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Comunicaciones Inalámbricas

1. Introducción Las innovaciones tecnológicas creadas por los ingenieros en el siglo 20 han tenido un profundo impacto en nuestro estilo de vida. Al volar de noche sobre una ciudad puede observarse el impacto de esta revolución: edificios carreteras y puentes creados por ingenieros civiles, iluminación debida a los ingenieros electricistas y autos y aviones producto de la ingeniería mecánica. Sin embargo, la infraestructura de la industria más compleja, con el mayor mercado y que nos ha permitido ingresar a la edad de la tecnología de la información es prácticamente invisible porque está, en gran parte, bajo tierra. Se trata de la industria de las telecomunicaciones y redes. Para tener una idea del tamaño de la industria de las telecomunicaciones, considérese que la AT&T (American Telephone and Telegraph) tenia, antes de su desmembramiento a principios de los años ’80, un presupuesto comparable con el del país con la quinta economía mas grande del mundo. La AT&T fue la mayor compañía de telecomunicaciones del mundo y sus ingresos provenían del sistema telefónico tradicional (POTS: Plain Old Telephone Service) introducido en 1867. Durante las dos últimas décadas, la industria de telefonía celular ha crecido hasta tener mil millones de subscriptores a nivel mundial. Los ingresos de la industria inalámbrica superan, hoy en día, los de la telefonía tradicional. El mayor contribuyente a estos ingresos es producto de la telefonía celular. En la figura se muestra el crecimiento de la telefonía fija (POTS) e inalámbrica y de Internet. En conjunto forman la industria de intercambio de información que es, por una gran margen, la mayor industria del mundo. La industria de las redes inalámbricas contribuye con una tercera parte de ingreso de la industria de la información y esta fracción está en aumento. Aunque hoy en día el mayor factor es la telefonía celular, se espera que en el futuro la mayor contribución provenga del acceso inalámbrico de banda ancha a Internet.

2. Aspectos físicos Las telecomunicaciones utilizan medios físicos para transmitir información. En general, la capacidad de los medios de comunicación para transmitir información se basa en fenómenos de naturaleza electromagnética, en particular en ondas electromagnéticas (OEM). Las OEM se producen cuando un campo eléctrico y un campo magnético interactúan de forma cíclica a medida que se propagan en el espacio. Estos campos son perpendiculares entre sí y perpendiculares a su vez a la dirección de propagación de la OEM. La figura ilustra una OEM.

Campo eléctrico Movimiento de la onda

Campo Magnético Las OEM viajan a la velocidad de la luz, cerca de 300.000 kilómetros por segundo en el vacío y a velocidades menores en medios físicos. Las OEM se clasifican según su frecuencia de oscilación f o de su longitud de onda λ. El producto de estas cantidades para una OEM es igual a la velocidad de la luz en el vacío, de manera que cualquiera de los dos puede utilizarse para describir una onda en particular. La frecuencia de una onda define su energía, así como sus demás propiedades, tales como interacción con medios físicos. La frecuencia de una OEM puede, en teoría, tomar cualquier valor desde cero hasta infinito. Este rango se divide en bandas a los que se han asignado nombres tales como radio, microondas, luz visible, rayos x, etc. El espectro electromagnético es un diagrama que muestra las diversas bandas de frecuencia. Cuando un medio puede transmitir OEM de cierta frecuencia se dice que el medio es transparente a esa frecuencia. Las comunicaciones inalámbricas ocurren, en general a través de la atmósfera terrestre, por lo tanto solo las frecuencias que viajan libremente a través de ella son útiles. Las principales regiones que se utilizan para telecomunicaciones son la ventana de radio (incluyendo microondas) y la ventana óptica.

El espectro electromagnético es un recurso escaso. Sólo puede enviarse un número limitado de señales en una banda del espectro sin que interfieran entre sí. Para minimizar la interferencia se establecen separaciones mínimas entre las frecuencias en las que se emiten las señales. La mayoría de las bandas útiles del espectro están reguladas por organismos nacionales e internacionales y se requiere adquirir licencias para operar equipos de transmisión. Existen sin embargo algunas frecuencias que no están reguladas y que pueden ser usadas libremente. Las regulaciones para el uso del espectro electromagnético varían de país en país, por lo que con frecuencia el equipamiento que se utiliza en un país no puede usarse en otros. Para transmitir señales mediante ondas electromagnéticas, estas se modifican mediante un proceso llamado modulación de manera que la señal a enviar se sobreponga sobre la misma. Los esquemas de modulación más conocidos son: modulación de amplitud (AM) y modulación de frecuencia (FM). La onda pura, sin señal, se llama portadora y su frecuencia define las características de los equipos emisores y receptores, así como de las antenas. La modulación ocasiona que la onda modulada se disperse alrededor de la frecuencia de la portadora, por lo que se requiere que se asigne un ancho de banda (rango de frecuencias alrededor de la frecuencia portadora) para la transmisión. El ancho de banda limita la cantidad de información que puede enviarse. A frecuencias bajas el ancho de banda disponible es menor, lo cual resulta en velocidades de transmisión de información bajas. Por otra parte las antenas requeridas, que deben tener tamaños similares a la longitud de onda de la portadora, son demasiado grandes para equipos móviles. Las ondas de baja frecuencia son omnidireccionales, pueden rodear o atravesar obstáculos e incluso seguir la curvatura de la tierra, su intensidad disminuye proporcionalmente a la tercera potencia de la distancia. A frecuencias altas, por otra parte, las ondas viajan en línea recta y pueden transmitirse como un haz coherente, pero no pueden atravesar obstáculos tales como edificios. Algunas frecuencias son reflejadas por la ionosfera y pueden alcanzar grandes distancias.

3. Canales de comunicación Las aplicaciones compiten por el uso del espectro electromagnético. Es por ello que se trata de obtener el mayor provecho posible del ancho de banda disponible. Las aplicaciones analógicas pueden dividir una banda en canales asignando diferentes frecuencias a cada canal. Es se conoce como FDM (Frequency Division Multiplexing) o FDMA (Frequency Division Multiple Access). La aplicaciones digitales pueden, a su vez subdividir un canal dividiendo el tiempo en ranuras y asignando una ranura a cada sub-canal. Este enfoque se conoce como TDM (Time Division Multiplexing) o TDMA (Time Division Multiple Access).

Un tercer enfoque que permite incrementar aún mas el número de sub-canales es conocido como CDMA (Code Division Multiple Access) y se discutirá en detalle mas adelante.

3.1 Transmisión por paquetes En la telefonía tradicional cuando se hace una llamada se establece un circuito físico entre los puntos de origen y destino (Circuit switching). Por otra parte, cuando se transmiten datos, no se requiere mantener el canal abierto todo el tiempo: sólo cuando se requiere recibir o transmitir información. Para utilizar mejor los recursos, varias aplicaciones digitales pueden compartir una canal de comunicaciones dividiendo la data en paquetes y ocupando el canal solo cuando están enviando o recibiendo información. Para que este enfoque, denominado transmisión por paquetes (Packet Switching) funcione, las aplicaciones deben poder determinar cuando pueden usar el canal para transmitir, es decir debe establecerse una política de acceso al canal. Por otra parte, las estaciones escuchan el canal continuamente pero solo aceptan los paquetes dirigidas a ellas, es decir se requiere de un esquema de direccionamiento. Cuando dos o más estaciones tratan de transmitir simultáneamente, se produce una colisión y las transmisiones fallan. Estos y otros aspectos se definen en un protocolo de comunicaciones.

3.2 Protocolos para transmisión por paquetes El protocolo ALOHA para transmisión por paquetes fue desarrollado por la Universidad de Hawai hacia 1970 y fue diseñado para comunicar las distintas islas. En este protocolo, cada estación puede transmitir en cualquier momento. Si se produce una colisión, cada estación espera un tiempo aleatorio para retransmitir. Con este protocolo se aprovecha cuando mucho un 18.4% del canal. Una versión mejorada del protocolo ALOHA divide el tiempo en intervalos discretos. Las estaciones solo pueden iniciar una transmisión al inicio de uno de estos intervalos. Esto duplica la eficiencia, permitiendo utilizar hasta un 36.8% del canal. La siguiente mejora en los protocolos tipo ALOHA fue CSMA (Carrier Sense Multiple Access). En este caso, cuando un nodo desea transmitir primero escucha el canal para determinar si esta libre y si lo esta, intenta transmitir. Existen dos variantes de CSMA. En la variante persistente-p la estación monitorea el canal continuamente cuando desea transmitir y al liberarse el canal transmite con probabilidad p (0 < p ≤ 1). En la variante no persistente solo se examina el canal a intervalos regulares. Con CSMA se puede llegar a utilizar porcentajes elevados del canal como puede verse en la figura. El protocolo CSMA puede mejorarse aun más si se detienen las transmisiones en el instante en que se detecta que existe una colisión. El protocolo resultante CSMA/CD (CSMA/Collision Detect) se usa ampliamente en redes locales, en particular en el estándares IEEE 802.3, también conocido como Ethernet. Un factor importante en la

eficiencia de estos protocolos es el tiempo que la señal necesita para propagarse a todas las estaciones o tiempo de retardo. A medida que aumenta el tiempo de retardo, se incrementa la probabilidad de que se produzca una colisión. Por eso en los estándares se limita1 la separación máxima entre estaciones. En el caso de Ethernet la distancia máxima es de unos tres Kilómetros.

Existe cantidad de otros protocolos, entre ellos algunos que evitan colisiones. Por ejemplo los protocolos con testigo tienen un paquete especial (testigo o token) que circula continuamente por todas las estaciones y solamente la estación que está en posesión del testigo puede transmitir. En redes inalámbricas, no todas las estaciones pueden escucharse entre si. Para resolver este problema, en el protocolo MACA (Multiple Access with Collision Avoidance) las estaciones intercambian continuamente paquetes cortos RTS (Request To Send) y CTS (Clear To Send) para coordinar el uso del canal. Mas adelante se discutirán otros protocolos diseñados para transmitir datos utilizando la infraestructura de la telefonía celular.

4. Sistemas de comunicación inalámbrica Algunos de los sistemas de comunicación inalámbrica disponibles se enumeran a continuación: • • 1

Ventana óptica o Infrarrojo o Luz visible Radiofrecuencia

También existen limitaciones para algunos tipos de medios ya que estos pueden estar sujetos a interferencia electromagnética, atenuación, etc.

o Bandas reguladas § Telefonía celular • GSM • CDPD • CDMA § Microondas § Satélites de comunicaciones • Geosíncronos • De orbita baja o Bandas no reguladas § Ethernet inalámbrico (IEEE 802.11) § Bluetooth Aunque existen equipos para transmisión en la ventana óptica, a estas frecuencias las ondas electromagnéticas solo viajan en línea recta y son afectadas por obstáculos, variaciones de temperatura en la atmósfera, etc. lo que limita sus aplicaciones. En las secciones siguientes se discutirán en detalle solamente las aplicaciones basadas en telefonía celular y las basadas en bandas no reguladas.

4.1 Telefonía Celular Existen muchos sistemas distintos de telefonía móvil en el mundo. Los sistemas difieren en tecnologías y bandas de frecuencia. Además, como resultado de su evolución, estos sistemas se clasifican en varias generaciones. La característica común a los sistemas celulares es la división de un área geográfica en celdas o células y la reutilización de frecuencias en celdas no adyacentes. Esto permite dar servicio a una mayor cantidad de clientes y un mayor número de llamadas simultáneas sin requerir una mayor porción del espectro electromagnético. En cada celda se dispone de cierta cantidad de canales bidireccionales, lo cual limita el número de llamadas simultáneas que pueden ocurrir. Cuando la demanda de clientes en una celda crece hasta saturar la capacidad del sistema, la celda debe dividirse en celdas de menor área a fin de mantener la calidad del servicio. Para establecer una comunicación bidireccional entre el equipo móvil y la estación base se usa un par de frecuencias, una para transmisión en cada dirección. Al iniciarse una llamada, el equipo móvil negocia la selección de estas frecuencias con la estación base más cercana, aquella cuya señal detecta con mayor intensidad. Cuando el equipo móvil se acerca a la frontera entre dos celdas ocurre un proceso llamado handoff en el cual se negocia un nuevo par de frecuencias, se establece una conexión con la nueva estación base y por último se libera la conexión con la estación base anterior.

4.1.1 Evolución de la telefonía celular La evolución de la telefonía celular es complicada ya que distintos países establecieron esquemas de transmisión y bandas de frecuencia diferentes e incompatibles entre si. La figura ilustra como esta evolución ha tenido lugar en Estados Unidos, Europa y Japón. Generación

1

2 IS-54 IS-136

USA

2.5

3

EDGE

3G

AMPS IS-95

CDMA2000 1X

CDMA2000 3X

NMT GSM

Europa

GPRS

EDGE

UMTS

TACS Japón

NTT/ JTACS

JDC/ PDC

WCDMA

La primera generación de telefonía celular utiliza transmisión analógica y modulación de frecuencia. El ancho de banda disponible se divide mediante FDMA dando origen a unos 400 canales bidireccionales, de los cuales cerca de 50 se usan en cada celda. La transmisión de datos requiere de un MODEM similar al los que se usan en líneas telefónicas convencionales, es decir, se debe hacer una llamada y los datos deben ser convertidos a formato analógico para su transmisión y de nuevo a digital para ser aceptados en el destino. Las velocidades típicas son del orden de 9600 bps o menos. El sistema Norteamericano de primera generaciones conoce como AMPS (Advanced Mobile Phone System). En Europa se utilizan múltiples sistemas en los diversos países. Entre estos tenemos NMT (Nordic Mobile Telephone) en los países escandinavos y TACS (Total Access Communications System) entre otros. Los sistemas de primera generación en Japón son NTT (Nippon Telephone and Telegraph) y JTACS (Japanese TACS). La segunda generación de telefonía celular utiliza transmisión digital y técnicas de modulación mas avanzadas por lo que se aprovecha mejor el ancho de banda disponible por canal. El número de canales también es mayor ya que pueden emplearse TDMA y CDMA. Al ser digitales las transmisiones, se facilita la transmisión de datos.

Sin embargo, las velocidades de transmisión son relativamente bajas, típicamente menos de 19.200 bps. El sistema europeo de segunda generación se conoce por la sigla GSM (Group Special Mobile que luego se convirtió en Global System for Mobile communications). En Norteamérica se establecieron dos sistemas de segunda generación el IS-54 (Interim System 54) luego actualizado a IS-136 y el IS-95. El sistema de segunda generación en Japón se conoce como PDC o JDC (Personal Digital Cellular o Japanese Digital Cellular). IS-95 usa CDMA mientras que los demás usan TDMA. Además de voz, los sistemas celulares se utilizan para transmitir datos. El protocolo CDPD (Cellular Digital Packet Data) permite transmitir datos sin necesidad de realizar una llamada telefónica celular, es decir sin necesidad de establecer un circuito. CDPD solo usa un canal de transmisión cuando esta enviando o recibiendo información. Cuando se necesita enviar un paquete de datos CDPD comienza a escuchar los canales del sistema celular hasta encontrar uno que este libre. Al obtener un canal CDPD envía el paquete de datos y libera el canal hasta la próxima transmisión. Como CDPD solo usa la capacidad ociosa del sistema, resulta muy económico y las compañías proveedoras de servicios celulares pueden ofrecerlo a bajo precio. Por otra parte, en un sistema congestionado puede ser difícil encontrar un canal libre lo que va en detrimento de la calidad de servicio. El proveedor puede aliviar esta situación asignando algunos canales para uso exclusivo de CDPD, pero estos se restarían del servicio de voz, representando un costo mayor. La principal desventaja de CDPD es su relativamente baja velocidad de transmisión de 19.200 bps (19,2 Kbps). La creciente demanda en el sector de transmisión de datos motiva el siguiente paso en la evolución de los servicios celulares. El objetivo final de la tercera generación es el del servicio universal. Es decir, un sistema que funcione de igual manera en todos los países, que pueda transmitir tanto voz como datos, que reemplace tanto los servicios celulares de segunda generación como servicios similares como PCS (Personal Communications Systems) y los servicios móviles de datos. Así mismo, se espera que la tercera generación mejore la calidad de los servicios de voz, incremente la capacidad de las redes y logre mayores tasas de transferencia de datos. Para lograr todo esto, la tercera generación empleará transmisión por paquetes en vez de transmisión por circuitos. Debido a las diferencias entre los diversos sistemas celulares, no es fácil lograr los objetivos propuestos por la tercera generación. De hecho los sistemas propuestos como “de tercera generación”, aunque tienen similitudes, aun son incompatibles entre si. Mientras tanto, la demanda de acceso a datos digitales, entre ellos a Internet, ha obligado a las operadoras a ofrecer sistemas de transición y que se han denominado generación 2.5. En Europa, el primer paso intermedio se denomina GPRS (General Packet Radio Services) que superpone un servicio de transmisión por paquetes sobre GSM. El siguiente paso se conoce como EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) que es un

nuevo esquema de modulación que triplica la velocidad de GPRS. El estándar europeo de tercera generación es UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). UMTS usa una frecuencia de 2000 Mhz distinta de la de los sistemas de primera y segunda generación. A diferencia de GSM que usa TDMA, UMTS usa una variante de CDMA conocida como WCDMA (Wideband CDMA) que usa un ancho de banda de 5 Mhz en vez de 1.25 Mhz. En Norteamérica los sistemas TDMA evolucionarán hacia EDGE similar al estándar europeo aunque a frecuencias ligeramente diferentes. Sin embargo la tercera generación no utilizará UTMS. Por otra parte los sistemas CDMA evolucionarán hacia CDMA2000 1x y luego a CDMA2000 3x. Cada paso representa una mejora en procesamiento, ancho de banda y/o modulación. Lamentablemente estas versiones de CDMA no son compatibles con WCDMA. En Japón no se consideró necesaria una generación intermedia por lo que es el primer país en implementar facilidades de tercera generación. Su sistema esta basado en WCDMA y es similar al sistema UMTS europeo. La siguiente tabla resume algunas características de los sistemas de la diversas generaciones.

Tipo de señal Transmisión Servicio de datos Velocidad

Generación 1 Analógica Por circuitos Modem 9.6 Kbps

Generación 2 Digital Por circuitos Mensajes/WAP 19.2 Kbps

Generación 2.5 Digital Por paquetes Internet 144 Kbps

Generación 3 Digital Por paquetes Multimedia 384-2048 Kbps

4.1.2 CDMA La tecnología CDMA es fundamental para uno de los sistemas celulares actuales y tendrá aún más importancia cuando entre en vigencia la tercera generación. Por ello es importante entender como funciona esta tecnología. CDMA es una tecnología de espectro disperso. Esto significa que para efectuar una transmisión, en vez de una señal de alta intensidad y estrecho ancho de banda, se utiliza una señal de baja intensidad y amplio ancho de banda. Por ejemplo, un canal de voz que ocuparía unos 30 KHz usando FDMA/TDMA se dispersa a 1.25 MHz en CDMA de segunda generación y a 5 MHz en WCDMA. El método que CDMA utiliza para dispersar la señal es DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Este método requiere que la señal que se desea transmitir sea digital. Cuando una señal se dispersa en un mayor rango de frecuencias, su intensidad disminuye, ya que la energía total se mantiene. Esto permite que las señales de distintas conversaciones puedan sumarse, siempre que sea posible etiquetar cada señal de alguna manera que permita después identificarla y recuperarla. También se requiere que todas la

señales se reciban en la estación base con aproximadamente la misma intensidad. Para lograrlo las estación base indica a los equipos móviles a cual nivel de potencia deben transmitir. La figura ilustra el proceso identificando las señales mediante colores.

Espectro Disperso

Intensidad

Intensidad

Banda Angosta

Frecuencia

Frecuencia

Para identificar cada señal, CDMA realiza una operación binaria, llamada NXOR (Not eXclusive OR), entre la secuencia binaria a transmitir y una secuencia, llamada chip, que se repite periódicamente a una tasa (bits por segundo) mucho mayor. La operación NXOR produce un bit uno si las dos señales son uno o las dos son cero y cero sin son diferentes. Esta operación es simétrica, lo que significa que la señal original puede recuperarse (convertirla en banda angosta nuevamente) aplicando a la señal dispersa usando el mismo chip. Para que la tecnología funcione los chips aplicados a las diversas señales deben ser ortogonales entre si. Cuando a la suma de un conjunto de señales dispersas se aplica NXOR con un chip, solamente la señal correspondiente a ese chip será transformada a banda angosta y por tanto aparecerá con una alta intensidad. Las demás serán re-dispersadas y por tanto serán de baja intensidad y podrán ser filtradas. Por otra parte, cualquier señal de banda estrecha que invada la banda de frecuencias utilizada también será dispersada y filtrada por el equipo receptor. En la práctica, los chips se escogen de manera tal que todos puedan ser colocados en una larga secuencia binaria en la cual, comenzando en cada bit de la secuencia se obtiene un nuevo chip. De forma, la secuencia de bits es la misma para todas las estaciones y el emisor y receptor solo deben ponerse de acuerdo sobre cual es el bit en el que se inicia su chip. Esto requiere que todos los equipos estén sincronizados por un reloj maestro.

La siguiente figura ilustra el proceso de dispersión y recuperación de una señal. En la figura la señal 101101 es parte de una conversación y se uso para fines ilustrativos una frecuencia solo seis veces mayor para el chip.

Dispersión de una señal Señal original

1

0

1

1

0

1

0

1

Chip Señal dispersa Recuperación de una señal Señal dispersa Chip Señal original

1

0

1

1

4.2 Ethernet inalámbrico (IEEE 802.11) Los estándares de la serie 802 del IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) son fundamentales en el área de redes locales o LANs (Local Area Networks) en particular 802.2 define la interfaz entre la capa de enlace de datos y la capa de red, mientras que 802.3 es básicamente equivalente a Ethernet y 802.11 aplica a redes locales inalámbricas o WLANs (Wireless LANs) Las WLANs transmiten datos a altas velocidades (al menos 1 Mbps) pero solamente a distancias cortas (unos cientos de metros) con el fin de proveer acceso LANs convencionales y al Internet. Las bandas de frecuencia utilizadas por IEEE 802.11 no están reguladas por lo que no requieren licencias para su operación lo que facilita la instalación de servicios de este tipo. La norma 802.11 tiene otras dos variantes, 802.11a 802.11b diseñadas para proporcionar mayores velocidades de transmisión. Por otra parte, otras aplicaciones podrían desear utilizar las mismas bandas en interferir con la transmisión de datos. La siguiente tabla resume algunas de las características más importantes de estos estándares.

Parámetro Estado

802.11 Aprobado, productos

Banda de frecuencias Modulación Velocidad de transmisión

802.11a Aprobado, productos en desarrollo

802.11b Aprobado, productos

2.4 GHz

5 GHz

2.4 GHz

DSSS

DSSS 6, 9, 12, 18, 24, 36, 54 Mbps

OFDM

1, 2 Mbps

1, 2, 5.5, 11 Mbps

Los estándares IEEE 802.11 y 802.11b la misma técnica de espectro disperso que usa CDMA. En cambio 802.11a utiliza OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). 802.11b también conocida Wi-Fi es la tecnología más popular en los momentos y para la que se dispone de la mayor cantidad de productos comerciales. Dependiendo del tipo de antena y de la potencia del transmisor es posible crear redes Wi-Fi de varios kilómetros de diámetro y enlaces punto a punto a distancias aun mayores. Una de las preocupaciones en este tipo de redes es la seguridad, ya que una configuración incorrecta de los equipos puede dar acceso a usuarios no autorizados a la red.

4.3 Bluetooth El término Bluetooth se refiere a una especificación abierta para una tecnología que permita comunicación inalámbrica de corto alcance para voz y datos en cualquier parte del mundo. Esta definición incluye ciertos puntos que vale la pena resaltar: •

Especificación abierta: La especificación fue desarrollada por un grupo de interés especial (SIG) y esta disponible a todo el público sin costo. Los fundadores del SIG fueron Ericsson, Intel, IBM, Nokia y Toshiba luego se incorporaron 3Com, Lucent, Microsoft y Motorola. Actualmente mas de 2400 compañías han adoptado la especificación,

•

Comunicación inalámbrica de corto alcance: Bluetooth pretende reemplazar una variedad de cables de interconexión por ondas de radio con un protocolo común. La tecnología ha sido diseñada específicamente pero corto alcance (nominalmente 10 metros) lo que requiere bajos niveles de potencia y es por tanto adecuado para dispositivos pequeños y portátiles.

•

Voz y datos: hoy en día, las comunicaciones de voz frecuentemente se transmite en formatos digitales. Bluetooth tiene facilidades tanto para comunicaciones de

voz como de datos y por tanto permite que todo tipo de dispositivos se comuniquen usando alguno o ambos de estos medios. •

En cualquier parte del mundo: Bluetooth usa la banda de 2.4 GHz que es no regulada en casi todos los países.

La especificación Bluetooth consta de mas de 1500 paginas dividida en dos grupos: protocolos comunes (core) y perfiles. Los protocolos comunes definen las diferentes capas de la pila de protocolos utilizados, desde la interfase de radio hasta el control de enlace. Los perfiles describen el uso de Bluetooth en varias aplicaciones, de forma tal que productos de diversos fabricantes para la misma aplicación puedan interoperar entre sí. La arquitectura de protocolos de Bluetooth incluye los protocolos básicos, el protocolo para reemplazo de cables, el protocolo para control de telefonía y los protocolos adoptados. Los protocolos básicos forman una pila de cinco capas que incluye: • • • • •

Radio: Interfase, frecuencias, saltos de frecuencia, modulación y potencia. Baseband: Establecimiento de conexión, direccionamiento, formato de los paquetes, señalización, control de potencia. LMP (Link Manager Protocol): Autenticación de usuarios, encriptado, negociación del tamaño de los paquetes. L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol): Interfaz única para capas superiores. Ofrece servicios orientados a conexión y no orientados a conexión. SDP (Service Discovery Protocol): determinación de información, servicios y características de los servicios ofrecidos por un dispositivo.

El protocolo para reemplazo de cables es RFCOM que permite presentar a la aplicación un puerto serial virtual que emula las señales de EIA-232. El protocolo de control de telefonía TCSBIN (Telephony Control Specification – BINary) define la señalización para el establecimiento de llamadas de voz y datos entre dispositivos. También tiene procedimientos para manejar la movilidad de los dispositivos. Entre los protocolos adoptados se tiene: • • • •

PPP (Point to Point Protocol) TCP/UDP/IP OBEX: desarrollado por IrDA (Infrared Data Association) para el intercambio de objetos. Provee una funcionalidad similar a HTTP. WAE/WAP (Wireless Application Environment / Wireless Application Protocol)

Algunos de los modelos de uso de Bluetooth definidos en los perfiles son: • • • • •

Transferencia de archivos. Puente Internet: conexión inalámbrica de un PC a un teléfono móvil o MODEM inalámbrico para proveer acceso discado a Internet y servicios de fax. Acceso a redes locales. Sincronización: dispositivos de información personal. Teléfono multiuso: Inalámbrico, intercomunicador, celular.

En una red Bluetooth hasta 8 dispositivos se interconectan para formar una piconet. Uno de estos dispositivos es el maestro y los otros son esclavos. Los dispositivos en una piconet, comparten un canal de 1 MHZ y se comunican a velocidades de hasta 720 Kbps. El dispositivo maestro determina las características del canal. Los esclavos sólo pueden comunicarse con el maestro y sólo con su permiso Un dispositivo puede pertenecer a más de una piconet y actuar como maestro o esclavo en cada una de ellas. Un conjunto de piconets forma una scatternet. Este esquema permite que muchos dispositivos compartan la misma área física y hagan un uso eficiente del ancho de banda. Bluetooth usa hasta 80 frecuencias con un ancho de banda total de 80MHz. El sistema Bluetooth usa un esquema de salto de frecuencias. Cada piconet usa una secuencia de salto de frecuencias diferente, de modo que múltiples canales lógicos pueden compartir el mismo ancho de banda de 80 MHz. Cuando dispositivos en piconets distintas, en canales lógicos diferentes usan la misma frecuencia ocurre una colisión. Cuando la cantidad de piconets en un área aumenta, se incrementan las colisiones y se degrada el rendimiento. Las scatternets comparten el ancho de banda. Las piconets comparten el canal lógico.