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Instituto Tecnológico de Durango

BLUETOOTH Gabriela Velázquez López

Capacidades generales 

Nos permite una: Fácil comunicación entre equipos móviles y fijos  Sin cables y conectores entre éstos  Crear pequeñas redes inalámbricas  Facilitar la sincronización 



Diseñado para dispositivos:  Económicos  Corto

alcance  De bajo consumo de energía 

Introducción 





Especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal (WPANs) Posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2.4 GHz. Los principales objetivos que se pretenden conseguir con esta norma son: Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.  Eliminar cables y conectores entre éstos.  Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales. 

Introducción 

Los dispositivos que con mayor frecuencia utilizan esta tecnología pertenecen a sectores de las telecomunicaciones y la informática personal, como:  PDAs  Teléfonos

móviles  Computadoras portátiles  Ordenadores personales  Impresoras  Cámaras digitales. 

Bluetooth y Wi-Fi 

Diferencias:  Bluetooth:

diseñado para sustituir cables en pequeños dispositivos móviles.  802.11b: diseñado para sustituir cables en LAN. 

 Bluetooth:

no necesita poco ancho de banda.  802.11b: requiere

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Similitudes:  Ambas

emiten en 2.4Ghz

+

3G

Alcance

Wifi Z ig b e e

Velocidad

+

-

-

Bluetooth

Historia 

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

El nombre procede del rey danés y noruego Harald Blåtand Cuya traducción al inglés sería Harold Bluetooth (Diente Azul, aunque en lengua danesa significa 'de tez oscura') Conocido por buen comunicador y por unificar las tribus

Historia Jaap Haartsen

Sven Mattisson

Forman SIG (Consorcio de Interés)

desarrollan

Estándar inalámbrico de interconexión por radios de bajo consumo de energía, corto alcance y económicos

Historia Tarjeta de comunicaci ones Bluetooth de Toshiba Ø se trata de un dispositi vo en formato PCMCIA Ø permite montar una red local de hasta siete ordenad ores sin necesida d de utilizar cables 

Historia q

IEEE bajo especificación del SIG comienza a trabajar

sobre BlueTooth como PAN (802.15) Su alcance se expandió rápidamente al de las LANs inalámbricas (802.11) Empezó a competir rápidamente con ellas. Ya que se encuentran en el mismo espectro de frecuencias

IEEE

lo aprueba como primer estándar de PANs

Clasificación de los dispositivos Bluetooth

Clase

Potencia máxima Potencia máxima Rango permitida permitida (aproximado) (mW) (dBm)

1

100 Mw

20 dBm

~100 metros

2

2.5 mW

4 dBm

~20 metros

3

1 mW

0 dBm

~1 metro

Versiones Versión

Características

Bluetooth v.1.1 La versión 1.2, a diferencia de la 1.1, provee una solución inalámbrica Bluetooth v.1.2 complementaria para co-existir Bluetooth y Wi-Fi en el espectro de los 2.4 GHz, sin interferencia entre ellos. La versión 1.2 usa la técnica "Adaptive Frequency Hopping (AFH)", que Bluetooth v.2.0 La versión creada para una especificación principalmente ejecuta una2.0, transmisión másser eficiente y un cifrado separada, más seguro. Para mejorar incorpora la técnica "Enhanced Data Rate" (EDR) que le permite las experiencias de los usuarios, la V1.2 ofrece una calidad de vozmejorar (Voice las velocidades de transmisión en hasta 3Mbps a la vez que intenta Quality - Enhanced Voice Processing) con menor ruido ambiental, y provee solucionar algunos errores de la especificación 1.2.con los otros dispositivos una más rápida configuración de la comunicación Bluetooth v.2.1 La versión 2.1, simplifica los pasos para crear la conexión entre bluetooth dentro del rango del alcance, como es pueden sermenor. PDAs, HIDs dispositivos, además el consumo de potencia 5 veces (Human Interface Devices), computadoras portátiles, computadoras de escritorio, Headsets, impresoras y celulares.

Funcionamiento Cada dispositivo deberá estar equipado con un microchip 9x9mm (tranceiver)  Transmite y recibe en la frecuencia de 2.4 ghz (sin necesidad de licencia)  Esta disponible en todo el mundo (con algunas variaciones de ancho de banda en diferentes países) Los datos, están disponibles tres canales de voz Cada dispositivo tiene una dirección única de 48 bits basado en el estándar IEEE 802. Las conexiones son uno a uno con un rango máximo de 10m (hasta 100m)       

  



Funcionamiento 







Los datos se pueden intercambiar a velocidades desde 712Kbps hasta 3 Mbps según versión Utiliza un esquema de "frequency hop" (saltos de frecuencia) que permite a los dispositivos comunicarse inclusive en áreas donde existe una gran interferencia electromagnética. Además provee de esquemas de encriptación y verificación El canal permanece abierto y no requiere la intervención directa y constante del usuario cada vez que se quiere enviar

Arquitectura q Diámetro de 10 metros q En una misma sala puede haber varias PicoNet conectadas mediante nodos puente q Un conjunto de PicoNets forman una ScatterNet q Tipos de Nodo esclavo: q Activo: Es aquel que esta en funcionamiento normal q Estacionado: Es aquel que esta en bajo consumo de energía y solo puede responder a una señal de activación del maestro.(hasta 255) q Puente: Es aquel mediante el cual se pueden

Arquitectura PicoNet 1 PicoNet 2

S S Esclavo activo

S M

S

S S

M S

S

S

Esclavo puente

Scatter net

S S

Esclavo estaciona do

Protocolos Bluetooth 

Radio Bluetooth Alcance Modulación Sensibilidad del receptor

10cm -100m GSFK -70dBm

Banda ISM

2.400-2.483,5 Ghz

Potencia de Conexión Consumo

0dBm (1mW) 300uA(max),30uA(standby), 50uA (retenido/aparcado)

Protocolos Bluetooth-Banda Base (I) Maestro Picored o Piconet ØSincronización Dos o más unidades dispositivos en la red comparten el mismo canal ØProcedimiento de búsqueda de esclavos •Esclavos aparcados •Esclavos Esclavos

Scatternet •Scatternet

Se sincronizan y siguen la secuencia determinada por el maestro

Protocolos Bluetooth-Banda Base (II) El una canal transmisión físico tiene cada79paquete frecuencias debe estar de radio alineado diferentes con el , las ••En inicio cuales de sonunaccedidas slot y puede mediante teneruna unasecuencia duración aleatoria de 5 . evitar en laentransmisión , elusmaestro •Para El canal estáfallos dividido slots, de 625 cada uno.envía en los slots pares y los esclavos en los impares. •Todos los dispositivos están sincronizados con el canal en salto y tiempo. 625us

Protocolos Bluetooth-Banda Base (III) •Enlace E n la ceACL S C (OAsyncronous ( S yn cro n oConection u s C o n n-eLess ctio) n - O rie n te d ) üü Conexión a punto con un ancho de banda fijo entre Conexiónpunto simétrica o asimétrica punto a multipunto sin el ancho maestro y un esclavo, entre específico . de banda prefijado un maestro y uno o mas esclavos activos. üEl enlace SCO reserva slots en intervalos regulares en la iniciación por de esocomunicación es considerado comotipo una de conexión de de CC. üEste enlace es un conexión conmutación de paquetes. üEn este tipo de enlace no es necesario asegurar la entrega y suele ser utilizado paralacomunicaciones de voz . utilizado para üSe necesita asegurar entrega de datos y es la transferencia de datos sin requerimientos temporales. •

Protocolos Bluetooth-Banda Base (III) 72 bits

Código de Acceso

54 bits

Cabecera

Hasta 2746 bits

Carga útil

Campo sincronizar , esta identificar y compensar .piconet El Código stmapara . deel detransmisión acceso de al canal: orientado Identifica a paquetes una .Todos Todoslos . los Se • Contiene conjunto datos que supone la información a paquetes comunes que son enviados sobre el canal de la piconet datos incluye que en se los envían paquetes a través intercambiados del canal son en un fragmentados canal . y transmitir están precedidos por. El el receptor mismo código de accesoy los procesará enviados en paquetes los recibirá SEQN HEC Dirección Flujo ARQN Tipo de acceso dispositivo: Utilizado para •Código por empezando el menosdesignificativo . procesos de señalización especiales. •Código de acceso de Búsqueda: Utilizado para procesos Numeración secuencial para para comprobar ordenar los de búsqueda de dispositivos . de redundancia Código errores datos y control de repetición de paquetes den transmisión Dirección De Temporal qué tipo de es 3el bits paquete que la se enviado utiliza y cuántos para Bit de reconocimiento de paquetes : paquete Notificar al emisor que el buffer esta lleno y distinguir slots losvadispositivos ocupar activos en una piconet correcto o incorrecto debe de dejar de transmitir

Protocolos Bluetooth-Banda Base (IV) •Establecimiento de conexiones en Bluetooth Búsqueda Pregunta (Paging (inquiry ) )

El Entonces El procedimiento esclavo maestro activa de “se inquiry y responde encontrará conennuevo aestado un mensaje dispositivo page ACKcual Después deelse haber recibido su” permite código de acceso , el, el esclavo descubrir transmite donde envía qué el dispositivos nuevodesu dirección (DAC en , ) cambia del su acceso zona dispositivo elde de , transmite undecódigo mensaje conacceso suestán código de ,código ycobertura se queda determinando esclavo acceso . Esto sus elenvía direcciones maestro su reloj loelhace y,maestro el queda de reloj forma establecida repetida todos aquellos así enla activadotambién en espera . Cuando haderecibido este que diferentes conexión respondan .ACKcanales al mensaje de paquete salto de búsqueda yadeque reloj . Entonces de maestro , si el y paquete , envía un control con información dispositivo esclavo emisor desea, establecerá Y se de queda unaa conexión la espera con de acerca denosuestán relojsincronizados ,lodirección , .clase dispositivo , etc . alguno la respuesta de los del dispositivos esclavo. descubiertos.

46238447

Inqui page ry mode

UnCuando dispositivo que El mensaje de búsqueda no el quiera con contiene ningún tipo dispositivo de conectar atienda otro información sobre la afuente latransmitirá pregunta de emisora del mensajeforma , transmitirá no continuaun mensajes obstante, puede indicar mensaje qué en de diferentes 46238447 clase de dispositivosrespuesta secuencias con su de salto deberían responder. parámetros Inquiry response

Protocolos Bluetooth-LMP (I) Formato LMP -Link de Manager paquete protocol El siguiente protocolo específico se encarga de la gestión del enlace entre dispositivos Bluetooth, de la seguridad , del control de paquetes, potencia, calidad del de servicio y control de la piconet. piconet Código de Acceso

ID transacción

Cabecera

Código Op

Carga útil

Content

CRC

LMP especifica un conjunto de PDU obligatorias y otras opcionales. Las obligatorias deben ser soportadas por defecto. Las opcionales no tienen porque ser soportadas, no obstante es recomendable su soporte.

1. Id Transacción: Indica si la PDU es del maestro o del esclavo 2. Código Op.: Código que permite identificar las PDUs. 3. Content: Contendrá información especifica de la aplicación.

Protocolos Bluetooth-LMP (II) Establecimiento de Conexión Una vez establecidos las el configuraciones necesarias los dos El Tras Ahora dispositivo haberse ambos lados completado receptor de todas la recibe el comunicación procedimiento mensaje se intercambian dey obtiene búsqueda información ya datos se, está sobre listo dispositivos se mandan LMP_setup_complete . Después de esto , se para sobre paridad establecer la, conexión autentificación unaqueconexión se va y encriptación abrir LMP. .EnEste primer dispositivo paralugar conocerse elremoto dispositivo mutuamente puede emisor . procederá a la transmisión de los paquetes de los diferentes envía laoprimitiva aceptar rechazar esa LMP_host_connection_req petición de conexión. mediante una primitiva canales lógicos que emplea LMP.

Procedimientos para paridad, Configuración completa autentificación ydeencriptación Aceptación /rechazo Requerimiento conexión

Protocolos Bluetooth-L2CAP Segmentación de Servicio y reensamblado de paquetes largos ••Calidad Formato paquetes L2CAP Multiplexación es del un protocolo de L2CAP que protocolos se encuentra por encima del anterior •Los paquetes definidos en la banda base tienen cierta limitación de L2CAP sigue un modelo de comunicación basado enprotocolos canales .debido Un canal representa protocolo L2CAP debe ( LMP soportar ), se encarga multiplexación de adaptar de los protocolos , superiores a que elal L2CAP permite el intercambio de información teniendo en cuenta la tamaño . Si se usa entre este tamaño de paquete con los protocolo de orden un flujo de datos entidades L2CAP en dispositivos remotos . Los canales protocolo de banda (un base esineficiente incapaz distinguir a los protocolos calidad de servicio QoSuso ) .esperada entrede dos unidades Bluetooth y así superior ,noresultaría del ancho de banda , debido apaquetes que pueden o ser orientados a la conexión . Como se pude observar los monitorizar que no se violen los contratos de calidad de servicio de orden superior . los protocolos superiores están diseñados para trabajar con paquetes de tienen tres. campos : existentes tamaño mucho mayor. Podemos tener dos tipos de calidad de servicio o el de Best Effort (el mejor esfuerzo Datagrama SDP ) o el llamado guaranteed RFCOMM . Las opciones TCSconfigurables de Datagrama calidad servicio son el ratio de tokens, latencia, tamaño del pozal, los picos de ancho de banda de la aplicación o las variaciones de retraso Paq . L2CAP

L2CAP

Paq . L2CAP

Especifica la Identificador Contendrá los longitud del datos recibidos de canal a la f1 campo de f2 datos en f3 Banda Base y enviados f1 f2 bytes capa red

1

2

3

4

1

2

f3

3

4

Protocolos Bluetooth-SDP Buscando servicios …

Servicios encontrados : Servicio 1 Tipo A Servicio 2 Tipo B Servicio 3 Tipo A

SDP proporciona un mecanismo que permite a las aplicaciones descubrir cuales son los servicios disponibles en su entorno y determinar las propiedades específicas de éstos. Los servicios disponibles cambian continuamente debido al dinamismo existente en el entorno

Protocolos BluetoothRFCOMM El protocolo RFCOMM permite emular el funcionamiento de los puertos serie sobre el protocolo L2CAP. Ante una configuración RFCOMM nos encontramos básicamente con dos tipos de dispositivos: Tipo 1 Se trata de dispositivos terminales de comunicación

Tipo 2 Son aquellos que forman parte de un segmento de comunicación

Perfiles Bluetooth Perfiles 1 ) Perfil de acceso Genérico ( GAP ): Se encarga de procedimientos para el descubrimiento y establecimiento de Son un conjunto de mensajes y procedimientos para un conexión para unidades Bluetooth . situación de uso del equipo. Ventajas: RFCOMM SDP 1)Permiten que no sea necesario implementar en un 2 ) Perfil de Aplicación descubrimiento dispositivo toda la piladel de protocolos ,sólo losde L2CAP Servicio ( SDAP para descubrir necesarios . ): Define los procedimientos servicios registrados en otros dispositivos 2)Aseguran la interoperabilidad entre varias unidades Bluetooth que cumplan los mismos Audio perfiles HCI 3 ) Perfil de Puerto Serie ( SPP ): Define los Gestor de procedimientos para poder simular el puerto serie en los enlace dispositivos Bluetooth Banda Base de intercambio de objetos ( GOEP ): Este perfil define como los dispositivos Radio de Bluetooth deben soportar los modelos de intercambio objetos

Ineficiente 4 ) Perfil genérico

Aplicaciones Bluetooth 

1. Acceso genérico: Su tarea principal es establecer enlaces seguros entre el maestro y el esclavo 



2. Descubrimiento de servicios: Perfil utilizado entre los dispositivos BLUETOOTH para consultar los servicios que ofrece el otro 



3. Puerto serie: Utilizado por perfiles que necesitan una interacción serie. Emula un puerto serie 



4. Intercambio genérico de objetos : Define una relación cliente servidor para el intercambio de

Aplicaciones Bluetooth  





5. Acceso a LAN: Permite a un dispositivo conectarse a una LAN fija, compite directamente con 802.11 – 6. Acceso telefónico a redes: Permite a una computadora portátil conectarse a un teléfono móvil que tenga modem. 1. 7. Fax: Parecido al 6 posibilita a maquinas de fax portátiles trabajar a través de un celular.

 

8. Telefonía inalámbrica: Permite conectar un

Aplicaciones Bluetooth  



9. InterCom: Hace posible que dos teléfonos móviles función como Walkie-Talkie. Ejemplo (NEXTEL)

12.



10.

HeadSet: Perfil que posibilita la comunicación “manos libres”



11.

Envío de objetos : Ofrece una manera de intercambiar objetos simples.

Transferencia de archivos: Proporciona una caracteríztica para transferecia de archivos mas general.

Aplicaciones Bluetooth 

Tarjetas bluetooth



q Se trata de tarjetas pensadas especialmente para equipos portátiles que, integradas en el PC, permitirían al usuario llevar a cabo tareas como las anteriormente descritas (conexión de periféricos, transmisión de datos...) sin necesidad de tener que incorporar manualmente un dispositivo Bluetooth externo (por ejemplo USB), algo así como “Bluetooth de serie”. q Aunque ya hay disponibles algunos en el mercado, estos modelos aún no aprovechan plenamente las ventajas que ofrece el estándar.

Aplicaciones Bluetooth Incorporación a otros dispositivos electrónicos

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Diversos fabricantes estudian la implantación de chips bluetooth en varios de sus ingenios. Así por ejemplo 



El usuario podrá disponer de reproductores de música con auriculares inalámbricos, acceso a internet para descarga de temas o­nline, etc. O de electrodomésticos activables por voz (campo conocido como domótica)

Aplicaciones Bluetooth Aplicaciones Java

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La integración de la tecnología bluetooth con java permite la generación de interfaces personalizadas para distintos tipos de usuario capaces de efectuar transmisión de datos, registros o descubrimiento de dispositivos. 

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