pada device. Terdapat empat buah periode yang penting pada sistem Bluetooth, yaitu 312,5 µs (CLK0), 625 µs(CLK1), 1,25 µs(CLK2), dan 1,28 µs(CLK12).
Pada beberapa mode dan state, terdapat beberapa macam tampilan clock, yaitu : CLKN (native clock), CLKE (estimated clock) dan CLK (master clock).


Gambar Clock Bluetooth

c. Bluetooth Device Addressing
Setiap perangkat bluetooth memiliki alamat 48-bit unik (BD_ADDR). Alamat ini diperoleh dari IEEE Registration Authority yang terbagi menjadi 3 field, yaitu :
• Field LAP : lower address part yang terdiri atas 24 bit
• Field UAP : upper address part yang terdiri atas 8 bit
• Field NAP : non-significant address part yang terdiri atas 16 bit
LAP dan UAP membentuk significant part dari BD_ADDR.


Gambar Contoh Format BD_ADDR.

d. Access Codes
Pada sistem bluetooth, semua transmisi dalam channel fisik dimulai dengan sebuah access code. Terdapat 3 buah access code, yaitu :
• Device Access Code (DAC) : digunakan untuk signaling, seperti paging dan respon terhadap paging.
• Channel Access Code (CAC) : mengidentifikasikan sebuah piconet, kode ini digunakan dengan semua traffic exchanged pada sebuah piconet.
• Inquiry Access Code (IAC) :
General Inquiry Access Code (GIAC), umum untuk semua device bluetooth.
Dedicated Inquiry Access Code (DIAC), umum untuk sebuah kelas dari device bluetooh.
Semua access code ini diperoleh dari alamat device LAP atau inquiry address. Device access code digunakan selama substate ‘page’, ‘page scan’ dan ‘page response’ dan diperoleh dari BD_ADDR device yang ter-page. Channel access code digunakan pada state ‘connection’ dan membentuk awal pertukaran semua paket pada channel fisik piconet. CAC diperoleh dari LAP BD_ADDR master. Sedangkan IAC digunakan pada substate ‘inquiry’.
Access code juga menyatakan kepada receiver kedatangan sebuah paket. Access code ini digunakan untuk sinkronisasi timing dan penggantian offset.

Bluetooth Generic Data Transport Architecture

Sistem transport data bluetooth mengikuti arsitektur layer, seperti yang dapat dilihat pada Gambar dibawah ini:


Gambar Bluetooth Generic Data Transport Architecture.

Physical Channel
Seluruh channel fisik bluetooth ditentukan oleh kombinasi pseudo-random frequency hopping sequence, slot timing transmisi, access code dan encoding header paket. Aspek-aspek ini bersamaan dengan level kelas bluetooth menentukan channel fisik.
Dua buah perangkat yang ingin berkomunikasi menggunakan channel fisik bersama. Untuk dapat melakukan ini, transceiver harus diset pada frekuensi RF yang sama dan device ini harus berada dalam range yang dapat dijangkau satu sama lain. Jika dimisalkan jumlah carrier RF terbatas dan banyak perangkat bluetooth yang beroperasi secara independen dalam spasial dan area temporal yang sama, maka dapat menyebabkan channel fisik mengalami bentrok. Untuk menghindari hal ini, maka setiap transmisi pada channel fisik dimulai dengan access code. Channel access code ini merupakan milik channel fisik yang selalu ada pada awal tiap paket yang ditransmisikan.
Untuk bluetooth terdapat empat channel fisik yang didefinisikan. Masing-masing dengan dioptimalkan untuk tujuan yang berbeda. Basic piconet channel dan adapted piconet channel digunakan untuk komunikasi antara device yang saling terhubung dan piconet tertentu. Sedangkan channel fisik lainnya digunakan untuk menemukan (inquiry scan channel) dan menghubungkan (page scan channel) perangkat bluetooth.
Sebuah perangkat bluetooth hanya dapat menggunakan salah satu channel fisik ini pada suatu waktu. Untuk mendukung banyak operasi secara bersamaan, maka device menggunakan time-division multiplexing di antara channel.

Physical Channel Definition
Channel fisik dirumuskan oleh pseudo-random RF channel hopping sequence, paket (slot) timing dan sebuah access code. Hopping sequence ditentukan oleh UAP dan LAP dari alamat device bluetooth dan hopping sequence yang dipilih. Fase pada hopping sequence ditentukan oleh clock bluetooth. Seluruh channel fisik dibagi menjadi time slot dengan panjang yang berbeda tergantung pada channel fisik. Dalam channel fisik, setiap penerimaan atau transmisi diatur menggunakan time slot. Setiap peristiwa penerimaan dan transmisi, channel RF dipilih menggunakan hop selection kernel. Hop rate maksimal adalah 1600 hops/s pada state ‘connection’ dan 3200 hops/s pada substate ’inquiry’ dan ‘page’.

Basic Piconet Physical Channel
Selama state ‘connection’ secara default digunakan basic piconet physical channel. Channel ini didefinisikan oleh master dalam piconet. Master mengontrol lalu lintas yang ada pada channel fisik piconet dengan menggunakan polling scheme. Master merupakan device yang menginisiasi sebuah koneksi secara paging.

Hopping Characteristic
Basic piconet physical channel digambarkan dengan pseudo-random hopping pada seluruh kanal 79 RF. Frequency hopping pada channel fisik piconet ditentukan oleh clock bluetooth dan BD_ADDR master. Setiap slave menambahkan sebuah offset pada native clock untuk melakukan sinskronisasi dengan clock master. Karena clock bersifat independen, maka offset-offset ini harus di-update secara teratur.

Time Slots
Basic piconet physical channel dibagi menjadi beberapa time slot, masing masing memiliki panjang 625 µs. Time slot dinomori berdasarkan 27 bit paling signifikan dari clock bluetooth CLK28-1 pada master piconet. Penomoran slot berada pada range 0 sampai 227-1 dan memiliki siklus dengan panjang siklus 227. Nomor time slot dinotasikan dengan k.
Skema TTD (Time-Division Duplex) digunakan master dan slave selama melakukan transmisi secara bergantian, seperti pada Gambar 6.7. Awal paket berada pada awal slot, dengan paket dapat mencapai lima slot. Master hanya memulai melakukan pentransmisiannya pada nomor time slot genap saja sedangkan slave hanya memulai melakukan pentransmisiannya pada nomor time slot ganjil saja.


Gambar Paket Multi-Slot.

Piconet Clock
CLK merupakan clock master pada piconet yang digunakan untuk semua timing dan penjadwalan aktivitas pada piconet. Semua device harus menggunakan CLK untuk mengatur transmisi dan penerimaan. CLK diperoleh dari native clock CLKN dengan menambahkan offset. Offset ini dapat nol untuk master jika CLK identik dengan native clock CLKN-nya. Setiap slave harus menambahkan offset pada CLKN-nya sehingga CLK sesuai dengan CLKN master. Offset yang ada pada slave harus secara teratur diupdate.


Gambar Derivasi CLK pada master (a) dan pada slave (b).

Adapted Piconet Physical Channel

Hopping Characteristic
Adapted piconet physical channel menggunakan paling sedikit N¬min channel RF (di mana Nmin=20). Channel ini dapat digunakan untuk menghubungkan device yang adaptive frequency hopping (AFH)-nya enabled. Adapted piconet physical channel dapat menggunakan frekuensi kurang dari 79 frekuensi yang digunakan penuh pada basic piconet physical channel.

Page Scan Physical Channel
Master didefinisikan sebagai paging device (yang menjadi master pada state ‘connection’) dan slave didefinisikan sebagai page scanning device (yang menjadi slave pada state ’connection’).

Clock Estimate For Paging
Paging device menggunakan perkiraan (estimate) dari native clock yang ada pada page scanning device CLKE. Sebagai contoh adalah sebuah offset harus ditambahkan pada CLKN pager untuk memperkirakan CLKN penerima, seperti pada Gambar dibawah ini:


Gambar Derivasi CLKE.

Hopping Characteristic
Page scan physical channel memiliki pola hopping yang lebih lambat dibandingkan dengan basic piconet physical channel dan merupakan short pseudo-random hopping sequence pada channel RF. Timing dari page scan ditentukan oleh native clock bluetooh scanning device. Sedangkan frequency hopping sequence-nya ditentukan oleh bluetooth address pada scanning device.

Inquiry Scan Physical Channel
Master didefinisikan sebagai inquiring device dan slave didefinisikan sebagai inquiry scanning device. Clock yang digunakan untuk inquiry dan inquiry scan merupakan native clock device.

Hopping Characteristic
Inquiry scan channel memiliki pola hopping yang lebih lambat dibandingkan dengan piconet physical channel dan merupakan short pseudo-random hopping sequence pada channel RF. Timing dari inquiry channel scan ditentukan oleh native bluetooth clock pada scanning device dan frequency hopping sequence ditentukan oleh general inquiry access code.

Physical Links
Sebuah physical link mewakili koneksi baseband antara device. Physical link selalu terhubung dengan hanya satu physical channel dan memiliki properti bersama yang diaplikasikan pada semua logical transport pada physical link. Properti-properti itu adalah :
a. Power Control
b. Link Supervison dan Link Manager Protocol
c. Encryption dan Link Manager Protocol
d. Channel quality-driven data rate change
e. Multi-slot packet control.

Packet

Access Code
Setiap paket dimulai dengan sebuah access code yang diturunkan dari id perangkat master. Jika diikuti oleh paket header, panjangnya 72 bit, jika tidak maka panjangnya 68 bit (shortened access code). Shortened access code tidak mengandung trailer dan digunakan pada ‘paging’, ‘inquiry’ dan ‘park’. Access code digunakan untuk sinkronisasi, penggantian offset dan identifikasi. Access code menidentifikasi semua pertukaran paket pada physical channel, semua paket yang dikirim pada physical channel yang sama dimulai dengan access code yang sama. Sebuah access code terdiri atas preamble, sync word, dan trailer (bisa ada bisa tidak).


Gambar Format Access Code.

Packet Header

Header paket terdiri atas 6 field, yaitu :
• LT_ADDR : 3 bit logical transport address
• TYPE : 4 bit type code, menunjukkan bermacam-macam tipe paket dan panjangnya.
• FLOW : 1 bit flow control
• ARQN : 1 bit acknowledge indication
• SEQN : 1 bit sequence number
• HEC : 8 bit header error check, jika error ditemukan, keseluruhan paket dibuang.

Total header termasuk HEC terdiri atas 18 bit yang di-encode dengan rate 1/3 FEC menghasilkan 54-bit header.


Gambar Format Header.

Payload Format
Pada payload, terdapat dua field, yaitu synchronous data field dan asynchronous data field. Paket ACL (Asynchronous Connection Less) hanya memiliki asynchronous data field, paket SCO (Synchronous Connection-Oriented) dan eSCO (Extended Sysnchronous Connection-Oriented) hanya memiliki synchronous data field, dan paket DV (data-voice) memiliki kedua data field ini.

Bitstream Processing
Sebelum sebuah payload dikirimkan, dilakukan beberapa manipulasi bit pada transmitter untuk meningkatkan realibilitas dan sekuritas. Sebuah HEC (Header Error Check) ditambahkan pada header paket, bit header diacak dengan whitening word dan dilakukan FEC coding. Pada receiver, dilakukan proses yang sebaliknya.


Gambar Header Bit Processes.

Pada payload dapat dilakukan proses enkripsi. Pada payload, proses whitening dan de-whitening harus dilakukan, sedangkan proses yang lain merupakan opsional dan tergantung pada jenis paket.


Gambar Payload Bit Processes.

KETENTUAN TENTANG PERSYARATAN TEKNIS BLUETOOTH UNTUK WILAYAH INDONESIA

Untuk wilayah Indonesia berdasarkan Keputusan Direktur Jenderal Pos dan Telekomunikasi Nomor: 09/DIRJEN/2004 tentang Persyaratan Teknis Bluetooth, ditentukan sebagai berikut :

a. Alokasi frekuensi untuk perangkat bluetooth adalah 2,4 – 2,4835 GHz

b. Output Power


c. Spread spectrum yang diperbolehkan adalah Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) atau Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

d. Effectife radiated power ≤ -10 dBW (100 mW) eirp.

e. Karakteristik Modulasi :
• Modulasi = Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK)
• Indeks Modulasi = 0.32 ± 1%
• BT = 0.5 ± 1%
• Bit Rate = 1 Mbps ± 1 ppm
• Modulasi data = PRBS9
• Frequency accuracy = ± 1 ppm

f. Spurious emissions mengacu pada ETSI 300 328.

Keterangan :
ac : alternating current
dBW : deciBel Watt
dBm : deciBel miliwatt
DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum
eirp : equivalent isotropically radiated power
FHSS : Frequency Hopping Spread Spectrum
GFSK : Gaussian Frequency Shift Keying
ISM : Industrial, Scientific and Medical
ITE : Information Technology Equipment
RF : Radio Frequency
Rx : Receiver
Tx : Transmitter

BERBAGAI PERANGKAT BLUETOOTH

Mobile Phone Headset Dengan Teknologi Bluetooth


Gambar Komponen Headset Nokia BH-208


Gambar USB Dongle


Gambar Internal Notebook Bluetooth Card (14x36x4 mm)


Gambar Sigma Bluetooth Kit




Gambar 0.18-µm CMOS Bluetooth Analog Receiver Dengan Sensitivitas 88-dBm


Gambar A 1-V 10-mW Monolithic Bluetooth Receiver pada 0.35-µm CMOS Process


Gambar Wireless Keyboard



Gambar Implementasi Bluetooth pada Kendaraan


Gambar clear sky bluetooth voip conference

THE FUTURE OF BLUETOOTH

Bluetooth 3.0

Merupakan versi selanjutnya seteleh versi 2.1, code-name Seattle. Mengadopsi teknologi radio Ultra-Wideband (UWB), sehingga memungkinkan transfer data hingga 480 Mbit/s dengan mengkonsumsi daya yang rendah. Memungkinkan aplikasi high-quality video dan audio untuk portable device, multimedia projector dan wireless VOIP.

Wibree

Wibree merupakan teknologi wireless yang mengadaptasi teknologi standar bluetooth dengan konsumsi daya yang rendah. Wibree didesain untuk bekerja side-by-side dan melengkapi teknologi bluetooth. Wibree juga beroperasi pada 2,4 GHz band ISM dengan physical layer bit rate 1 Mbit/s dengan range 10 m (30 feet). Teknologi ini juga dikenal dengan nama Ultra Low Power (ULP) Bluetooth atau Bluetooth Low Enegy Wireless Technology. Wibree didesain untuk mentransmisikan jumlah data yang kecil di mana ukuran dan biaya menjadi prioritas utama. Hal ini dikarenakan banyak aplikasi yang tidak efektif (dari sudut biaya) dengan menggunakan teknologi bluetooth, misalnya perangkat olahraga dan kesehatan, remote control dan sensor game, peralatan pencatat kesehatan (sensor medis), dsb.


Gambar Stack Protokol Teknologi Wibree

Terdapat dua buah implementasi wibree, yaitu yang berbasis wibree stand alone chip dan yang berbasis Wibree-Bluetooth dual-mode chip. Wibree stand alone chip akan diimplementasikan pada device berukuran kecil misalnya mouse, keyboard, sensor dan mainan. Sedangkan Wibree-Bluetooth dual-mode chip mungkin akan diimplementasikan pada mobile phone masa depan.


Video:




REFERENSI
[1] www.wikipedia.org
[2] www.bluetooth.com
[3] http://www.bluetooth.com/NR/rdonlyres/F8E8276A-3898-4EC6-B7DA-E5535258B056/6545/Core_V21__EDR.zip
[4] http://fportfolio.petra.ac.id/user_files/03-023/Bluetooth.pdf
[5] http://skbs.files.wordpress.com/2008/01/bluetooth.pdf
[6]http://www.postel.go.id/content/ID/regulasi%5Cstandardisasi%5Ckepdir%5Ckepdirjen-bluetooth-final-04.pdf
[7]http://dosen.amikom.ac.id/downloads/artikel/Teknologi%20Bluetooth%20dan%20Implikasinya.pdf
[8] http://www.imec.be/esscirc/essderc-esscirc-2003/papers/all/379.pdf
[9] http://www.palowireless.com/database/docs/BT-devkits.pdf
[10] http://cc.ee.ntu.edu.tw/~sslu/course/RFIC_2005/PDF_data/RF.pdf
[11] http://subari.blogspot.com/2008/02/wibree-teknologi-bluetooth-yang-hemat.html

GLOSARRY
o Ad Hoc Network : Sebuah jaringan yang secara khusus terbentuk secara spontan. Ad Hoc Network tidak membutuhkan infrastruktur formal dan terikat pada jangkauan spasial dan waktu.
o Bluetooth : Bluetooth merupakan link komunikasi wireless, beroperasi pada 2,4 GHz ISM band menggunakan sebuah frequency hopping transciever. Bluetooth mengijinkan komunikasi data dan suara secara real-time antara host-host bluetooth. Link protocolnya berdasarkan time slot.
o Bluetooth Baseband : Bagian dari sistem bluetooth yang menentukan atau mengimplementasikan prosedur (cara) medium access dan physical layer untuk mendukung pertukaran data voice secara real-time, data information streams, dan ad hoc networking antara device bluetooth.
o Bluetooth Clock : A 28 bit clock internal to a Bluetooth controller sub-system that ticks every 312.5μs. Nilai clock ini menentukan penomoran slot dan timing pada physical channel.
o Bluetooth Device : merupakan device yang mampu untuk berkomunikasi jangka pendek secara wireless menggunakan sistem bluetooth.
o Bluetooth Device Address : 48 bit address yang digunakan untuk mengidentifikasi tiap perangkat bluetooth.
o BD_ADDR : Bluetooth Device Address.
o Connected devices : dua perangkat bluetooth pada piconet yang sama dengan physical link di antara perangkat tersebut.
o Connecting : A phase in the communication between devices when a connection between them is being established. (Connecting phase follows after the link establishment phase is completed.)
o Device discovery : A procedure for retrieving the Bluetooth device address, clock, class-of-device field and used page scan mode from discoverable devices.
o Inquiring device : A Bluetooth device that is carrying out the inquiry procedure.
o Inquiry : A procedure where a Bluetooth device transmits inquiry messages and listens for responses in order to discover the other Bluetooth devices that are within the coverage area.
o Inquiry scan : A procedure where a Bluetooth device listens for inquiry messages received on its inquiry scan physical channel.
o Interoperability : The ability of two or more systems or components to exchange information and to use the information that has been exchanged.
o Isochronous data : Information in a stream where each information entity in the stream is bound by a time relationship to previous and successive entities.
o Link : Shorthand for a logical link.
o Logical link : The lowest architectural level used to offer independent data transport services to clients of the Bluetooth system.
o Packet : Format of aggregated bits that are transmitted on a physical channel.
o Page : The initial phase of the connection procedure where a device transmits a train of page messages until a response is received from the target device or a timeout occurs.
o Page scan : A procedure where a device listens for page messages received on its page scan physical channel.
o Paging device : A Bluetooth device that is carrying out the page procedure.
o Parked device : A device operating in a basic mode piconet that is synchronized to the master but has given up its default ACL logical transport.
o Physical Channel : Characterized by synchronized occupancy of a sequence of RF carriers by one or more devices. A number of physical channel types exist with characteristics defined for their different purposes.
o Physical Link : A Baseband-level connection between two devices established using paging.
o Piconet : A collection of devices occupying a shared physical channel where one of the devices is the Piconet Master and the remaining devices are connected to it.
o Piconet Physical Channel : A Channel that is divided into time slots in which each slot is related to an RF hop frequency. Consecutive hops normally correspond to different RF hop frequencies and occur at a standard hop rate of 1600 hops/s. These consecutive hops follow a pseudo-random hopping sequence, hopping through a 79 RF channel set, or optionally fewer channels when Adaptive Frequency Hopping (AFH) is in use.
o Piconet Master : The device in a piconet whose Bluetooth Clock and Bluetooth Device Address are used to define the piconet physical channel characteristics.
o Piconet Slave : Any device in a piconet that is not the Piconet Master, but is connected to the Piconet Master.
o PMP : A Participant in Multiple Piconets. A device that is concurrently a member of more than one piconet, which it achieves using time division multiplexing (TDM) to interleave its activity on each piconet physical channel.
o Scatternet : Two or more piconets that include one or more devices acting as PMPs.

http://subari.blogspot.com
--------------------------
Vina Oktaviani

...