IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED INALÁMBRICA BLUETOOTH

Transcripción

1 IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED INALÁMBRICA BLUETOOTH OSCAR DARÍO RODRÍGUEZ CALVACHI RICARDO ANDRÉS MAYA CORAL Trabajo de grado presentado como requisito para obtener el título de Ingeniero Electrónico Director FABIO G. GUERRERO MORENO UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2003

2 Nota de aceptación: Director: Fabio G. Guerrero Moreno Jurado: Asfur Baradica López Jurado: Oscar Polanco Sarmiento Santiago de Cali, Agosto de 2003

3 A mis padres, por todos sus consejos y apoyo incondicional. A mis hermanos, que es por quienes trato de ser cada día mejor para ser un ejemplo a seguir. A toda mi familia, que es mi apoyo en todo difícil momento de la vida. A todos ellos Oscar Darío Rodríguez Calvachi A mis padres, por su cariño, comprensión y confianza. A mis hermanos que son mi pilar de apoyo y a mi familia, la fuente que me anima a seguir mi camino. Ricardo Andrés Maya Coral

4 AGRADECIMIENTOS A Fabio Guerrero, por su confianza y apoyo, a todos nuestros compañeros y amigos, quienes siempre estuvieron pendientes y nos apoyaron constantemente, a las empresas Ericsson Suiza y Dinamarca, RangStar USA y Suyin USA, por su invaluable ayuda, y a todos las personas que directa o indirectamente colaboraron en el desarrollo de este proyecto.gracias.

5 CONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA TECNOLOGÍA INALÁMBRICA BLUETOOTH BANDA BASE Descripción general Canal físico Enlace físico Paquetes Corrección de errores Transmisión/Recepción Control de Canal Seguridad en Bluetooth PROTOCOLO DE GESTIÓN DE ENLACE (LMP) Establecimiento de conexión INTERFAZ DEL CONTROLADOR DE HOST (HCI) Capas mas bajas del stack Bluetooth Posibles arquitecturas de bus físico PROTOCOLO DE CONTROL Y ADAPTACIÓN DE ENLACE LÓGICO (L2CAP) Canales Operaciones entre Capas. 43

6 1.4.3 Segmentación y Reensamblado Eventos Acciones Formato del paquete de datos Calidad de servicio (QoS) PROTOCOLO DE DESCUBRIMIENTO DE SERVICIO (SDP) Descripción General Registros de servicio El protocolo RFCOMM PERFILES BLUETOOTH Perfil Genérico de Acceso (GAP) Perfil de Puerto Serial Perfil de Aplicación de Descubrimiento de Servicio (SDAP) Perfil Genérico de Intercambio de Objetos (GOEP) Perfil de Telefonía Inalámbrica Perfil de Intercomunicador Perfil de Manos Libres Perfil Dial-up Networking Perfil de Fax Perfil de Acceso LAN Perfil Object Push Perfil de Transferencia de Archivos. 54

7 Perfil de Sincronización DESCRIPCIÓN DE HARDWARE Y PRODUCTOS BLUETOOTH TARJETAS BLUEBOARDUV Descripción de las tarjetas BlueboardUV Descripción de componentes y requerimientos en las tarjetas BlueboardUV Módulo Bluetooth Ericsson ROK101007/ Diseño de Antena Antenas RangeStar Regulador de Voltaje National LP MAXIM MAX Soporte SUYIN BT001A-30G2T Fotografías de las tarjetas BlueboardUV PRODUCTOS BLUETOOTH PROCEDIMIENTO DE CALIFICACIÓN BLUETOOTH ANTENAS EN F INVERTIDA INTEGRADAS SOFTWARE PARA EL HOST BLUETOOTH ARQUITECTURAS DE INTEGRACIÓN DEL STACK DE PROTOCOLOS BLUETOOTH PRINCIPALES SOFTWARE PARA EL HOST Software Bluetooth con propiedad de licencia Software Bluetooth con licencia pública (GPL) CONCEPTOS DEL CORE DE LINUX 95

8 3.4 DESCRIPCIÓN DEL STACK DE PROTOCOLOS DE AFFIX Arquitecturas Soportadas Hardware Soportado Arquitectura de Affix Utilidades de Affix Instrucciones de Instalación DESCRIPCIÓN DEL STACK DE PROTOCOLOS BLUEZ Compilación e Instalación CONCEPTOS BÁSICOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE AREA PERSONAL BLUETOOTH PROTOCOLO DE ENCAPSULAMIENTO DE RED BNEP Consideraciones Orden de los Bytes y Valores numéricos Encapsulamiento de Paquetes Formato de los Encabezados BNEP Tipo de Paquete BNEP_GENERAL_ETHERNET Tipo de Paquete BNEP_CONTROL Tipo de Paquete BNEP_COMPRESSED_ETHERNET Tipo de Paquete BNEP_COMPRESSED_ETHERNET_SOURCE_ONLY Tipo de Paquete BNEP_COMPRESSED_ETHERNET_DEST_ONLY Piconet y scatternet PERFIL DE RED DE AREA PERSONAL (PAN PROFILE) 120

9 4.3.1 Consideraciones Puntos de Acceso a una red (NAP) Grupo de Red Ad-hoc PANU PANU PRUEBAS DE DESEMPEÑO Y APLICACIÓN PARA LAS TARJETAS BLUEBOARD_UV01 Y BLUEBOARD_UV PRUEBAS DE DESEMPEÑO Configuración para las Pruebas Descripción de las Pruebas Dependencias entre la velocidad de transmisión, los obstáculos y la distancia entre los nodos Estabilidad de la velocidad de transmisión respecto a la distancia y los obstáculos entre los nodos IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE AREA PERSONAL BLUETOOTH Configuración de la PAN Ethernet Bridging Nodo maestro GN Nodos esclavos PANU1 y PANU Software bluetooth para sistemas embebidos CONCLUSIONES 147 REFERENCIAS

10 LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1-1. Stack de Protocolo Bluetooth 24 Figura 1-2. Modelo de referencia OSI y Bluetooth 28 Figura 1-3. Diagrama de una piconet. 29 Figura 1-4. Transmisión en una piconet. 30 Figura 1-5. Formato de paquete general 31 Figura 1-6. Formato de cabecera de paquete 33 Figura 1-7. Iniciación de comunicación sobre el nivel banda base 37 Figura 1-8. Dirección de dispositivo Bluetooth 37 Figura 1-9. Establecimiento de la conexión 40 Figura Diagrama general de las capas más bajas 41 Figura Diagrama general end to end de las capas de software más bajas 42 Figura Arquitectura L2CAP 44 Figura Segmentación L2CAP 45 Figura Paquete L2CAP 46 Figura Varios puertos seriales emulados mediante RFCOMM 49 Figura Los Perfiles Bluetooth 51 Figura 2-1. Diagrama de Bloques de las tarjetas BlueboardUV 56 Figura 2-2. Diagrama esquemático de las tarjetas BlueboardUV 59 Figura 2-3. Diagrama del hardware de la tarjeta BlueboardUV01 61

11 Figura 2-4. Diagrama del hardware de la tarjeta BlueboardUV02 62 Figura 2-5. HW/FW del módulo Ericsson ROK Figura 2-6. Configuración Típica USB para el ROK Figura 2-7. Configuración Típica UART o PCM para el ROK Figura 2-8. Ganancia Pico vs. Longitud PCB 69 Figura 2-9. Ruteo de la parte superior de la tarjeta BlueboardUV01 70 Figura Ruteo de la parte inferior de la tarjeta BlueboardUV01 71 Figura Ruteo de la parte superior de la tarjeta BlueboardUV02 71 Figura Ruteo de la parte inferior de la tarjeta BlueboardUV03 72 Figura Antena RangeStar Figura Antena RangeStar Figura Requerimientos para las antenas RangeStar y Figura Diagrama de bloques del regulador de voltaje LP Figura Bluetooth Carrier Socket SUYIN BT001A-30G2T 78 Figura Tarjeta BlueboardUV01 79 Figura Módulo Bluetooth dentro del soporte en la tarjeta BlueboardUV01 79 Figura Tarjeta BlueboardUV01 en funcionamiento 80 Figura Tarjeta BlueboardUV02 80 Figura Antena en F Invertida Integrada (IIFA) 84 Figura 3-1. Modelo de implementación del protocolo Bluetooth, Host Hardware 86 Figura 3-2. Modelo de Implementación del protocolo Bluetooth. Software Firmware Hardware 87 Figura 3-3. Tres modelos de Integración del stack de protocolos Bluetooth 89

12 Figura 3-4. Arquitectura de Red de Linux 95 Figura 3-5. Modelo de la Arquitectura de Affix 100 Figura 3-6. Diagrama de los Componentes de Affix 101 Figura 3-7. Diagrama de la Arquitectura de Bluez 104 Figura 4-1. Ubicación del BNEP dentro de la Torre de protocolos de Bluetooth. 110 Figura 4-2. Encapsulamiento de un Paquete Ethernet en un paquete L2CAP 111 Figura 4-3. Formato de los Encabezados BNEP 112 Figura 4-4. Formato del Encabezado para un paquete BNEP_GENERAL_ETHERNET 113 Figura 4-5. Formato del Encabezado para un paquete BNEP_CONTROL 114 Figura 4-6. Formato del encabezado para un paquete BNEP_COMPRESSED_ETHERNET 115 Figura 4-7. Formato del encabezado para un paquete BNEP_COMPRESSED_ETHERNET_SOURCE_ONLY 115 Figura 4-8. Formato del encabezado para un paquete BNEP_COMPRESSED_ETHERNET_DEST_ONLY 116 Figura 4-9. Ejemplo del envío de un paquete IPv4 usando BNEP entre un dispositivo con dirección IEEE y otro con dirección Bluetooth 117 Figura Esquema de una Piconet 118 Figura Ejemplo de una Piconet 118 Figura Esquema de una Scatternet 119 Figura Ejemplo de una Scatternet 120 Figura Dos Puntos de Acceso a Red 122 Figura Stack para el rol NAP 123

13 Figura Esquema para un Grupo de Red Ad-hoc (GN) 124 Figura Stack para un enlace en una red Ad-hoc Bluetooth 125 Figura 5-1. Arquitectura utilizada en las pruebas de desempeño 128 Figura 5-2. Rata de Bits Promedio Vs. Distancia 133 Figura 5-3. Porcentaje de variación de la rata de Bits Vs. Distancia 138 Figura 5-4. Arquitectura de la red de área personal 141

14 LISTA DE TABLAS pág. Tabla 2-1. Lista de componentes para la tarjeta BlueboardUV...60 Tabla 2-2. Características de las antenas RangeStar y Tabla 2-3. Algunos productos Bluetooth disponibles en el mercado...81 Tabla 3-1. Software Bluetooth para el Host con propiedad de licencia...92 Tabla 4-1. Valores para el campo BNEP Type el cual define el tipo de paquete BNEP 112 Tabla 5-1. Rata de Bits promedio con LV Tabla 5-2. Rata de Bits promedio con M Tabla 5-3. Rata de Bits promedio con MP Tabla 5-4. Rata de Bits promedio con LVP Tabla 5-5. Porcentaje de Variación del Promedio de la rata de Bits con LV Tabla 5-6. Porcentaje de Variación del Promedio de la rata de Bits con M Tabla 5-7. Porcentaje de Variación del Promedio de la rata de Bits con MP Tabla 5-8. Porcentaje de Variación del Promedio de la rata de Bits con LVP Tabla 5-9. Porcentaje de Variación Promedio para cada Do...140

15 GLOSARIO ACL: asynchronous Connectionless (asíncrono no orientado a la conexión). ANSI: American National Standards Institute. API: application program interface (Interfaz del programa de aplicación). ARQUITECUTURA: intel, ARM (ipaq, ARM9 y otras) y PowerPC (imac) entre otras. ATM: (modo de transferencia asíncrona) dentro del medio informático hace referencia a la conmutación de paquetes (cells -- celdas o células) de un tamaño fijo con alta carga, rápida velocidad (entre 1,544 Mbps. y 1,2 Gbps) y una asignación dinámica de ancho de banda. También se conoce como "paquete veloz" (fast packet). BD_ADDR: dirección del dispositivo Bluetooth. BNEP: Bluetooth network encapsulation protocol. BQP Bluetooth Qualification Program. CAD: computer aided design (diseño asistido por computador). CID: identificador de canal.

16 CRC: chequeo de redundancia cíclica. DBI: sigla para decibeles relativos a una fuente isotrópica. DCE: data communications equipment. Dispositivo que provee una trayectoria de comunicación entre dos equipos. Por ejemplo el módem en un computador. DRIVER: controlador que permite gestionar los periféricos que están conectados al ordenador ( ESPACIO DE KERNEL: espacio de memoria ocupado por el código compilado del kernel de linux. ESPACIO DE USUARIO: espacio de memoria ocupado por el código compilado de los programas de aplicación del usuario. ETHERNET: red de área local (LAN) desarrollada por Xerox, Digital e Intel. Es el método de acceso LAN que más se utiliza (seguido por Token Ring). Ethernet es una LAN de medios compartidos. Todos los mensajes se diseminan a todos los nodos en el segmento de red ( ETSI: European Telecommunications Standards Institute. Organización sin ánimo de lucro cuya misión es crear estándares de telecomunicaciones para ser usados por décadas en Europa ( FCC: Comisión Federal de Comunicaciones. Su principal función es la de mantener el control sobre el amplio sector de las telecomunicaciones en los Estados Unidos ( FIFO: first In first out. El primero en entrar es el primero en salir.

17 FIRMWARE: parte del software de un ordenador que no puede modificarse por encontrarse en la ROM o memoria de sólo lectura, Read Only Memory. Es una mezcla o híbrido entre el hardware y el software, es decir tiene parte física y una parte de programación consistente en programas internos implementados en memorias no volátiles. Un ejemplo típico de Firmware lo constituye la BIOS. ( GAP: generic access profile (perfil genérico de acceso). GNU: es un acrónimo recursivo para ``no es Unix'' Se crea en 1984 sin mucho éxito, bajo la filosofía del software libre, muy al estilo de UNIX. GOEP: generic object exchange profile (perfil genérico de intercambio de objetos). GPL: licencia pública general (general public license), desarrollada por la FSF o Free Software Foundation. Puede ser instalado sin limitación en uno o varios ordenadores. En las distribuciones de estos programas debe estar incluido el código fuente. HARDWARE: componentes electrónicos y electro-mecánicos de una computadora o cualquier otro sistema. Este término es usado para distinguir estos componentes físicos de los datos y programas. HCI: host controller interface (interfaz controladora del host). HEC: chequeo de redundancia cíclica de encabezados. HOST: sistema microprocesado programable (PCs, teléfonos celulares, mouse, impresoras, teclados, sensores inalámbricos, etc.), capaz de ejecutar las líneas de código correspondientes al stack de protocolos Bluetooth para el host.

18 HW / FW: hardware / firmware. I 2 C: interfaz de datos de dos líneas (SDA y SCL) que utiliza palabras de 8 bits y es usada para comunicar memorias, controladores de video, preamplificadores de audio y otros dipositivos. IAC: codigo de acceso de búsqueda. IFA: inverted F antenna (antena en F invertida). ISM: industrial, scientific, medical. KERNEL: núcleo, es la parte fundamental de un programa, por lo general de un sistema operativo, que reside en memoria todo el tiempo y que provee los servicios básicos. Es la parte del sistema operativo que está más cerca de la máquina y puede activar el hardware directamente o unirse a otra capa de software que maneja el hardware ( L2CAP: logical link controller and adaptation protocol (protocolo de adaptación y control de enlace lógico). LMP: link manager protocol (Protocolo del administrador de enlace). ME: management entity (entidad de administración o manejo). MODULO BLUETOOTH: módulo multichip que implementa en hardware y firmware las capas bajas del stack de protocolos Bluetooth. MTU: maximun transmission unit.

19 PAD: punto de conexión del terminal de un dispositivo. PAGING: servicio para transferencia de señalización o información en un sentido, mediante paquetes, tonos, etc PAN: personal area networking. PATH: es la trayectoria de una pista en un circuito impreso. PCB: printed Circuit Board (Tarjeta de circuito impreso). PPP: point to point protocol (Protocolo punto-a-punto). QoS: calidad de servicio. RF: radio frecuencia. RFCOMM: serial port emulation basado en el estándar ETSI TS SAR: segmentación y reensamblado. SCO: synchronous connection oriented (Síncrono orientado a la conexión). SDAP: service discovery aplication protocol (perfil de aplicación de descubrimiento de servicio). SDP: service discovery protocol (protocolo de descubrimiento de servicio). SIG: special interest group.

20 SOCKET: es una abstracción de red para los terminales de un canal. El Socket está asociado con el protocolo; usualmente, el PF_INET es usado para asociar un socket con el protocolo TCP/IP. TIMEOUT: tiempo de espera excedido. TIMESLOT: ranura de tiempo. En Bluetooth tiene una duración de 625 us. TOKEN RING: el anillo de Fichas (token ring), es una red de topología de anillo que se sirve del pase de fichas para el control de acceso. La frase también se aplica a una topología de pase de fichas específica definida por la IBM Corporation ( TRANSCEIVER: transmisor-receptor. UART: el transmisor receptor universal asíncrono (universal asynchronous receiver transmitter), es un dispositivo que multiplexa datos paralelos en seriales para ser transmitidos y convierte en paralelos los datos seriales recibidos. USB: la característica principal del bus serie universal (universal serial bus) reside en que los periféricos pueden conectarse y desconectarse con el equipo en marcha, configurándose de forma automática. Conector externo que llega a transferencias de 12 millones de bits por segundo. Totalmente PnP, sustituirá al puerto serie y paralelo, gracias a la posibilidad de conectar 127 dispositivos. ( WAP: wireless application protocol (protocolo para aplicaciones inalámbricas).

21 RESUMEN El aporte principal de este trabajo es el desarrollo de un sistema Bluetooth semiembebido. En principio, se analizó detalladamente la especificación Bluetooth y se hizo un estudio de los productos disponibles en el mercado. Con el conocimiento adquirido se diseñaron y construyeron dos tipos de tarjeta Bluetooth, BlueBoard_UV01 y BlueBoard_UV02. En este documento se describe en detalle su funcionamiento, al igual que se presentan sus diagramas, características y materiales empleados, entre otros. Además se analizaron diferentes stacks de protocolos Bluetooth (Affix y Bluez), con los cuales y utilizando las tarjetas construidas, se implementó una red inalámbrica de carácter didáctico. Con los sistemas desarrollados, se hicieron pruebas de desempeño logrando verificar y analizar principios básicos de operación de esta tecnología. PALABRAS CLAVE: Bluetooth Redes Inalámbricas Comunicaciones Móviles

22 INTRODUCCIÓN Estamos en un mundo en el cual la movilidad es una necesidad en constante aumento y en el que el acceso a la información no puede tener límites. En aras de satisfacer estas necesidades, han surgido nuevas tecnologías, cada una enfocada en un campo de acción específico. Teléfonos móviles (acceso a WAN), WLAN IEEE (acceso a LAN) y Bluetooth (acceso a PAN), son ejemplos de tecnologías inalámbricas, cada una con un campo de acción diferente, pero que en conjunto conforman una completa solución a los problemas de movilidad. Colombia está en una época de transición tecnológica, modernizando su infraestructura de comunicaciones y masificando poco a poco el acceso a la misma. Casos como el de la telefonía móvil de segunda y tercera generación (PCS y otras que usan GSM), implican más y mejores servicios (transmisión de audio y video con buena definición), que promueven e incentivan el uso de tecnologías como Bluetooth. Este trabajo de grado, cimienta las bases para conocer y aprender la tecnología inalámbrica Bluetooth en la Universidad del Valle, diseñar hardware Bluetooth y realizar aplicaciones prácticas dirigidas a desarrollar nuevos sistemas que con la ayuda de otros campos de la electrónica como por ejemplo la instrumentación y la automática, resuelvan otro tipo de problemas a través de redes de censado y actuadores inalámbricos.

23 1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA TECNOLOGÍA INALÁMBRICA BLUETOOTH La tecnología inalámbrica Bluetooth ofrece una forma de remplazar cables y enlaces infrarrojos que interconectan dispositivos por un enlace de radio universal de corto alcance, con capacidad de crear pequeñas radio LANs. El nombre Bluetooth viene de un rey danés llamado Harald Blaatand (en inglés Bluetooth ) quien vivió entre los años 940 y 981 y quien controló a Noruega y Dinamarca. En Febrero de 1998, se fundó el Bluetooth Special Interest Group (SIG), creado con el fin de ofrecer soporte para la nueva tecnología. Actualmente, más de mil compañías lo integran y trabajan conjuntamente por un estándar abierto para el concepto Bluetooth [1]. Bluetooth es un sistema de radio que opera en la banda de frecuencia libre de 2.4 GHz, esta banda de frecuencia está disponible en la mayor parte del mundo. En Colombia el Ministerio de Comunicaciones reglamenta su uso así: Las bandas, MHz, ,5 MHz y MHz se atribuyen a título secundario, conforme con la resolución 3382 de 15 de diciembre de 1995, para los sistemas de espectro ensanchado [2]. Bluetooth utiliza 79 canales de radio frecuencia con un ancho de banda de 1 MHz cada uno y una rata máxima de símbolos de 1 MSímbolo/s. Después de que cada paquete es enviado en una determinada frecuencia de transmisión, ésta cambia a otra de las 79 frecuencias [3]. El rango típico de operación de Bluetooth es menor a 10 m, sin embargo se pueden alcanzar distancias de hasta 100 m con el uso de amplificadores.

24 Como se puede observar en la Figura 1-1, la comunicación sobre Bluetooth se divide en varias capas. A continuación se presenta una breve descripción de algunas de ellas y se tratarán en mayor detalle en sub-capítulos posteriores. Figura 1-1. Stack de Protocolo Bluetooth La capa de comunicación más baja es llamada banda base. Esta capa implementa el canal físico real. Emplea una secuencia aleatoria de saltos a través de 79 frecuencias de radio diferentes. Los paquetes son enviados sobre el canal físico, donde cada uno es enviado en una frecuencia de salto diferente. La Banda

25 Base controla la sincronización de las unidades Bluetooth y la secuencia de saltos en frecuencia, además es la responsable de la información para el control de enlace a bajo nivel como el reconocimiento, control de flujo y caracterización de carga útil y soporta dos tipos de enlace: síncrono orientado a la conexión (SCO), para datos y asíncrono no orientado a la conexión (ACL), principalmente para audio. Los dos pueden ser multiplexados para usar el mismo enlace RF. Usando ancho de banda reservado, los enlaces SCO soportan tráfico de voz en tiempo real. El Link Manager Protocol (LMP) o Protocolo de Gestión de Enlace es el responsable de la autenticación, encriptación, control y configuración del enlace. El LMP también se encarga del manejo de los modos y consumo de potencia, además soporta los procedimientos necesarios para establecer un enlace SCO. El Host Controller Interface (HCI) o Interfaz del Controlador de Enlace brinda un método de interfaz uniforme para acceder a los recursos de hardware de Bluetooth. Éste contiene una interfaz de comando para el controlador banda base y la gestión de enlace y para acceder al hardware. El Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) o Protocolo de Control y Adaptación de Enlace Lógico, corresponde a la capa de enlace de datos. Ésta brinda servicios de datos orientados y no orientados a la conexión a capas superiores. L2CAP multiplexa los protocolos de capas superiores con el fin de enviar varios protocolos sobre un canal banda base. Con el fin de manipular paquetes de capas superiores más grandes que el máximo tamaño del paquete banda base, L2CAP los segmenta en varios paquetes banda base. La capa L2CAP del receptor reensambla los paquetes banda base en paquetes más

26 grandes para la capa superior. La conexión L2CAP permite el intercambio de información referente a la calidad de la conexión, además maneja grupos, de tal manera que varios dispositivos pueden comunicarse entre sí. El Sevice Discovery Protocol (SDP) o Protocolo de Descubrimiento de Servicio define cómo actúa una aplicación de un cliente Bluetooth para descubrir servicios disponibles de servidores Bluetooth, además de proporcionar un método para determinar las características de dichos servicios. El protocolo RFCOMM ofrece emulación de puertos seriales sobre el protocolo L2CAP. RFCOMM emula señales de control y datos RS-232 sobre la banda base Bluetooth. Éste ofrece capacidades de transporte a servicios de capas superiores (por ejemplo OBEX) que usan una línea serial como mecanismo de transporte. RFCOMM soporta dos tipos de comunicación, directa entre dispositivos actuando como endpoints y dispositivo-modem-dispositivo, además tiene un esquema para emulación de null modem. El control de telefonía binario (TCS binario) es un protocolo que define la señalización de control de llamadas, para el establecimiento y liberación de una conversación o una llamada de datos entre unidades Bluetooth. Además, éste ofrece funcionalidad para intercambiar información de señalización no relacionada con el progreso de llamadas. La capa de Audio es una capa especial, usada sólo para enviar audio sobre Bluetooth. Las transmisiones de audio pueden ser ejecutadas entre una o más unidades usando muchos modelos diferentes. Los datos de audio no pasan a través de la capa L2CAP, pero sí directamente después de abrir un enlace y un establecimiento directo entre dos unidades Bluetooth.

27 Protocolos Específicos Control de telefonía Comandos AT. Bluetooth soporta un número de comandos AT para el control de telefonía a través de emulación de puerto serial (RFCOMM). Protocolo Punto-a-Punto (PPP). El PPP es un protocolo orientado a paquetes y por lo tanto debe usar su mecanismo serial para convertir un torrente de paquetes de datos en una corriente de datos seriales. Este protocolo corre sobre RFCOMM para lograr las conexiones punto-a-punto. Protocolos UDP/TCP IP. Los estándares UDP/TCP e IP permiten a las unidades Bluetooth conectarse, por ejemplo a Internet, a través de otras unidades conectadas. Por lo tanto, la unidad puede actuar como un puente para Internet. La configuración TCP/IP/PPP está disponible como un transporte para WAP. Wireless Aplication Protocol (WAP) o Protocolo de Aplicación Inalámbrica. WAP es una especificación de protocolo inalámbrica que trabaja con una amplia variedad de tecnologías de red inalámbricas conectando dispositivos móviles a Internet. Bluetooth puede ser usado como portador para ofrecer el transporte de datos entre el cliente WAP y su servidor de WAP adyacente. Además, las capacidades de red de Bluetooth dan a un cliente WAP posibilidades únicas en cuanto a movilidad comparado con otros portadores WAP. Un ejemplo de WAP sobre Bluetooth sería un almacén que transmite ofertas especiales a un cliente WAP cuando éste entra en el rango de cobertura. Protocolo OBEX. OBEX es un protocolo opcional de nivel de aplicación diseñado para permitir a las unidades Bluetooth soportar comunicación

28 infrarroja para intercambiar una gran variedad de datos y comandos. Éste usa un modelo cliente-servidor y es independiente del mecanismo de transporte y del API (Application Program Interface) de transporte. OBEX usa RFCOMM como principal capa de transporte. La Figura 1-2 muestra una comparación del stack Bluetooth con el modelo de referencia estándar Open Systems Interconect, OSI, para stacks de protocolo de comunicaciones. A pesar de que Bluetooth no concuerda exactamente con el modelo, esta comparación es muy útil para relacionar las diferentes partes del stack Bluetooth con las capas del modelo OSI. Dado que el modelo de referencia es un stack ideal y bien particionado, la comparación sirve para resaltar la división de funciones en el stack Bluetooth. Figura 1-2. Modelo de referencia OSI y Bluetooth

29 1.1 BANDA BASE Descripción general. Bluetooth soporta un canal de datos asíncrono de hasta tres canales de voz simultáneos. El canal asíncrono soporta comunicación simétrica y asimétrica. En la comunicación asimétrica pueden ser enviados kb/s desde el servidor y 57.6 kb/s hacia el servidor, mientras que en la comunicación simétrica pueden ser enviados 433 kb/s en ambas direcciones. Bluetooth brinda conexión punto-a-punto o conexión punto-a-multipunto. Dos o más unidades compartiendo el mismo canal forman una piconet. Cada piconet debe tener un maestro y puede tener hasta siete esclavos activos, además pueden haber muchos más esclavos en estado parked. Estos esclavos no están activos en el canal sin embargo están sincronizados con el maestro con el fin de asegurar una rápida iniciación de comunicación. La interconexión de varias piconets forma una scatternet. Información más detallada se encuentra en la especificación Bluetooth [3]. En la Figura 1-3 se puede observar una piconet donde el PC actúa como maestro y los otros dispositivos son conectados como esclavos. Figura 1-3. Diagrama de una piconet.

30 1.1.2 Canal físico. El canal físico contiene 79 frecuencias de radio diferentes, las cuales son accedidas de acuerdo a una secuencia de saltos aleatoria. La rata de saltos estándar es de 1600 saltos/s. El canal está dividido en timeslots (ranuras de tiempo), cada slot (ranura) corresponde a una frecuencia de salto y tiene una longitud de 625 us. Cada secuencia de salto en una piconet está determinada por la dirección del maestro de la piconet. Todos los dispositivos conectados a la piconet están sincronizados con el canal en salto y tiempo. En una transmisión, cada paquete debe estar alineado con el inicio de un slot y puede tener una duración de hasta cinco timeslots. Durante la transmisión de un paquete la frecuencia es fija. Para evitar fallas en la transmisión, el maestro inicia enviando en los timeslots pares y los esclavos en los timeslots impares [3]. En la Figura 1-4 se puede observar este esquema de transmisión. Figura 1-4. Transmisión en una piconet Enlace físico. La comunicación sobre Bluetooth es perfecta para enlaces SCO o enlaces ACL. El enlace SCO es una conexión simétrica punto-a-punto entre el maestro y un esclavo específico. Para lograr la comunicación, el enlace SCO reserva slots en intervalos regulares en la iniciación, por esto el enlace

31 puede ser considerado como una conexión de conmutación de circuitos. El enlace ACL es un enlace punto-a-multipunto entre el maestro y uno o más esclavos activos en la piconet. Este enlace de comunicación es un tipo de conexión de conmutación de paquetes. Todos los paquetes son retransmitidos para asegurar la integridad de los datos. El maestro puede enviar mensajes broadcast (de difusión) a todos los esclavos conectados dejando vacía la dirección del paquete, así todos los esclavos leerán el paquete [3] Paquetes. Los datos enviados sobre el canal de la piconet son convertidos en paquetes, éstos son enviados y el receptor los recibe iniciando por el bit menos significativo. Como se observa en la Figura 1-5, el formato de paquete general consta de tres campos: código de acceso, cabecera y carga útil [3]. Figura 1-5. Formato de paquete general Código de acceso. Es usado para sincronización e identificación. Todos los paquetes comunes que son enviados sobre el canal de la piconet están precedidos del mismo código de acceso al canal. Existen tres tipos diferentes de código de acceso: Código de acceso al canal - Para identificar los paquetes sobre el canal de la piconet.