Bluetooth. Instrumentación y Comunicaciones Industriales 1

Transcripción

1 Bluetooth Industriales 1

2 Es una tecnología inalámbrica de corto alcance que permite reemplazar el cableado entre dispositivos fijos o portátiles, manteniendo altos niveles de seguridad. Algunas cualidades son: Robustez Bajo consumo Bajo costo Industriales 2

3 Permite manejar simultáneamente transmisiones de datos y voz, interconectando: Computadoras fijas Laptops PDAs (Personal Digital Assistants) Auriculares Teléfonos Celulares Impresoras DVDs Etc. Industriales 3

4 El origen del nombre de esta tecnología proviene del Rey Danés Harald Blatand (la traducción inglesa de Blatand se interpretó como Bluetooth), quien en el siglo X unificó Dinamarca y Noruega. El símbolo de Bluetooth, consiste en dos runas nórdicas que representan las iniciales de Harald Bluetooth por una parte tenemos ᚼ (haglaz) como H y por otra ᛒ (berkanan) como B superpuestas una sobre otra establecieron el símbolo o logotipo de Bluetooth. Industriales 4

5 Bluetooth se transformó en un estándar de facto, posteriormente considerado como estándar internacional IEEE Bluetooth opera en la banda ISM, 2.4 a GHz, utilizando spread spectrum, adaptive frequency hopping, full-duplex a una velocidad nominal de 1600 hops/sec. Version 1.2, 1Mbps, Noviembre de 2003 Version Enhanced Data Rate (EDR), hasta 3 Mbps, Novimbre de 2004 Industriales 5

6 Clase 1, utilizado en aplicaciones industriales, Clase 2, la más comúnmente utilizada en dispositivos móviles. Clase 3, poco utilizada Clase Pot. Máx. Pot. Mín. Alcance mw 1 mw 100 m 2 2,5 mw 0,25 mw 10 m 3 1 mw NA 1 m Industriales 6

7 ESPECIFICACIONES La Pila de protocolos de Bluetooth El estándar Bluetooth cuenta con muchos protocolos agrupados con poco orden. La estructura de capas no sigue el modelo OSI, el modelo TCP/IP, el modelo 802 o algún otro modelo conocido. La pila está constituida por dos clases de protocolos. Una primera clase llamada de protocolos específicos que implementa los protocolos propios de Bluetooth. Y una segunda clase formada por el conjunto de protocolos adoptados de otras especificaciones. Industriales 7

8 Service Dicovery Protocol Industriales 8

9 La posibilidad de utilizar adaptive frequency hopping (AFH) permite reducir interferencias en la banda de 2.4 Hz. AFH permite detectar otros dispositivos transmitiendo en la banda y evitar las frecuencias utilizadas. Esta propiedad permite transmisiones más eficientes dentro del espectro. Se utilizan 79 frecuencias elegidas al azar, dentro del rango predeterminado. La transmisión cambia de frecuencia 1600 veces por seg. Industriales 9

10 Capa Física Durante la operación típica, el canal es compartido por un grupo de dispositivos que están sincronizados a un reloj y un patrón de saltos de frecuencia común. El maestro provee las referencias de sincronización. Los demás (hasta 7) son esclavos. Cada grupo de hasta 8 dispositivos se denomina Piconet Dos o más piconets pueden interconectarse formando una red de mayor estructura llamada scatternet, a través de un dispositivo que funcione como esclavo de uno de los piconets y maestro en la otra. Industriales 10

11 En USA y Europa, el ancho de banda utilizado es 2,402 MHz a 2,480 MHz con 79 canales de 1-MHz. Un canal de datos salta en forma aleatoria 1,600 veces por segundo entre los 79 canales anteriores. Cada canal utiliza un intervalo de tiempo de 625 µsec. Un piconet tiene 1 maestro y hasta siete esclavos. El maestro transmite en los intervalos pares y los esclavos en los impares. Los paquetes pueden ocupar hasta cinco intervalos de tiempo. Los datos en cada paquete pueden tener una longitud de hasta 2745 bits. Industriales 11

12 Un único esclavo esta intercambiando paquetes de una ranura con el maestro. El segundo paquete enviado por el maestro contiene sólo una cabecera sin campo de carga de datos. Esto sucede, por ejemplo, cuando se está enviando un paquete de control. Industriales 12

13 El maestro esta comunicado con tres esclavos. El maestro envía primero un paquete de una ranura al esclavo 1 y éste responde con un paquete de una ranura. El maestro envía entonces un paquete de tres ranuras al esclavo 2 y éste contesta con un paquete de una ranura. Finalmente, el maestro envía un paquete de cinco ranuras al esclavo 3 y éste responde con un paquete de una ranura. Industriales 13

14 Se utilizan dos tipos de transferencias de datos entre dispositivos: SCO (synchronous connection oriented) y ACL (asynchronous connectionless). En un piconet, puede haber hasta tres enlaces SCO de 64,000 bps cada uno. Para evitar problemas de timing y colisiones, los enlaces SCO utilizan intervalos reservados por el maestro. Un maestro puede soportar hasta tres enlaces SCO con uno, dos o tres esclavos. Los intervalos no reservados para enlaces SCO, pueden ser utilizados por enlaces ACL. Un enlace ACL puede ser entre un maestro y un esclavo o un broadcast a todos los esclavos. Un esclavo solo puede transmitir a requerimiento del maestro. Industriales 14

15 Piconet A A: Maestro B, C, D y E esclavos Piconet F F: Maestro E, G y H esclavos Piconet D En el Maestro A trabaja en TDM con 2 canales físicos: uno básico y otro que soporta AFH. Los piconets D y F operan en canales físicos básicos. Si bien D soporta AFH, J no. El dispositivo K ubicado en las proximidades, no forma parte de ningún piconet, pero se encuentra en estado de escucha por si sus servicios son requeridos por otro dospositivo. Industriales 15

16 Procedimientos y modos de operación Inquire procedure: Se utiliza para que un dispositivo descubra los dispositivos cercanos o sea descubierto por estos. Un dispositivo envía mensajes de interrogación y aquellos que lo escuchan, envían su respuesta. Tanto el dispositivo que interroga como los que escuchan, pueden o no estar conformando otros piconets. Industriales 16

17 Paging (connecting) Procedure: Es un procedimiento asimétrico que requiere que un dispositivo realice el procedimiento de conexión, mientras otro lo acepta. El procedimiento es punto a punto, se realiza con un dispositivo que previamente había aceptado el mensaje de interrogación. Ambos dispositivos pueden estar previamente conectados a otros piconets. El tiempo utilizado para estos procedimientos, debe estar balanceado con las demandas de QoS establecidas en los piconets. Industriales 17

18 Modo Conectado Si el procedimiento de conexión fue satisfactorio, los dispositivos se encuentran vinculados por un canal físico, que por default son enlaces lógicos ACL. Industriales 18

19 Paquete de datos El campo código de acceso, se utiliza con fines de sincronización de reloj e identificación. Se defininen tres códigos diferentes: Código de acceso al canal (CAC, channel Access code): corresponde a la dirección de 48 bits del maestro y se utiliza para identificar a la piconet. Código de acceso de dispositivo (DAC, device address code): se deduce de la dirección del dispositivo (esclavo) y lo utiliza el maestro para direccionar al dispositivo. Código de acceso de búsqueda (IAC, inquiry access code): se utiliza para averiguar la dirección de un dispositivo vecino. Industriales 19

20 Dirección AM: dirección de miembro activo (AMA) de 3 bits que identifica a cada uno de los esclavos activos; el valor cero se utiliza para indicar un paquete de difusión desde el maestro. Tipo: tipo de paquete (ACL, SCO, el tipo de corrección de errores que se utiliza en el campo de carga y cuántas ranuras de longitud tiene la trama. Flujo: para modo ACL proporciona un esquema de control de flujo. Un esclavo establece el bit F (de flujo) cuando su búfer está lleno y no puede recibir más datos. Parar de enviar = 1 y continuar = 0. SEQN: número de secuencia del paquete para detectar retransmisiones. El protocolo es de parada y espera por lo que 1 bit es suficiente. Se utiliza en trafico ACL. ARQN: se utiliza junto con el SEQN para un esquema de control de errores de petición de repetición automática (ARQ, automatic repeat request). El bit ARQN indica el tipo de confirmación: 1 = ACK (confirmación positiva) y 0 = NAK (no confirmación). Industriales 20

21 HEC: en un código de 8 bits de corrección de errores de la cabecera. Todo el encabezado de 18 bits se repite tres veces para formar un encabezado de 54 bits. En el receptor, un circuito sencillo examina las tres copias de cada bit. Si son las mismas, el bit es aceptado. De lo contrario, se impone la opinión de la mayoría. De esta forma, se utilizan 54 bits de capacidad de transmisión para enviar 10 bits de encabezado. Esto se debe a que es necesaria una gran redundancia para enviar datos de manera confiable en un entorno con ruido mediante dispositivos de bajo costo y baja potencia (2.5 mw) con poca capacidad de cómputo. Industriales 21

22 Bluetooth V3.0 + HS (2009) La versión HS de la especificación Bluetooth fue aprobada por el Bluetooth SIG el 21 de abril de El Bluetooth 3.0+HS soporta velocidades teóricas de transferencia de datos de hasta 24 Mbps entre sí, aunque no a través del enlace Bluetooth propiamente dicho. La conexión Bluetooth nativa se utiliza para la negociación y el establecimiento mientras que el tráfico de datos de alta velocidad se realiza mediante un enlace Su principal novedad es AMP (Alternate MAC/PHY), la adición de 802,11 como transporte de alta velocidad. En la especificación, la incorporación de la transmisión a alta velocidad no es obligatoria y por lo tanto, los dispositivos marcados con "+ HS" incorporan el enlace de alta velocidad de transferencia de datos. Un dispositivo Bluetooth 3.0, sin el sufijo "+ HS" no soporta alta velocidad. Industriales 22

23 Alternativa MAC / PHY Bluetooth se utiliza para la detección de dispositivos, la conexión inicial y configuración del perfil, y si deben enviarse grandes cantidades de datos, se utiliza PHY MAC (por lo general asociados con Wi-Fi) para transportar los datos. Esto significa que el modo de baja energía de la conexión Bluetooth se utiliza cuando el sistema está inactivo, y la radio cuando se necesitan enviar grandes cantidades de datos Bluetooth V4.0 (2010) La versión 4.0, incluye al Bluetooth clásico, el Bluetooth de alta velocidad y los protocolos Bluetooth de bajo consumo. El Bluetooth de alta velocidad se basa en Wi-Fi, y el Bluetooth clásico consta de protocolos Bluetooth preexistentes. El Bluetooth de baja energía (Bluetooth Low Energy o BLE) es un subconjunto de Bluetooth v4.0 con una pila de protocolos completamente nueva para desarrollar rápidamente enlaces sencillos. Como alternativa a los protocolos estándar de Bluetooth que se introdujeron en Bluetooth v1.0 a v4.0 está dirigido a aplicaciones de muy baja potencia alimentados con una pila botón. Industriales 23