Estandar bluetooth

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  • 1. El estndar Bluetooth 3I EE E 8 0 2 . 1 5 . 1 .3.1 La tecnologa Bluetooth. Bluetooth empieza a concebirse en Ericsson Mobile Communications AB(Suecia) en 1994 como el efecto colateral de un proyecto sobre enlaces de comunicadoresmltiples conectados a la red celular mediante telfonos; cuatro aos ms tarde, apareceel grupo de inters en la tecnologa Bluetooth SIG (Special Interest Group) en el queaparecan Ericsson, Toshiba, IBM e Intel como empresas promotoras de la tecnologa;ms tarde se sumaron otros promotores como 3Com, Lucent, Microsoft y Motorolagenerndose el consorcio Bluetooth; actualmente el Bluetooth SIG cuenta con ms de

2. 2000 empresas. El objetivo de este grupo es, fundamentalmente promover actividadesrelativas a mejorar la interoperabilidad de forma que con ello se favorezca el desarrollodel mercado Para tratar el tema de la interoperabilidad, en trminos nicamente de testbed, o sea, de mtrica/evaluacin de caractersticas tcnicas, se realizan los tests deproductos Bluetooth mediante unos protocolos denominados Blue Units que se basan enkits de desarrollo producidos por la firma inglesa Cadence Symbionics Group parte de lafirma estadounidense Cadence Design Systems a los que se puede acceder a travs deEricsson Microelectronics AB (Suecia), AU System y Sigma ComTec. En estosmomentos, para que un producto pueda considerarse como Bluetooth tiene que cumpliruna serie de protocolos y perfiles; los protocolos describen cmo se realizan las tareasbsicas como sealizacin telefnica, gestin de enlace y lo que se conoce como ServiceDiscovery, es decir, determinacin de qu servicios estn disponibles desde o travs deotros productos Bluetooth; los perfiles describen la forma en que diferentes protocolos yprocedimientos bsicos funcionan conjuntamente en diferentes productos y aplicacionesBluetooth: los perfiles estn considerados como la primera aproximacin en trminos deconseguir la interoperabilidad. Existen grupos de trabajo dentro del SIG Bluetooth queestn redactando perfiles para impresin, interfase usuario-equipo y posicionamiento(aplicaciones GPS). Adems, como un medio para tratar de acelerar el despegue delmercado, se ha creado recientemente el Bluetooth Measurement Initiative dentro delBluetooth SIG cuyo objetivo es desarrollar hardware y software para el testing deinteroperabilidad. 3. Desde un punto de vista de tecnologa de transmisin, Bluetooth est basado en latecnologa clsica del escenario inalmbrico conocida como spread spectrum (espectroesparcido), en concreto en frequency hopping (salto de frecuencia): estos sistemas defrequency hopping dividen la banda de frecuencia en varios canales de salto (hopping);en el transcurso de la conexin se produce una transicin brusca (salto o hopping) de uncanal a otro de forma seudo aleatoria. Desde un punto de vista de arquitectura, Bluetoothse basa en el concepto de picored, un concepto genrico en las redes de rea personal quese refiere a la capacidad de varios equipos para configurarse como una red; de una formams estricta, la picored se puede definir como la red de corto alcance formada por dos oms unidades o equipos que comparten un canal, es decir, que funcionan de formasncrona y siguiendo al misma frecuencia de hopping. La picored se diferencia de otrasredes similares de su entorno mediante la secuencia de frecuencia de hopping. Laspicorredes se pueden enlazar de forma ad-hoc generando lo que se conoce como red dedispersin o scatternet: estas scatternets permiten que se pueda producir la comunicacinentre configuraciones flexibles de forma continua; estas redes pueden actuar tambincomo enlace inalmbrico a redes de datos ya existentes. El chip Bluetooth est formadopor un transceiver de radio-frecuencia, una unidad de control de enlace banda-baseconjuntamente con el software de gestin y un subsistema de antena; a los equipos queincluyen este chip y verifican las especificaciones Bluetooth se les conoce, en la literaturainternacional, como productos Bluetooth enabled.3.2 Arquitectura WPAN Bluetooth.3.2.1 Vista de alto nivel. 4. El estndar IEEE 802.15.1 presenta una WPAN que utiliza tecnologa inalmbricaBluetooth. En este trabajo el trmino Blueooth WPAN o simplemente el trmino IEEE802.15.1 WPAN se refiere a una WPAN que utiliza tecnologa Bluetooth inalmbrica.3.3.1 Interconexin entre sistemas abiertos (OSI). Hay dos formas de ver cualquier diseo de sistemas de comunicacin; por suarquitectura y su funcionalidad. Un acercamiento hacia la arquitectura enfatiza lasdivisiones lgicas de un sistema y como son compatibles. El acercamiento hacia lafuncionalidad hace nfasis en los componentes actuales y sus interconexiones. A continuacin se presenta una vista de la arquitectura de una WPAN (Figura3.1). Se enfatiza la tradicional separacin de larga escala del sistema en dos partes;physical layer (PHY) del IEEE 802.15.1 y la subcapa MAC (medium access control) delDLL (data link layer). En la siguiente figura se muestra la pila del protocolo en la sptima capa delmodelo del OSI en la tecnologa inalmbrica de Bluetooth y su relacin con este estndar.Como se puede observar en la siguiente figura las subcapas LLC (logical link control) yel MAC juntas abarcan las funciones deseadas para el DLL del modelo de OSI. 5. Figura 3.1 - Capas del protocolo Bluetooth [1].3.3.2 Vistazo a la red WPAN Bluetooth. La tecnologa inalmbrica de Bluetooth utiliza un radio de corto alcance que hasido optimizado para el ahorro de energa, operacin adecuada de la batera, tamaopequeo y para ser utilizada en aparatos personales de bajo peso. Una WPAN es capaz desoportar canales sncronos de comunicacin para telefona de voz y canales decomunicacin asncronas para comunicacin de datos. Dichas facilidades permiten queuna amplia gama de aplicaciones y de aparatos trabaje en una WPAN. Por ejemplo, untelfono celular puede usar canales circuit-switched para transportar audio desde y paraun receptor en el encabezado mientras se encuentra utilizando un canal packet-switchedpara intercambiar datos con una computadora porttil. Una WPAN opera en la banda libre de los 2.4 GHz. Se utiliza un transceptor de 6. fast frequency-hop (1600 hops/s) para evitar la interferencia y la cada de seales. Parareducir la complejidad del transceptor se utiliza la tcnica binaria FSK (frequency shiftkeying) para transmitir smbolos con un rango de 1 Smbolos/s. Se utiliza un canalranurado, cada ranura de tiempo tiene una duracin de 625 s. Una trama rpida de TDD(time division duplex) se utiliza para permitir comunicaciones full duplex en capassuperiores. En el canal, la informacin se intercambia a travs de paquetes. Cada paquetese transmite en una frecuencia diferente dentro de la secuencia de espera. Un paquetenormalmente cubre una sola ranura, pero se puede extender de tres a cuatro ranuras. Paratrfico de datos, de manera unidireccional es posible transmitir un mximo de 723.2 kb/sentre dos dispositivos. Un canal vi direccional soporta un trfico de voz entre dosdispositivos con una velocidad de hasta 64 kb/s. La inestabilidad para el trfico de voz semantiene bajo al usar ranuras de tiempo pequeas en la transmisin. La figura 3.2 muestra el formato general del contenido de una ranura de tiempo,trasmitida al aire en una WPAN de Bluetooth. El paquete abarca un cdigo de acceso detamao fijo, el cual es utilizado, entre otras cosas, para distinguir una WPAN de otra. Elencabezado del paquete de tamao fijo, que se utiliza para manejar la transmisin en unaWPAN; y una carga de datos de tamao variable, que transporta informacin de capassuperiores. Debido al tamao tan reducido de de estos paquetes, se necesita que una capasuperior ms larga sea dividida en segmentos antes de que sea transmitida al aire. 7. Figura 3.2 - Trama de informacin [1].3.4 Topologa de conexin de las WPAN Bluetooth.3.4.1 Picoredes WPAN Bluetooth. Una picored es una WPAN formada por dispositivos Bluetooth que sirven comomaestros en la picored y uno o ms dispositivos Bluetooth que sirven de esclavos. Uncanal de frequency-hopping basado en la direccin del maestro define cada picored.Todos los elementos participantes en una comunicacin dentro de una picored dada sonsincronizados al canal de frequency-hopping, utilizando el reloj del aparato maestro de lapicored. Los dispositivos esclavos solo se comunican con el maestro en una estructurapunto a punto bajo el control del maestro. Las transmisiones del maestro deben de ser ya 8. sea de la forma punto a punto o bien punto a multipunto. Cada lugar determina que sialgunos elementos deben ser siempre maestros o esclavos. Sin embargo, este estndar nodistingue entre elementos que son permanentemente maestros o esclavos. Durante unaseccin de comunicacin un elemento esclavo puede comportarse como maestro en unmomento dado y viceversa.3.4.2 Redes dispersas WPAN Bluetooth. Una red dispersa (scatternet) es una coleccin de varias picoredes en operacinque se traslapan en tiempo y en espacio. Un aparato Bluetooth puede participar enmltiples picoredes al mismo tiempo, por lo que existe la posibilidad de que lainformacin fluya ms all de las fronteras de una picored. Un aparato en una scatternetpuede ser esclava en varias picoredes, pero puede ser maestra en solo una de ellas. Lafigura 3.3 muestra las diferentes formas en que los dispositivos Bluetooth se puedeninterconectar para formar varios sistemas de comunicacin. 9. Figura 3.3 - Varios formatos en una picored. (a) Operacin con un solo esclavo. (b) Operacinmultiesclavo; (c) Operacin tipo scatternet [1].3.5 El protocolo Bluetooth de pila. La figura 3.4 muestra la pila del protocolo Bluetooth, la cual incluye losprotocolos Bluetooth especficos (por ejemplo; Link Manager Protocol, LMP; LogicalLink Control and Adaptation Protocol, L2CAP) y los protocolos bluethooth noespecficos (tambin conocidos como los otros). Dichos protocolos no especficosincluyen al OBEX (Object Exchange Protcol), al PPP (point to point protocol), el WAP(wireless application protocol), y algunos ms. Cuando se diseo