Aplicaciones Bluetooth

Bluetooth proporciona soporte para tres áreas de aplicación general utilizando conectividad inalámbrica de corto alcance:

Puntos de acceso de datos y voz

Bluetooth facilita las transmisiones de voz y datos en tiempo real al proporcionar una conexión inalámbrica sin esfuerzo

Reemplazo de cable

Bluetooth elimina la necesidad de numerosos accesorios de cable, a menudo patentados, para la conexión de prácticamente cualquier tipo de dispositivo de comunicación.

El rango de cada radio es de aproximadamente 10 m, pero se puede ampliar a 100 m con un amplificador opcional.

Redes ad hoc

un dispositivo equipado con una radio Bluetooth puede establecer una conexión instantánea con otra radio Bluetooth tan pronto como esté dentro del alcance.

Documentos de estándares de Bluetooth

Los estándares de Bluetooth presentan una gran cantidad de más de 1500 páginas, divididas en dos grupos: núcleo y perfil.

Las especificaciones del perfil están relacionadas con el uso de la tecnología Bluetooth para admitir varias aplicaciones

En términos generales, las especificaciones del perfil se dividen en una de dos categorías: reemplazo de cable o audio inalámbrico.

Los perfiles de reemplazo de cables proporcionan un medio conveniente para conectar dispositivos

Los perfiles de audio inalámbricos están relacionados con el establecimiento de conexiones de voz de corto alcance.

El propósito de una especificación de perfil es definir un estándar de interoperabilidad

Los protocolos centrales forman una pila de cinco capas que consta de los siguientes elementos:

Radio

Especifica detalles de la interfaz aérea, incluyendo. La frecuencia, el uso del salto de frecuencia, el esquema de modulación y la potencia de transmisión.

Banda base

Preocupada por el establecimiento de la conexión dentro de una piconet

Protocolo de administrador de enlaces (LMP)

responsable de la configuración de enlaces entre dispositivos Bluetooth y la administración continua de enlaces.

Esto incluye aspectos de seguridad como la autenticación y el cifrado

Control de enlace lógico y protocolo de adaptación (L2CAP)

Adapta los protocolos de capa superior a la capa de banda base

Protocolo de descubrimiento de servicios (SDP)

se pueden consultar para permitir el establecimiento de una conexión entre dos o más dispositivos Bluetooth.

RFCOMM

es el protocolo de reemplazo de cable incluido en la especificación de Bluetooth.

presenta un puerto serie virtual que está diseñado para que la sustitución de las tecnologías de cable

permite el reemplazo de los cables de puerto serie con el mínimo de modificación de los dispositivos existentes.

Bluetooth especifica un protocolo de control de telefonía

es un protocolo orientado a bits que define la señalización de control de llamada para el establecimiento de llamadas de voz y datos entre dispositivos Bluetooth.

administración de movilidad para el manejo de grupos de dispositivos Bluetooth

Los protocolos adoptados

se definen en las especificaciones emitidas por otras organizaciones de creación de estándares y se incorporan a la arquitectura Bluetooth general.

. Los protocolos adoptados incluyen los siguientes

TCP / UDP / IP

Estos son los protocolos básicos de la suite de protocolos

OBEX

OBEX proporciona una funcionalidad similar a la de HTTP, pero de una manera más simple

contenido transferidos por OBEX son vCard y vCalendar, que proporcionan el formato de una tarjeta de presentación electrónica y entradas de calendario personales e información de programación, respectivamente.

WAE / WAP

Bluetooth incorpora el entorno de implementación inalámbrica y el protocolo de aplicación inalámbrica en su arquitectura

Transferencia de archivos

el modelo de uso de transferencia de archivos admite la transferencia de directorios, archivos, documentos, imágenes y formatos de medios de transmisión.

Puente de Internet

una PC se conecta de forma inalámbrica a un teléfono móvil o inalámbrico moderno para brindar acceso telefónico a redes y capacidades de fax.

Para la transferencia de fax, el software de fax funciona directamente a través de RFCOMM.

Acceso a LAN

este modelo de uso permite que los dispositivos en una piconet accedan a una LAN. Una vez conectado, un dispositivo funciona como si estuviera directamente conectado (cableado) a la LAN.

Sincronización

este modelo proporciona una sincronización de dispositivo a dispositivo de la información PIM (administración de información personal)

Teléfono tres en uno

los teléfonos que implementan este modelo de uso pueden actuar como un teléfono inalámbrico que se conecta a una estación base de voz, como un dispositivo de intercomunicación para conectarse a otros teléfonos y como un teléfono celular.

Auricular

el auricular puede actuar como la interfaz de entrada y salida de audio de un dispositivo remoto.

consta de un maestro y de uno a siete dispositivos esclavos activos

Un esclavo solo puede comunicarse con el maestro y solo puede comunicarse cuando el maestro le concede permiso

Un dispositivo en una piconet también puede existir como parte de otra piconet

Esta forma de superposición se llama scatternet.

La ventaja del esquema piconet / scatternet es que permite que muchos dispositivos compartan la misma área física y hagan un uso eficiente del ancho de banda.

el área física y el ancho de banda total son compartidos por el scatternet. El canal lógico y la transferencia de datos son compartidos por una piconet.

Un aspecto de la especificación de radio es una definición de tres clases de transmisores basados en la potencia de salida:

Clase 1

Salidas de 100 mW (+20 dBm) para el rango máximo, con un mínimo de 1 mW (0 dBm). En esta clase, el control de potencia es obligatorio, desde 4 hasta 20 dBm. Este modo proporciona la mayor distancia.

Clase 2

Salidas 2.4 mW (+4 dBm) como máximo, con un mínimo de 0.25 mW (-6 dBm). El control de potencia es opcional

Clase 3

la potencia más baja. La salida nominal es de 1 mW

Bluetooth hace uso de la banda de 2.4 GHz dentro de la banda ISM (industrial, científica y médica). En la mayoría de los países, el ancho de banda es suficiente para definir 79 canales físicos de 1 MHz

La modulación para Bluetooth es Gaussian FSK

1. Proporciona resistencia a interferencias y efectos multitrayecto.

2. Proporciona una forma de acceso múltiple entre dispositivos ubicados en diferentes piconets.

El esquema de FH funciona de la siguiente manera

El ancho de banda total se divide en 79 canales físicos

cada uno de ancho de banda de 1 MHz

FH se produce al saltar de un canal físico a otro en una secuencia pseudoaleatoria

La tasa de salto es de 1600 saltos por segundo

cada canal físico está ocupado por una duración de 0,625 ms

El uso de TDD evita las interferencias entre las operaciones de transmisión y recepción

La secuencia FH está determinada por el maestro en una piconet y es una función de la dirección Bluetooth del maestro.

Se utiliza una operación matemática bastante compleja que involucra permutaciones y operaciones de OR exclusivo (XOR) para generar una secuencia de salto pseudoaleatorio.

Orientado a la conexión síncrona (SCQ):

Asigna un ancho de banda fijo entre una conexión punto a punto que involucra al maestro y un único esclavo.

El maestro puede admitir hasta tres enlaces SCO simultáneos, mientras que un esclavo puede admitir dos o tres enlaces SCO. Los paquetes SCO nunca se retransmiten.

Sin conexión asíncrona (ACL)

Un enlace punto a multipunto entre el maestro y todos los esclavos en la piconet.

En las ranuras no reservadas para enlaces SCO, el maestro puede intercambiar paquetes con cualquier esclavo

Sólo puede existir un único enlace ACL

Los enlaces SCO

se utilizan principalmente para intercambiar datos con límite de tiempo que requieren una velocidad de datos garantizada, pero sin entrega garantizada

Los enlaces ACL

proporcionan un estilo de conexión por conmutación de paquetes. La reserva de ancho de banda no es posible y la entrega puede garantizarse a través de la detección de errores y la retransmisión

Los paquetes

El formato de paquete para todos los paquetes Bluetooth Consta de tres campos:

Código de acceso

se usa para la sincronización de tiempo, compensación de paginación y consulta

Código de acceso Hay tres tipos de códigos de acceso:

Código de acceso al canal (CAC

identifica una piconet

Código de acceso del dispositivo (DAC

se utiliza para la paginación y sus respuestas posteriores.

Código de acceso de consulta

se utiliza para fines de consulta

Encabezado

se utiliza para identificar el tipo de paquete y para llevar información de control de protocolo.

Consta de seis campos

AM_ADDR

recuerde que una piconet incluye como máximo siete esclavos activos. El AM_Addr de 3 bits contiene la dirección de "modo activo"

Tipo

identifica el tipo de paquete (Tabla 15.5). Se reservan cuatro códigos de tipo para los paquetes de control comunes a los enlaces SCQ y ACL.

Flujo

proporciona un mecanismo de control de flujo de 1 bit para el tráfico de ACL solamente.

ARQN

: proporciona un mecanismo de acuse de recibo de 1 bit para el tráfico de ACL protegido por un CRC

SEQN

proporciona esquemas de numeración secuencial de 1 bit. Los paquetes transmitidos se etiquetan alternativamente con 1 o 0

Control de error de encabezado

un código de detección de error de 8 bits utilizado para proteger el encabezado del paquete

Carga útil

si está presente, contiene voz o datos del usuario y, en la mayoría de los casos, un encabezado de carga útil.

Formato de carga útil

Para cargas de datos, el formato de carga útil consiste de campos:

Cabecera de carga

Un encabezado de 8 bits se define para los paquetes de una sola ranura

Cuerpo de carga útil

Contiene información del usuario

CRC

Un código CRC de 16 bits se utiliza en todas las cargas útiles de datos excepto el paquete AUXI

L_CH

Identifica el canal lógico (descrito posteriormente). Las opciones son mensajes LMP (11); un mensaje de L2CAP no fragmentado

Flujo

Se utiliza para controlar el flujo a nivel L2CAP

Longitud

El número de bytes de datos en la carga útil, con exclusión de la cabecera de carga y la CRC.

La palabra de sincronización de 64 bits consta de tres componentes (Figura 15.8) y vale la pena examinarlos con cierto detalle

Usando el LAP apropiado, la palabra de sincronización se forma de la siguiente manera:

1. La LAp de 24 bits, agregue los 6 bits 001101 si el bit más significativo (MSB) de la LAP es 0, y agregue 110010 si la MSB es 1

2. Genere una secuencia de pseudonoise (PN) de 64 bits, p0, p1, ……… p63. La secuencia se define mediante la ecuación P (X) = 1 + X 2 + X 3 + X5 y se puede implementar con un registro de desplazamiento

3. Tome la XOR a nivel de bits de P34, P35, ..., P63 y la secuencia de 30 bits producida en el paso 1. Esto "mezcla" la información, eliminando las regularidades no deseadas.

4. Genere un código de corrección de errores de 34 bits para el bloque de información codificado y colóquelo al principio para formar una palabra clave de 64 bits.

5. Tome la XOR a nivel de bits de Po, Pa '...., P63 y la secuencia de 64 bits producida en el paso 4. Este paso descifra la parte de información de la palabra de código para que se transmitan la secuencia original

1/3 tasa FEC (Forward Error Correction)

La FEC de 1/3 se usa en el encabezado del paquete de 18 bits y también para el campo de voz en un paquete HV1

Se utiliza una lógica mayoritaria: cada triple de bits recibidos se asigna a cualquier bit que se encuentre en la mayoría.

2/3 tasa FEC

El FEC de 2/3 se utiliza en todos los paquetes DM, en el campo de datos del paquete DV, en el paquete FHS y en el paquete HV2

Este código puede corregir todos los errores individuales y detectar todos los errores dobles en cada palabra de código.

ARQ (solicitud de repetición automática)

se utiliza con paquetes DM y DH y el campo de datos de paquetes DV.

Recordemos que los esquemas ARQ tienen los siguientes elementos:

Detección de errores

El destino detecta errores y descarta los paquetes que están en el error.

Reconocimiento positivo

El destino devuelve un acuse de recibo positivo a recibido correctamente los paquetes y libres de errores

Retransmisión después de tiempo de espera

La fuente retransmite un paquete que no se ha reconocido después de un periodo de tiempo predeterminado.

Reconocimiento negativo y retransmisión

: El destino devuelve un reconocimiento negativo a los paquetes en los que se detecta un error

Bluetooth utiliza lo que se conoce como un esquema de ARQ rápido

se aprovecha de el hecho de que un maestro y el esclavo se comunican en los intervalos de tiempo alternos

Control de enlace (LC)

se utiliza para administrar el flujo de paquetes a través de la interfaz de enlace. El canal LC se asigna al encabezado del paquete.

Administrador de enlaces (LM)

transporta la información de administración de enlaces entre las estaciones participantes.

Usuario asíncrono (UA)

lleva datos de usuario asíncronos. Este canal normalmente se transmite a través del enlace ACL, pero se puede llevar en un paquete DV en el enlace SCO.

Usuario isócrono (UI

Este canal normalmente se transmite a través del enlace ACL, pero se puede llevar en un paquete DV en el enlace SCO.

Usuario síncrono (US)

lleva datos de usuario síncronos. Este canal se transmite a través del enlace SCO.

Hay dos estados principales

En espera

Se trata de un estado de bajo consumo en el que sólo el reloj nativo está en marcha.

Conexión

El dispositivo está conectado a una piconet como un maestro o un esclavo.

hay siete subestados intermedios

Página

Utilizado por el maestro para activar y conectarse a un esclavo.

Escaneo de página

El dispositivo está a la escucha de una página con su propio DAC.

Respuesta del master

Un dispositivo que actúa como un maestro recibe una respuesta de búsqueda de un esclavo

Respuesta del esclavo

Un dispositivo que actúa como un esclavo responde a una página de un maestro

Investigación

Dispositivo ha publicado una investigación, para encontrar la identidad de los dispositivos dentro del alcance

Exploración de la investigación

El dispositivo está a la escucha de una investigación.

Respuesta de la investigación

Un dispositivo que ha emitido una consulta recibe una respuesta consulta.

Procedimiento de investigación

El primer paso para establecer una piconet es para un maestro potencial para identificar los dispositivos de gama que deseen participar en la piconet.

Un dispositivo comienza un procedimiento de investigación para este propósito bajo el impulso de un usuario o aplicación en el dispositivo

Procedimiento página

Una vez que el maestro ha encontrado dispositivos dentro de su rango, es capaz de establecer una conexión con cada dispositivo, la creación de una red pequeña.

Estado de conexión

Para cada esclavo, el estado de conexión comienza con un paquete de sondeo enviado desde el maestro para comprobar que el esclavo ha cambiado a la sincronización y el canal de salto de frecuencia del maestro

puede estar en uno de cuatro modos de funcionamiento:

Activo

El esclavo participa activamente en la piconet al escuchar, transmitir y recibir paquetes.

Sniff

El esclavo no se escucha en cada intervalo de recepción (cada ranura), pero sólo en las franjas horarias especificadas para sus mensajes

Sostener

El dispositivo en este modo no es compatible con paquetes de ACL y va al estado de energía reducida

Park

Cuando un esclavo no tiene que participar en la red pequeña, pero aún se ha de conservar como parte de la piconet

modulación por impulsos codificados (PCM)

ruido de cuantificación, que ocurre cuando la forma de onda está cambiando muy lentamente

delta de pendiente continuamente variable de modulación (CVSD)

está diseñado para minimizar estos dos tipos de error mediante el uso de un nivel de cuantificación variables

LMP soporta varios servicios de seguridad con mecanismos de gestión autentificación, cifrado y distribución de claves. Estos servicios incluyen

Autenticación

La autenticación se define en la especificación de banda base, pero implica el intercambio de dos LMP PDU

Emparejamiento

Este servicio permite a los usuarios autenticados mutuamente de forma automática establecer una clave de cifrado de enlace

Cambiar la clave de enlace

Si dos dispositivos están emparejados y usan una combinación de teclas, a continuación, esa tecla se puede cambiar

Cambiar la clave de enlace actual

La clave de enlace actual se puede cambiar temporalmente.

LMP no participa directamente en el cifrado de enlace, pero proporciona servicios para gestionar el proceso de cifrado

LMP proporciona mecanismos para sincronizar los relojes en los diferentes piconet Participantes:

Solicitud de compensación de reloj

Cuando un esclavo recibe el paquete FRS, la diferencia se calcula entre su propio reloj y el valor del reloj maestro incluido en la carga útil del paquete FRS.

Información de desplazamiento de la ranura

un dispositivo iniciador puede transmitir un mensaje que describe las diferencias de tiempo

Solicitud de información de precisión de temporización

utilizada por un dispositivo para recuperar los parámetros de precisión del subsiste

LMP incluye dos PDU que se utilizan para intercambiar información sobre los dispositivos de comunicación:

LMP version

Permite que cada entidad LMP para determinar la versión LMP implementado en el otro.

Funciones compatibles

la radio Bluetooth y el controlador de enlace pueden admitir solo un subconjunto de los tipos de paquetes y las características descritas en la Especificación de banda base y la Especificación de radio

LMP proporciona las siguientes PDU para administrar estos modos.

Interruptor maestro / esclavo

Permite que un esclavo para convertirse en el maestro de la piconet

Solicitud de Nombre

Permite a un dispositivo para solicitar el nombre de texto de otro dispositivo.

Separar

Permite a un dispositivo para retirar sí mismo de una conexión.

Modo de espera

coloca el enlace entre un maestro y un esclavo en modo de espera durante un tiempo específico.

Modo de rastreo

para ingresar al modo de rastreo, el maestro y el esclavo negocian un intervalo de rastreo T

El modo de parque

coloca un esclavo en el modo de parque.

Control de potencia

Utilizado por un dispositivo para dirigir otro dispositivo para aumentar o disminuir potencia

Calidad de servicio

El intervalo de sondeo, que es el tiempo máximo entre transmisiones desde un maestro a un concreto esclavo

enlaces SCQ

Se utiliza para establecer un enlace de SCQ.

El control de paquetes multiintervalo

Arbitra el número máximo de intervalos de tiempo de un paquete puede cubrir.

Esquema de paginación

Controla el tipo de esquema de paginación para ser utilizado entre dispositivos de la piconet

Supervisión de Enlace

Controla el tiempo máximo que un dispositivo debe esperar antes declarar el fracaso de un enlace.

L2CAP proporciona dos servicios alternativos a los protocolos de capa superior:

Servicio de conexión: Este es un estilo de datagramas de servicio fiable

servicio en modo de conexión: Este servicio es similar a la ofrecida por RDLC

L2CAP proporciona tres tipos de canales lógicos:

sin conexión: Soporta el servicio sin conexión

Para el servicio sin conexión, la formato de paquete se compone de los siguientes campos

Longitud: La longitud de la carga útil de información más PSM campos, en bytes.

ID de canal: Un valor de 2, lo que indica el canal de conexión

Multiplexor / protocolo de servicio (PSM): Identifica al destinatario de capa superior para la carga útil en este paquete.

Carga útil de la información: datos de usuario de capa superior. Este campo puede ser de hasta 65533 (216 - 3) bytes de longitud.

Conexión orientada: Soporta el servicio orientado a la conexión

Señalización: Proporciona el intercambio de mensajes de señalización entre L2CAP

La carga útil de un paquete de señalización consta de uno o más comandos L2CAP, cada de los cuales consiste en cuatro campos:

Código: Identifica el tipo de comando.

identificador: Se utiliza para que coincida con una solicitud junto con su respuesta.

Longitud: Longitud del campo de datos de este comando, en bytes

Datos: Los datos adicionales, si es necesario, en relación con este comando

El campo de opciones contiene una lista de parámetros y sus valores para ser negociados. Cada parámetro está definido por tres campos:

Tipo (1 byte): Los 7 bits menos significativos de este byte identifica la opción.

Longitud (1 byte): La longitud de la opción de carga útil. Una longitud de 0 indica sin carga

Opción de carga útil: Más información acerca de esta opción

Los siguientes parámetros pueden ser negociados:

Unidad de transmisión máxima (MTU): El mayor carga útil del paquete L2CAP, en bytes, que el autor de la solicitud puede aceptar para ese canal

Opción de tiempo de espera de descarga: Recordemos en nuestra discusión de la especificación de banda base que, como parte del mecanismo de ARQ

Calidad de Servicio (QoS): Identifica la especificación de flujo de tráfico para los locales el tráfico del dispositivo

IEEE 802.15.3

El grupo 802.15.3 tarea tiene que ver con el desarrollo de la alta velocidad de datos WPAN

Estas aplicaciones se encuentran principalmente en el área de la electrónica de consumo y generan los siguientes requisitos:

Corto alcance: del orden de 10 m

Alto rendimiento: Más de 20 Mbps para soporte de video y / o multicanal

audio.

Bajo consumo de energía: Para ser útil en dispositivos portátiles que funcionan con baterías.

Bajo costo: Para ser razonable para dispositivos electrónicos de consumo de bajo costo

QoS (calidad de servicio) capacidad: Para proporcionar una velocidad de datos garantizada

Entorno dinámico: Se refiere a una arquitectura de red pequeña en la que móvil, dispositivos portátiles y estacionarios entran y salen de la piconet

Conectividad simple: para que las redes fáciles y eliminar la necesidad de una

usuario técnicamente sofisticado.

Privacidad: Para asegurar al usuario que sólo los destinatarios pueden entender lo que se está transmitiendo.

IEEE 802.15.3a

ha sido creado para redactar y publicar un nuevo estándar que proporcionará una mayor velocidad (110 Mbps o superior)

El nuevo PHY utilizará el MAC con P802.15.3 modificación limitada. A partir del momento de la escritura, este trabajo está todavía en curso.

IEEE 802.15.4

La baja tasa de tareas Grupo WPAN (TG4) ha sido creado para investigar una baja velocidad de datos

un 2.4 GHz de secuencia directa de espectro ensanchado PHY