BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC KĨ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ BLUETOOTH GIẢNG VIÊN GIẢNG DẠY Ths. Mai Văn Hà SINH VIÊN THỰC HIỆN Đà Nẵng, 11/2021 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu cầu về trao đổi thông tin, giải trí, nhu cầu về điều khiển thiết bị từ xa, … ngày càng cao. Và những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng tốt nhu cầu này, nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiện vận chuyển, … Vì thế công nghệ không dây đã ra đời và đang phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con người trong đời sống hằng ngày. Kỹ thuật không dây phục vụ rất nhiều nhu cầu khác nhau của con người, từ nhu cầu làm việc, học tập đến các nhu cầu giải trí như chơi game, xem phim, nghe nhạc, … Với các nhu cầu đa dạng và phức tạp đó, kỹ thuật không dây đã đưa ra nhiều chuẩn với các đặc điểm kỹ thuật khác nhau để có thể phù hợp với từng nhu cầu, mục đích và khả năng của người sử dụng như IrDA, WLAN với chuẩn 802.11, ZigBee, … Mỗi chuẩn kỹ thuật đều có những ưu, khuyết điểm riêng của nó, và Bluetooth đang dần nổi lên là kỹ thuật không dây tầm ngắn có nhiều ưu điểm thuận lợi cho những thiết bị di động. Với một tổ chức nghiên cứu đông đảo, hiện đại và số lượng nhà sản xuất hỗ trợ kỹ thuật Bluetooth vào sản phẩm của họ ngày càng tăng, Bluetooth đang dần lan rộng ra khắp thế giới, xâm nhập vào mọi lĩnh vực của thiết bị điện tử và trong tương lai mọi thiết bị điện tử đều có thể được hỗ trợ kỹ thuật này. Trong đề tài này, chúng em tìm hiểu về kỹ thuật không dây Bluetooth. Các nội dung chính của đề tài bao gồm: ● Tìm hiểu tổng quan về Bluetooth: khái niệm về Bluetooth và lịch sử ra đời ● Tìm hiểu về kỹ thuật Bluetooth: kiến trúc Bluetooth, các gói tin, cơ chế truyền tin và cơ chế sửa lỗi, các tầng giao thức... ● Tìm hiểu vấn đề bảo mật, virus và các cách tấn công vào điện thoại di động thông qua Bluetooth.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC KĨ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ BLUETOOTH GIẢNG VIÊN GIẢNG DẠY Ths Mai Văn Hà SINH VIÊN THỰC HIỆN Đà Nẵng, 11/2021 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày đại nên nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí, nhu cầu điều khiển thiết bị từ xa, … ngày cao Và hệ thống dây cáp phức tạp lại đáp ứng tốt nhu cầu này, khu vực chật hẹp, nơi xa xôi, phương tiện vận chuyển, … Vì cơng nghệ khơng dây đời phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều thuận lợi cho người đời sống ngày Kỹ thuật không dây phục vụ nhiều nhu cầu khác người, từ nhu cầu làm việc, học tập đến nhu cầu giải trí chơi game, xem phim, nghe nhạc, … Với nhu cầu đa dạng phức tạp đó, kỹ thuật khơng dây đưa nhiều chuẩn với đặc điểm kỹ thuật khác để phù hợp với nhu cầu, mục đích khả người sử dụng IrDA, WLAN với chuẩn 802.11, ZigBee, … Mỗi chuẩn kỹ thuật có ưu, khuyết điểm riêng nó, Bluetooth dần lên kỹ thuật khơng dây tầm ngắn có nhiều ưu điểm thuận lợi cho thiết bị di động Với tổ chức nghiên cứu đông đảo, đại số lượng nhà sản xuất hỗ trợ kỹ thuật Bluetooth vào sản phẩm họ ngày tăng, Bluetooth dần lan rộng khắp giới, xâm nhập vào lĩnh vực thiết bị điện tử tương lai thiết bị điện tử hỗ trợ kỹ thuật Trong đề tài này, chúng em tìm hiểu kỹ thuật khơng dây Bluetooth Các nội dung đề tài bao gồm: ● Tìm hiểu tổng quan Bluetooth: khái niệm Bluetooth lịch sử đời ● Tìm hiểu kỹ thuật Bluetooth: kiến trúc Bluetooth, gói tin, chế truyền tin chế sửa lỗi, tầng giao thức ● Tìm hiểu vấn đề bảo mật, virus cách công vào điện thoại di động thông qua Bluetooth MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Giới thiệu tổng quan Bluetooth 1.1 Khái niệm Bluetooth 1.2 Lịch sử hình thành phát triển Bluetooth 1.2.1 Lịch sử tên Bluetooth 1.2.2 Hình thành phát triển Bluetooth 1.3 Các đặc điểm Bluetooth 10 1.4 Ứng dụng Bluetooth 10 1.4.1 Thiết bị thông minh 10 1.4.2 Thiết bị truyền 11 1.4.3 Thiết bị truyền liệu 12 1.4.4 Các ứng dụng nhúng 13 1.4.5 Một số ứng dụng khác 15 Kỹ thuật Bluetooth 16 2.1 Các khái niệm dùng công nghệ Bluetooth 16 2.1.1 Master Unit 16 2.1.2 Slaver Unit 16 2.1.3 Piconet 17 2.1.4 Scatternet 19 2.1.5 Kết nối theo kiểu Ad-Hoc 20 2.1.6 Định nghĩa liên kết vật lý Bluetooth 21 2.1.7 Trạng thái thiết bị Bluetooth 21 2.1.8 Các chế độ kết nối 21 2.2 Địa thiết bị 22 2.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần công nghệ Bluetooth 22 2.3.1 Khái niệm trải phổ công nghệ không dây 22 2.3.2 Kỹ thuật nhảy tần số công nghệ Bluetooth 23 2.4 Cách thức hoạt động Bluetooth 26 2.4.1 Cơ chế truyền sửa lỗi 26 2.4.2 Quá trình hình thành Piconet 27 2.4.3 Quá trình hình thành Scatternet 29 2.5 Các tầng giao thức Bluetooth 30 2.5.1 Bluetooth Radio 32 2.5.2 Baseband 33 2.5.3 Link Manager Protocol 34 2.5.4 Host Controller Interface 34 2.5.4.1 Những thành phần chức HCI 34 2.5.4.2 Các lệnh HCI 36 2.5.4.3 Các kiện, mã lỗi, luồng liệu HCI 36 2.5.4.4 Host Controller Transport Layer 36 2.5.5 Logical link control and adaptation protocol(L2CAP) 36 2.5.5.1 Những yêu cầu chức L2CAP 37 2.5.5.2 Những đặc điểm khác L2CAP 37 2.5.6 RFCOMM Protocol 37 2.5.7 Service Discovery Protocol 38 2.5.7.1 Thiết lập giao thức SDP 38 2.5.7.2 Các dịch vụ SDP 39 2.5.7.3 Tìm kiếm dịch vụ 39 2.5.7.3.1 Tìm kiếm dịch vụ cụ thể(Searching for Service) 40 2.5.7.3.2 Duyệt dịch vụ(Browsing for service) 40 2.5.7.3.3 Data element 40 Vấn đề an toàn bảo mật Bluetooth 40 3.1 Sơ lược vấn đề bảo mật chuẩn không dây 40 3.1.1 Sơ lược chuẩn bảo mật mạng không dây 802.11 40 3.1.2 Chuẩn bảo mật WEP IEEE 802.11 40 3.1.3 Những vấn đề nảy sinh an ninh mạng không dây 42 3.2 Quy trình bảo mật Bluetooth 44 3.2.1 An toàn bảo mật Bluetooth 44 3.2.2 Hacking 49 3.2.3 Virus 50 3.3 Các giải pháp an tồn bảo mật sử dụng cơng nghệ Bluetooth 50 3.3.1 Những mẹo an toàn cho thiết bị Bluetooth 50 3.3.2 Phòng chống virus điện thoại di động 51 Các ưu, nhược điểm Bluetooth tương lai Bluetooth 51 4.1 Ưu điểm 51 4.2 Nhược điểm 52 4.3 Tầm ứng dụng tương lai Bluetooth 52 4.3.1 Các phiên kỹ thuật Bluetooth 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nokia 6600 11 Hình 1.2 Palm Tungsten 11 Hình 1.3 Tai nghe Bluetooth 11 Hình 1.4 Thiết bị truyền liệu 12 Hình 1.5 USB Bluetooth 12 Hình 1.6 Máy ảnh điều khiển điện thoại di động 13 Hình 1.7 Màn hình hiển thị theo giao diện dành cho điện thoại 14 Hình 1.8 Bluetooth Car Kit 14 Hình 1.9 Máy chụp hình kỹ thuật số có hỗ trợ Bluetooth để truyền hình ảnh .15 Hình 1.10 Đồ chơi điều khiển điện thoại di động 15 Hình 1.11 Đồng hồ có hỗ trợ Bluetooth để nghe nhạc mp3 16 Hình Một Piconet thực tế 17 Hình 2 Piconet gồm Slave 18 Hình Piconet gồm Slave 18 Hình Một Scatternet gồm Piconet 19 Hình Sự hình thành scatternet theo cách 20 Hình Sự hình thành Scatternet theo cách 20 Hình Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số 23 Hình Các Packet truyền tần số khác 24 Hình Các packet truyền khe thời gian 24 Hình 10 Cấu trúc gói tin Bluetooth 25 Hình 11 Access code 25 Hình 12 Cấu tạo packet 26 Hình 13 Mơ hình Piconet 27 Hình 14 Quá trình truy vấn tạo kết nối 28 Hình 15 Truy vấn tạo kết nối thiết bị thực tế 29 Hình 16 Minh hoạ Scatternet 30 Hình 17 Bluetooth Protocol Stack 31 Hình 18 Các tầng giao thức Bluetooth 32 Hình 19 Frequency hopping 33 Hình 20 Host Controller Interface 34 Hình 21 Host controller transport layer 35 Hình Hai phương pháp truy cập mạng WLAN 41 Hình Khố WEP tĩnh chia sẻ cho AP Client mạng 41 Hình 3 Mạng WLAN thiết bị xâm nhập 42 Hình Card mạng với khố mã WEP bên 43 Hình Các Rogue AP cơng mạng cách giả danh AP 43 Hình Quá trình thiết lập kênh truyền 46 Hình Tiến trình xác thực Bluetooth 47 Hình Sơ đồ tiến trình mã hóa 48 Hình Sơ đồ tiến trình phân quyền 49 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 - - - - Giới thiệu tổng quan Bluetooth Khái niệm Bluetooth Bluetooth công nghệ không dây cho phép thiết bị điện, điện tử giao tiếp với khoảng cách ngắn, sóng vơ tuyến qua băng tần chung ISM(Industrial, Scientific, Medical) dãy tầng 2.40 - 2.48 GHz Đây dải băng tần không cần đăng ký dành riêng để dùng cho thiết bị không dây công nghiệp, khoa học, y tế Bluetooth thiết kế nhằm mục đích thay dây cáp máy tính thiết bị truyền thông nhân, kết nối vô tuyến thiết bị điện tử lại với cách thuận lợi với giá thành rẻ Khi kích hoạt, Bluetooth tự động định vị thiết bị khác có chung cơng nghệ vùng xung quanh bắt đầu kết nối với chúng Nó định hướng sử dụng cho việc truyền liệu lẫn tiếng nói Lịch sử hình thành phát triển Bluetooth Lịch sử tên Bluetooth Bluetooth tên nhà vua Đan Mạch - Harald I Bluetooth(Danish Harald Blatand)(910 - 985) Harald Bluetooth hợp Đan Mạch Norway Ngày Bluetooth biểu tượng thống Computer Telecom, cơng nghệ máy tính cơng nghệ truyền thơng đa phương tiện Hình thành phát triển Bluetooth Năm 1994, lần hãng Ericsson đưa đề án nhằm hợp liên lạc loại thiết bị điện tử khác mà không cần phải dùng đến sợi cáp nối cồng kềnh, phức tạp Đây thực chất mạng vô tuyến không dây cự ly ngắn dùng vi mạch cỡ 9mm chuyển tín hiệu sóng vô tuyến điều khiển thay cho sợi dây cáp điều khiển rối rắm Năm 1998, công ty lớn giới gồm Ericsson, Nokia, IBM, Intel Toshiba liên kết, hợp tác thiết kế triển khai phát triển chuẩn công nghệ kết nối không dây mang tên Bluetooth nhằm kết nối thiết bị vi điện tử lại với dùng sóng vơ tuyến Đến ngày 20-5-1998, nhóm nghiên cứu Special Interest Group - SIG thức thành lập với mục đích phát triển công nghệ Bluetooth thị trường viễn thông Bất kỳ cơng ty có kế hoạch sử dụng cơng nghệ Bluetooth tham gia vào Tháng 7-1999, chuyên gia SIG đưa thuyết minh kỹ thuật Bluetooth phiên 1.0 - Năm 2000, SIG bổ sung thêm thành viên 3Com, Lucent Technologies, Microsoft Motorola Công nghệ Bluetooth cấp dấu chứng nhận kỹ thuật lần mắt - Năm 2001, Bluetooth 1.1 đời với Bluetooth software development kitXTNDAccess Blue SDK, đánh dấu bước phát triển chưa có công nghệ Bluetooth nhiều lĩnh vực khác với quan tâm nhiều nhà sản xuất Bluetooth bình chọn cơng nghệ vơ tuyến tốt năm - Tháng 7-2002, Bluetooth SIG thiết lập quan đầu não toàn cầu Overland Park, Kansas, USA Năm 2002 đánh dấu đời hệ máy tính Apple hỗ trợ Bluetooth Sau khơng lâu Bluetooth thiết lập máy Macintosh với hệ điều hành MACOXS Bluetooth cho phép chia sẻ tập tin máy MAC, đồng hoá chia sẻ thông tin liên lạc máy Palm, truy cập internet thơng qua điện thoại di động có hỗ trợ Bluetooth(Nokia, Ericsson, Motorola…) - Tháng 5-2003, CSR (Cambridge Silicon Radio) cho đời chip Bluetooth với khả khả tích hợp dễ dàng giá hợp lý Điều góp phần cho đời hệ Motherboard tích hợp Bluetooth, giảm chênh lệch giá mainboard, cellphone có khơng có Bluetooth Tháng 11-2003 dòng sản phẩm Bluetooth 1.2 đời - Năm 2004, công ty điện thoại di động tiếp tục khai thác thị trường sôi cách cho đời hệ điện thoại di động đời hỗ trợ Bluetooth(N7610, N6820, N6230) Motorola cho sản phẩm Bluetooth đầu tay Các sản phẩm Bluetooth tiếp tục đời xúc tiến mạnh mẽ qua chương trình “Operation Blue Shock" International Consumer Electronics Show(CES) Las Vegas ngày 09-01-2004 - 6-1-2004, hội nghị Bluetooth CES(Consumer Electronics Show) Las Vegas, tổ chức Bluetooth SIG thơng báo số thành viên đạt số 3000, trở thành tổ chức có số thành viên đông đảo thuộc nhiều lĩnh vực công nghệ: từ máy móc tự động đến thiết bị y tế, PC đến điện thoại di động, tất sử dụng kỹ thuật không dây tầm ngắn sản phẩm họ - Bluetooth có tốc độ phát triển nhanh với khả ứng dụng ngày đa dạng, theo tính tốn cơng ty nghiên cứu thị trường Frost & Sullivan, năm 2001 có 4.2 triệu sản phẩm từ ứng dụng công nghệ Bluetooth đưa thị trường, số tăng lên 1.01 tỷ vào năm 2006 - Những năm gần đây, Bluetooth coi thị trường động sôi lĩnh vực truyền thông Với đời cơng nghệ Bluetooth ta lạc quan nói thời kỳ kết nối dây hữu tuyến thiết bị đến hồi kết thúc, thay vào 1.3 - - - 1.4 1.4.1 khả kết nối không dây thông minh suốt, điều thực tương lai gần mà Các đặc điểm Bluetooth Tiêu thụ lượng thấp, cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị, bao gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động Giá thành hạ (giá chip Bluetooth giảm dần xuống mức 5$ đơn vị) - Khoảng cách giao tiếp cho phép: ● Khoảng cách hai thiết bị đầu cuối lên đến 10m ngồi trời 5m nhà ● Khoảng cách thiết bị đầu cuối Access point lên tới 100m trời 30m nhà Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz dải băng tần ISM Tốc độ truyền liệu đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà thiết bị không cần phải thấy trực tiếp (light-of-sight requirements) Dễ dàng việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối ứng dụng với ứng dụng khác thơng qua chuẩn “Bluetooth profiles", độc lập phần cứng hệ điều hành sử dụng Bluetooth dùng giao tiếp liệu tiếng nói: có kênh để truyền tiếng nói kênh để truyền liệu mạng cá nhân An tồn bảo mật: tích hợp với xác thực mã hoá (build in authentication and encryption) Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ Ứng dụng Bluetooth Thiết bị thơng minh Gồm có loại điện thoại di động PDA, PC, cellphone, smartphone … Điện thoại di động: Sony Ericsson P800, P900 Nokia 3650, 7610, 7650, … Công nghệ Bluetooth gắn sẵn thiết bị di động nên khơng cần dùng cáp Có thể kết nối với tai nghe Bluetooth, camera kỹ thuật số hay máy tính, cho phép người dùng xem tivi, chụp ảnh, quay phim, nghe MP3, FM, duyệt web mail từ điện thoại … ... bao gồm: ● Tìm hiểu tổng quan Bluetooth: khái niệm Bluetooth lịch sử đời ● Tìm hiểu kỹ thuật Bluetooth: kiến trúc Bluetooth, gói tin, chế truyền tin chế sửa lỗi, tầng giao thức ● Tìm hiểu vấn... tên Bluetooth Bluetooth tên nhà vua Đan Mạch - Harald I Bluetooth( Danish Harald Blatand)(910 - 985) Harald Bluetooth hợp Đan Mạch Norway Ngày Bluetooth biểu tượng thống Computer Telecom, công nghệ. .. Motorola Công nghệ Bluetooth cấp dấu chứng nhận kỹ thuật lần mắt - Năm 2001, Bluetooth 1.1 đời với Bluetooth software development kitXTNDAccess Blue SDK, đánh dấu bước phát triển chưa có cơng nghệ Bluetooth