KOOLPA

gca

Son birkaç yılda bilgi teknolojileri sahasında yaşanan hızlı gelişmeler mobil iletişim ve kablosuz teknolojiler arenasına da yansımış ve kablosuz iletişimin çağımızın en popüler olaylarından biri haline gelmesine yol açmıştır. Son yıllarda ev, ofis kullanımı ve kişisel kullanım için sayısız elektronik cihaz üretilmiş olmasına rağmen, Kişisel Alan Network'lerindeki (Personal Area Networks) cihazların kendi aralarında iletişim kurmasını sağlayacak yaygın bir teknoloji çıkmamıştır. Cihazlar arasında kablolara ihtiyaç duymadan veri ve ses transferi yapabilecek bir teknolojiye olan gereksinim her geçen gün daha da büyük bir hızla artmıştır. Bluetooth teknolojisi bu önemli iletişim boşluğunu doldurmakta; düşük güç tüketimli, ucuz ve tüm cihazlara entegre edilmeye imkan veren bir teknikle kablosuz veri ve ses iletişimin kapılarını açmaktadır.
Bluetooth, kısa dalga radyo frekansı aracılığı ile sabit ve mobil cihazlar arasındaki iletişimde kablolara duyulan ihtiyacı ortadan kaldıran, veri ve ses iletişimini kolaylaştıran, aralarında güvenli ve ucuz bilgi transferi sağlayan global bir standarttır.
Bluetooth adı, 10. yüzyılda yaşamış olan Viking Kralı Harald Blatand’dan geliyor. Danimarkalı bu krala İngilizler, Blatand’ın İngilizce karşılığı olan Bluetooth (Mavi Diş) diyorlardı. Blatand yada diğer ismiyle Bluetooth, çeşitli derebeylikleri tek bir krallık altında toplayarak, ardından gelenlere örnek olmuş bir kraldı. Bluetooth’un gelişmesinde büyük payı olan yine İskandinavyalı yani İsveçli cep telefon üreticisi Ericsson da, Kral Harald’ın bu düşüncesini beğenerek, yeni kablosuz iletişim teknolojisinin bu adı almasını sağladı[2].
1994 yılında Ericsson, cep telefonları ve cep telefonu aksesuarları arasında kablosuz iletişim kurabilecek düşük güç tüketimli, düşük maliyetli bir radyo arabirimi üzerinde araştırma yapmaya karar verdi. Bu karar Bluetooth teknolojisinin kapılarını açan adımdı. Bir yıl sonra mühendislik çalışmaları başladı ve Bluetooth teknolojisinin gerçek potansiyeli daha net bir şekilde görülebilir oldu. Cihazlar arası iletişimde kabloları kaldırmak amacıyla start alan bir fikir zamanla yepyeni imkanları da gözler önüne serdi: Bluetooth uygulamaları; mevcut veri network'lerine uzanan evrensel bir köprü, çevre birimleri için bir ara yüz ve küçük çaplı cihaz network'leri oluşturmak için bir araç olarak da kullanılabilirdi[3].
SIG
1998'in başında Ericsson, IBM, Intel, Nokia ve Toshiba tarafından duyurulan Bluetooth, mikrofon-kulaklık setlerini cep telefonlarına bağlamak için ucuz, düşük güçle çalışan basit bir teknoloji olarak tasarlandı. Kurucular daha sonra Special Interest Group’u (SIG) kurarak bilgiişlem ve telekom endüstrilerindeki oyuncuların ilgisini çektiler.
SIG en sonunda 3000 kadar üreticiye ulaştı.İş çığırından çıkmıştı. Arabalardan tutun mutfak gereçleri üreticilerine kadar herkesi kabul etti. Beyaz eşya üreticileri işi daha da ilerleterek "Whitetooth" (beyaz diş) adlı kendi versiyonlarını ürettiler. Planlar arasında online marketlerden otomatik olarak yiyecek siparişi veren buzdolapları, trafik sıkışıkken yada trenler rötar yaptığında daha erken çalan alarmlı saatler vardı. Elbise ve yiyecek paketlerinin içine gömülen basit çipler, yıkama makineleri ve fırınlara talimat gönderebilecekti. Bu planların çoğundan vazgeçildi yada en azından küçültüldü.
Bugün, SIG çatısı altında 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia ve Toshiba gibi öncü firmaların yanı sıra binlerce irili ufaklı üye firma da yer almaktadır. Artık bir kulaklık kablosu alternatifi değildi, bu üreticilerin çoğu Bluetooth'u kişinin üstündeki ya da ev ve ofis içindeki tüm cihazları birbirine bağlayacak bir teknoloji olarak gördüler[4].
SIG'nin başlangıçtaki görevi, teknolojinin sadece tek bir şirket tarafından sahiplenilmesini önlemek amacıyla, kısa menzilli radyo iletişimi sahasında yaşanan teknik gelişmeleri izlemek ve açık, global bir standardın oluşmasını sağlamaktı. Yapılan çalışmaların neticesinde 1999 Temmuz ayında ilk Bluetooth spesifikasyonunu çıkarıldı. SIG'nin önemli çalışmaları arasında bu spesifikasyonun geliştirilmesi yer alıyor. Kuruluşun önde gelen diğer görevleri ise birlikte çalışabilirlik gereksinimleri, frekans bandı harmonizasyonu ve teknolojinin kitlelere tanıtılmasıdır.
Teknoloji
Bluetooth spesifikasyonu bir kısa (10 metre civarında) ve bir de opsiyonel olarak orta mesafeli (100 metre civarında) olmak üzere iki radyo bağlantısı tanımlar. Bu bağlantı kanal başına maksimum 720 Kbps'lik veri ve ses iletişimi yürütebilir.
Radyo frekans işlemleri 2.40 - 2.48 GHz'lik ISM bandında yer alır. (ISM: Industrial, Scientific, Medical - Endüstriyel, Bilimsel, Tıbbi.) Geniş bir spektrum, frekans sıçraması ve saniyede azami 1600 sıçramaya müsaade eden full-duplex sinyal iletişim kullanılır. Başarılı bir parazit engelleme için, sinyalin 1 MHz'lik aralıklarda bulunan 79 frekans arasında sıçramalar yapması sağlanır. RF verimi, 10 metre mesafeli versiyonda 0 dBm (1 mW), daha uzun mesafeli versiyonda ise -30 ilâ +20 dBm (100 mW) olarak belirlenir.
Radyo spesifikasyonunun belirlenmesi sırasında, CMOS devrelerinde tek çipe imkan veren bir dizaynın öngörülmesine büyük özen gösterilmiştir. Bu sayede maliyetin, güç tüketiminin ve mobil cihazlar için büyük önem taşıyan çip boyutunun azalması mümkündür[3].
Ses
Üç taneye kadar simültane, senkronize ses kanalı veya asenkronize veri ile senkronize sesi simültane olarak destekleyen bir kanal kullanılır. Her ses kanalı 64 Kbps'lik senkronize bir ses kanalını her iki yönde de destekleyebilir.
Veri
Asenkronize veri kanalı maksimum 723.2 Kbps'lik asimetrik (ve bununla birlikte dönüş yönünde 57.6 Kbps) ya da 433.9 Kbps'lik simetrik iletişimi destekleyebilir.
Bir master, asenkronize bir kanalı piconet'te aynı anda aktif olan 7 tane slave ile paylaşabilir.
Aktif ve bekleme durumundaki slave'lerin piconet'te sırayla değiştirilmesi sayesinde 255 tane slave sanal olarak birbirine bağlanabilir. Bu sırada PM_ADDR kullanılır. (Bir cihaz 2 ms içinde yeniden iletişime katılabilir.)
Bekleme durumuna daha fazla sayıda slave almak için BD_ADDR kullanılabilir. Bu halde bekleme durumuna alınabilecek slave sayısı sınırlı değildir.
Slave'ler farklı piconet'lerde yer alabilir ve bir piconet'te master olan başka bir piconet'te slave olabilir; buna scatternet denir. Menzil içerisinde bulunan maksimum 10 adet piconet minimum çarpışma durumu ile bir scatternet oluşturabilir.
Donanım Mimarisi
Bluetooth donanımı analog bir radyo kısmı ile Host Controller adı verilen dijital bir kısımdan oluşur. Host Controller, dijital sinyal işleme için kullanılan ve Link Controller (LC) denilen bir donanıma, bir CPU çekirdeğine ve host platform için arabirimlere sahiptir.
Link Controller baseband işlemleri için gereken donanıma ve ARQ protokolüyle FEC coding gibi fiziksel katman protokollerine sahiptir. Link Controller'ın fonksiyonları arasında asenkronize transferler, senkronize transferler, ses kodlaması ve şifreleme bulunur.
CPU çekirdeği Bluetooth modülünün sorgularla ilgilenmesine ve sayfa taleplerini filtrelemesine imkan tanır; bu sırada ana cihaz meşgul edilmez. Host Controller, belli sayfa taleplerini yanıtlamak ve uzak bağlantıları onaylamak üzere programlanabilir.
Link Manager (LM) yazılımı CPU çekirdeği üzerinde çalışır. LM, diğer LM'leri tespit eder ve Link Manager Protocol (LMP) aracılığıyla onlarla iletişim kurar. Bu iletişimin amacı LM'in servis sağlayıcı rolünün yürütülmesi ve Link Controller servislerinin kullanılmasıdır.


Yazılım Mimarisi
Aşağıdaki resimde Bluetooth protokolleri mavi renkle belirtilmiştir. Farklı donanım uygulamalarının birbirleriyle uyumlu olabilmesi için, Bluetooth cihazları, Bluetooth host (örneğin bir notebook PC) ile Bluetooth çekirdeği arasında Host Controller Interface'i (HCI) kullanırlar.
Service Discovery Protocol (SDP), RFCOMM (bir seri port bağlantısının emülasyonu) ve Telephony Control protokolü (TCS) gibi daha üst düzey protokollerle baseband servisleri arasındaki arabirim görevini Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) üstlenmiştir. Büyük veri paketlerinin bir Bluetooth baseband bağlantısı üzerinden taşınması amacıyla yapılan ayırma ve yeniden birleştirme işlemleri de L2CAP'in ilgilendiği görevler arasındadır.
Service Discovery Protocol (servis keşif protokolü) uygulamaların varolan servisler ve karakteristikleri hakkında bilgi edinmesine yardımcı olur.

Network Mimarisi (Topoloji)
Birbirlerinin menzili içerisine giren Bluetooth birimleri özel noktadan-noktaya ya da noktadan-çok noktaya bağlantılar kurabilir. Birimler dinamik olarak network'e katılır ya da network'ten çıkartılırlar. Bluetooth araçları Piconet ve Scatternet adını verdiğimiz ağlar içerisinde yer alırlar ve haberleşirler[3].
Bir kanalı paylaşan iki ya da daha fazla Bluetooth birimi bir piconet oluşturur. Kanal trafiğini düzenlemek maksadıyla katılımcı birimlerden bir tanesi master olurken diğerlerinin tümü slave olur. Yönetici araç (master), yarıçapı içindeki bütün diğer araçların (köleler, slave) listesini tutar. Her Piconet'de sadece bir yönetici bulunur. Köleler ise aktif olup olmadıklarına göre sınıflandırılabilirler. Aktif bir köle, o anda yönetici ile veri aktarımı yapmakta demektir. Bir Piconet'de 255 pasif, 7 tane de aktif köle bulunabilir. Bir kölenin sadece yönetici ile iletişim kurabileceğini unutmayın. Ancak aktif olarak değil de istendiği anda master ile haberleşme haline geçebilecek slave'lerin sayısı ise sınırlı değildir.
Her Bluetooth™ aracının kendisine ait bir Bluetooth™ Araç Adresi (BD_ADDR) vardır. Bu adres her araç için tektir. Yani aynı adrese sahip iki araç olamaz. Piconet'lerde aktif kölelere birer aktif üye adresi de (AM_ADDR) verilir. Bir köle aktif değilken bile yönetici ile eş zamanlı olmak zorunda olacağı için bir pasif üye adresi alır (PM_ADDR). Bir köle pasiflikten aktifliğe geçerken pasif üye adresini yitirir ve yöneticiden bir aktif üye adresi alır. Ancak bu durumda Bluetooh™ Piconet'inde güvenlik için sağlanan frekans atlamalı sistemin çalışabilmesi için aynı anda iki aracın aynı frekansta bulunmaması gerekmektedir. Bu da ciddi bir zamanlama sorunu getirir. Yönetici aracın saati, kölelerin referans aldığı bir nokta olur ve bu sayede frekans atlamadaki eşzamanlılık sağlanır.
Kesişen alanları olan Piconet'ler grubuna Scatternet adı verilir. Esnek konfigürasyonlar altında iletişime ve veri alışverişine imkan verecek scatternet'ler oluşturmak amacıyla birden fazla piconet kurularak birbirlerine bağlanabilir. Örneğin bir yönetici tarafından görülen bir köle, diğer kölelerin uzağında bulunduğu için onlar tarafından görülemeyebilir. Bu durumda bu köle ile yönetici ayrı bir Piconet sayılır. Elbette ki bu iki Piconet'in frekans atlama sıralamaları farklı olacaktır ki yönetici her iki Piconetde bulunan aktif köleler ile sorunsuz haberleşebilsin. Eğer menzil içerisine başka piconet'ler girecek olursa onlar da bağımsız bir şekilde çalışabilir ve bant genişliğinin tümünden faydalanabilir. Aynı piconet içinde yer alan tüm kullanıcılar bu kanala uyacak şekilde senkronize edilir. Birden fazla Piconetde bulunan bir Bluetooth™ aracı, aynı anda ancak birisinde aktif durumda olabilir. Aynı zamanda, bir Piconetde yönetici olan bir araç, diğerinde köle de olabilir. . Bluetooth birimleri, kızılötesi birimlerden farklı olarak, görüş çizgisi dahilindeki bir iletişimle kısıtlanmış değildir.

Sistem Çalışması
Buetooth araçları dört ayrı çalışma durumundan birisindedirler. Aktif, koklama, durağan ve park. Bağlantı sırasında paketler gidip gelirken bu durumlardan geçilir. Aktif durumdaki bir araç, yönetici-köle kanalını, kendi zaman aralığında dinleyerek, kendi AM_ADDR'sini içeren paketleri bekler. Araç sadece kendi zaman aralığında dinleme işleminde bulunduğu için aktif mod enerji anlamında en verimli durumdur. Koklama durumundaki bir köle, kanalı yönetici tarafından kendisine bildirilen bir zaman aralığında periyodik olarak dinler. Bu özellikle birden fazla Piconetde yer alan köleler için enerji tasarrufu yapmaya yönelik bir uygulamadır. Yönetici köleye paketleri sadece önceden belirttiği koklama zaman aralıklarında yollar. Durağan durumdaki bir köle belli işlemleri yapamaz ancak yönetici ile frekans eş zamanlılığını korur. Bu durumdaki bir köle hala AM_ADDR'sini korur. Yani aktif duruma geçtiği zaman eski adresi ile çalışacaktır. Park durumdaki bir köle ise park üye adresi (PM_ADDR) ve erişim isteme adresi (AR_ADDR) olarak iki adres alır. park durumu bir yöneticiye 7'den daha fazla köle bağlandığı zaman ortaya çıkar. Park durumundaki bir köle, aktif duruma geçmek için yöneticiye AR_ADDR'si ile başvurur. AR_ADDR'lerin her köle için farklı olmak zorunda olmadığını ancak PM_ADDR'lerin her köle için farklı olduğunu bilmeniz yararlı olacaktır. Bu sayede bir Piconetde yer alan köle sayısı 7'den 255'e çıkartılırken iletişimin verimliliği de korunmuş olur.

Bluetooth Ürünleri
Çok sayıda üretici Bluetooth teknolojisini ürünlerine entegre edeceklerini açıklamıştır. Bluetooth kullanan ürünler 3 dalga halinde karşımıza çıkmıştır:
• Birinci dalga, 2000 yılından 2001 yılına geçerken şu tip ürünlerden oluşmuştur: Mobil telefon adaptörleri, notebook ve masaüstü PC'ler için adaptörler ve PC Card'lar İş kullanıcılarına yönelik olarak üretilmiş üstün iletişim özellikleri olan cep telefonları ve notebook PC'ler Bluetooth teknolojisini kullanan kulaklık setleri (2001'in ilk yarısı) Kablosuz ev telefonları ve avuçiçi PC'ler; Bluetooth kullanan ilk avuçiçi PC'ler ve PDA'lar 2001 yılı içerisinde pazara çıkmıştır.
• İkinci dalga ise bizi şunlarla tanıştırmıştır:
o Anakartında elektronik Bluetooth devrelerini içeren PC'ler
o Bluetooth kullanan yazıcılar, faks makineleri, dijital fotoğraf makineleri, tıbbi ürünler ve dikey pazarlara yönelik ürünler
o 2000 yılı ya da 2001'in ilk çeyreği sonunda hazır olan bazı endüstriyel çözümler
o Otomotiv sektörüne yönelik Bluetooth çözümleri
• Üçüncü dalgada ise ucuz cep telefonları, taşınabilir cihazlar ve masaüstü PC'ler görülmüştür[3].
Uyum (Birlikte Çalışabilirlik)
SIG kurulduğunda ilk ele aldığı şey, farklı üreticilerin farklı cihazlarının -aynı profili kullandıkları sürece- birlikte çalışabilecek olmasını garanti altına alacak olan düzenlemeleri Bluetooth spesifikasyonuna eklemek oldu.
Kullanım modelleri uygulamaları ve kullanılabilecek cihazları tarif ederken profiller de Bluetooth protokol yığınının birlikte çalışabilirlik çözümleri sunmak için nasıl kullanılabileceğini ortaya koyar. Her profilde seçeneklerin nasıl azaltılabileceği, temel standardı karşılayan parametrelerin nasıl verilebileceği ve çeşitli temel standartlara ait prosedürlerin nasıl kullanılabileceği ifade edilir. Aynı zamanda ortak bir kullanıcı deneyimi de tanımlanır. Örneğin, bir farenin bir cep telefonu kulaklığıyla iletişim kurması gerekli değildir; bu durumda fare ve kulaklık farklı profilleri esas alarak tasarlanabilirler.
Profiller Bluetooth spesifikasyonunun bir parçasıdır. Bir cihazın Bluetooth sertifikasyonunda belirtilen koşulları karşılıyor olması için bir ya da birkaç profille test edilmesi şarttır. Yeni Bluetooth uygulamalarının sayısı arttıkça profillerin sayısı da artacaktır.
Bluetooth Yeterlik Programı'nın (Bluetooth Qualification Program) amacı, cihazların hangi ülkede ya da hangi üretici tarafından üretildiğinden bağımsız olarak birlikte çalışabilir olmalarını sağlamaktır. Bluetooth sertifikasyonu almak isteyen her cihazın geçmek zorunda olduğu testler sırasında cihaz şu konulardaki yeterliliğini ve uyumunu kanıtlamalıdır: Radyo link kalitesi, alt katman protokolleri, profiller ve son kullanıcı için bilgiler. Programı başarıyla tamamlayan tüm cihazların listesi SIG'nin resmi web sitesinde bulunabilir[3].


Güvenlik
Radyo sinyallerine müdahale etmek çok kolaydır; gizlice dinlenme ya da mesajların çıkış noktasının saptırılması gibi tehditlerin önüne geçmek için Bluetooth cihazları yerleşik güvenlik özellikleri içerecektir. Başlıca güvenlik özellikleri şunlardır:
• Onaylama için bir karşıla-yanıtla prosedürü; mesajların çıkış noktasının saptırılması ve kritik verilerle fonksiyonlara ulaşılması gibi istenmeyen olayları engeller.
• İletişim şifresi; gizlice dinlenilmeyi önler ve bağlantıların gizliliğini korur.
• Oturum anahtarlarının üretilmesi; oturum anahtarları bir bağlantı sırasında istenilen anda değiştirilebilir. Güvenlik algoritmalarında şu üç şey kullanılır;
o Bluetooth cihaz adresi (BD_ADDR/48 bit); her cihaz için ayrı ve diğerlerine açık olan bir bilgidir, sıradan sorgulama prosedürü ile öğrenilebilir.
o Özel bir kullanıcı anahtarı (128 bit); gizlidir, başlangıç sırasında üretilir ve hiçbir zaman açıklanmaz.
o Rasgele bir sayı (128 bit); her yeni işlem için farklıdır, Bluetooth biriminde pseudo-random bir sürecin neticesinde elde edilir[3].
Bağlantı düzeyindeki bu fonksiyonların yanı sıra frekans sıçraması (frekansı saniyede 1600 kere değiştiriyor) sinyallerin yakalanmasını önlemeye yardımcı olur. Zaten bunlar olmasa da BT bağlantılarına müdahale edebilmek kablosuz ağlara göre daha zor; çünkü erişim 10 metre ile sınırlı ve bu işe niyetlenenler oldukça yakınlaşmak zorunda kalacaklar[6].
Ne olursa olsun, Bluetooth en az yerini alacağı kablolar kadar güvenli olması için tasarlandı ve şimdiye kadar da bunda başarılı oldu. Diğer sistemleri daha güvenli hale getirmek için de kullanılabilir: Normalde bir kimsenin hatırlayamayacağı ve bir jeton ya da floppy diskte taşıması gereken uzun şifreleme anahtarlarını saklayabilir.Michigan Üniversitesindeki araştırıcılar, anlık kimlik kontrolü adı verilen bir sistem geliştirdiler. Burada bir dizüstü bilgisayarın sabit diski şifreleniyor, gerektiğinde şifrenin çözülmesi için kullanıcının Bluetooth'lu kol saatinde saklı olan anahtarlar kullanılıyor. Hırsız böyle bir dizüstü bilgisayarı çaldığında, içindeki bilgilere ulaşmak istiyorsa saati de çalmak zorunda.
Tabi ki endişe edilebilecek noktalarda var. Örneğin bluetooth'un güvenlik sistemi, iletilen tüm verileri Eo adı verilen ve rastgele seçilen 128 bit'lik anahtarları kullanan bir algoritma ile kodlar. En önemli zaaf kimlik kontrolündedir, bu işlem 128 bit'lik bir PIN numarasına dayanmaktadır. PIN, PKI gibi bir uygulama-katmanı prosesi ile otomatik olarak paylaşılabilir ya da bu olmuyorsa elle girilebilir. Kullanıcılar kendi PIN'lerini sıfıra ayarlayarak bir bağlantı kurulmasını önleyebilirler. Kimlik kontrolü sırasında bir yüksek güç kullanımı mevcuttur. Saldırgan arka arkaya kimlik doğrulatma denemeleri yaparak pilleri bitirebilir ve böylece yeni bir tür Servis Engelleme (Denial of Service) saldırısı ortaya çıkabilir.
Diğer bir endişe kaynağı da, Ethernet ve 802.11 kartlarında bulunan Medya Erişim Kontrolü (Medium Access Control-MAC) numaralarının yer aldığı 48 bit'lik boşluktan alınan ve dolayısıyla global olarak eşsiz bir donanım tanımlama numarası olan Bluetooth Cihaz Adresidir (Bluetooth Device Address-BDA). Buna MAC adresi adı verilmemesinin sebebi, Bluetooth'u yapanların ağa katılan her bir noda verilen üç bit'lik bir sayıyı belirtmek
için bu terimi kullanmış olmasıdır. BDA her zaman şifresiz olarak yayınlanır, böylece yüksek kazançlı bir antene sahip her hangi biri Bluetooth kullanıcılarını izleyebilir.
Lisans
Teknolojinin farklı parçaları üzerinde çeşitli patentler vardır. Bu yüzden lisans almak isteyen tüm katılımcılar IP ve isimlendirmeyi kapsayan sıfır maliyetli bir lisans sözleşmesini imzalamak zorundadır.
Bluetooth teknolojisi Ericsson tarafından geliştirilmiştir. Ericsson, donanım ve yazılım bileşenlerinden oluşan Bluetooth çözüm paketlerini Bluetooth Core Product, Bluetooth Host Stack ve Bluetooth Radio şeklinde lisanslamaktadır. Ericsson bu şekilde teknolojinin ve ürünlerin pazarda yaygın bir şekilde kullanılmaya başlanması için geçen zamanı kısaltmaya çalışmaktadır.

GCA