ES2323992B1 - Punto de acceso inalambrico multiusuario para piconet extendida. - Google Patents
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Abstract
Punto de acceso inalámbrico multiusuario para
piconet extendida.
Según el estándar Bluetooth, una piconet
consta de un dispositivo maestro y hasta 7 dispositivos
esclavos.
La presente invención extiende este concepto
para conseguir que un dispositivo maestro gestione un número
elevado de esclavos en una misma piconet.
La invención está formada por dos controladores
de banda base Bluetooth, conectados a sendos circuitos Bluetooth
radio e interconectados entre sí y a un microcontrolador, el cual
gestiona todo el sistema, de forma que uno de los controladores se
encuentra permanentemente descubriendo otros dispositivos y el otro
establece la conexión con los dispositivos descubiertos y realiza
las tareas de comunicación con dichos dispositivos.
La invención contiene, además, un método de
operación que permite obtener un rendimiento óptimo del punto de
acceso, mejorando los procedimientos de incorporación de
dispositivos esclavos, gestión de acceso al medio y abandono de la
piconet.
Description
Punto de acceso inalámbrico multiusuario para
piconet extendida.
La invención se enmarca en el ámbito de las
redes de área personal (PAN, Personal Area Networks), en entornos
multiusuario, que utilizan tecnología inalámbrica en la banda libre
ISM y, más concretamente, el estándar Bluetooth. La invención
extiende el concepto de piconet (que en el estándar
Bluetooth permite hasta 7 dispositivos esclavos y un maestro) para
la inclusión de un gran número de terminales esclavos, el cuál
depende en cada momento de las condiciones del entorno y que
alcanza un límite tecnológico por encima de los 200 usuarios por
piconet.
La especificación IEEE 802.15 (Bluetooth) se ha
convertido en el estándar de comunicaciones inalámbricas de voz y
datos seguido por multitud de fabricantes (más de 2000 empresas se
han adherido al mismo hasta el momento), existiendo un gran interés
en su desarrollo. Bluetooth opera en la parte libre del espectro
electromagnético, concretamente en la banda de 2,4 GHz, denominada
ISM (Industrial, Scientific and Medical - Industrial, científica y
médica). Proporciona un enlace inalámbrico de corto alcance (entre
10 y 100 m), una velocidad de hasta 1 Mbps y un consumo
suficientemente bajo como para que sea posible su utilización en
dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles y PDA
(Personal Digital Assistant, Asistente personal digital), en el
entorno de las denominadas Redes de área personal inalámbricas
(WPAN, Wireless Personal Area Networks). Las redes de área local
inalámbricas (WLAN, Wireless Local Area Networks) suelen operar a
mayor velocidad, de 10 a 100 Mbps, con un alcance mayor y, por
tanto, mayor consumo. Es corriente su utilización para conectar
ordenadores portátiles a unared cableada a través de un punto de
acceso (AP, Access Point). Uno de los estándares más conocidos es
WiFi (802.11).
El Bluetooth SIG (Special Interest Group, Grupo
de interés especial) es una asociación formada por empresas de
reconocido prestigio en campos como las telecomunicaciones,
informática, automoción o automatización industrial que promueven
el desarrollo de la tecnología Bluetooth e impulsan su
comercialización. Se fundó en septiembre de 1998, siendo sus
promotores Agere, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia
y Toshiba, a los que se han sumado progresivamente como miembros
multitud de empresas asociadas y colaboradoras. En noviembre de 2004
han publicado la versión 2.0 del estándar.
Bluetooth surgió inicialmente para sustituir
conexiones cableadas de corto alcance, como la existente entre un
ordenador y una impresora o entre los auriculares y un terminal de
telefonía móvil cuando se utiliza como manos libres. Actualmente se
puede utilizar para crear redes ad-hoc de hasta
ocho dispositivos, uno de los cuales asume el papel de maestro y
los demás (hasta siete) el de esclavos. Cada una de estas redes se
denomina piconet y un mismo dispositivo puede pertenecer
simultáneamente a varias piconet, permitiendo la
interconexión entre ellas, formando lo que se denomina una
scatternet. Un mismo dispositivo puede ser esclavo en varias
piconet, pero nunca maestro en más de una de ellas. Un
dispositivo que pertenece a varias piconet solamente puede
enviar o recibir datos en una de ellas en un momento
determinado.
Un sistema Bluetooth está compuesto por una
unidad radio, una unidad de control del enlace y una unidad de
soporte para la gestión del enlace y la interfaz con las
aplicaciones de usuario. Dicho sistema proporciona una conexión
punto a punto o punto a multipunto. Se trata de una transmisión
full-duplex que utiliza técnicas de división en el
tiempo, asignando ranuras de 625 microsegundos de duración que se
numeran consecutivamente, correspondiendo las de numeración par a
la comunicación maestro- esclavo y las impares a la comunicación
esclavo-maestro. Nunca existe comunicación directa
entre dos esclavos.
El transceptor Bluetooth es un sistema radio de
espectro ensanchado que utiliza la técnica de salto en frecuencia
sobre 79 canales, cada uno con un ancho de banda de 1 Mhz. Los
saltos se producen a una velocidad de 1.600 saltos por segundo, con
un patrón seudoaleatorio que recorre los 79 canales, permaneciendo
el tiempo correspondiente a una ranura (625 microsegundos) en cada
canal.
La conexión entre dos dispositivos Bluetooth se
inicia cuando uno de ellos envía un mensaje de solicitud de
conexión (INQUIRY) para descubrir a otros dispositivos que se
encuentren activos en las inmediaciones. Cualquier dispositivo que
se encuentre en estado de escucha (INQUIRY SCAN) reconocerá el
mensaje y podrá responder con un mensaje de sincronización (INQUIRY
RESPONSE) con la información necesaria para establecer la
comunicación. Dicha información incluye el valor del reloj del
dispositivo y su código de acceso, una dirección única de 48 bits
(IEEE 802) asignada por el fabricante, denominada BD_ADDR. Además,
el dispositivo maestro de la piconet le asigna de forma
dinámica una dirección local como miembro activo, de 3 bits,
denominada AM_ADDR y que es única en el ámbito de la
piconet. Cada uno de los dispositivos Bluetooth que
participan en una comunicación sincronizan los intercambios de
datos con otros dispositivos utilizando su propio reloj interno. El
dispositivo maestro utiliza su reloj interno para controlar la
sincronización de la piconet. Los dispositivos esclavos
sincronizan con el reloj del maestro añadiendo un valor de offset a
su propio reloj interno.
El dispositivo Bluetooth que inició la
comunicación puede quedar a la espera de recibir mensajes INQUIRY
RESPONSE y así recopilar la información de BD_ADDR y valor del
reloj interno de otros dispositivos Bluetooth en las inmediaciones.
Una vez conocidos estos datos, puede enviar un mensaje PAGE para
establecer una comunicación con uno de ellos, incluyendo en dicho
mensaje el Código de acceso de dispositivo (DAC, Device Access
Code) del dispositivo con el que se desea establecer la
comunicación. Si dicho dispositivo se encuentra en modo PAGE SCAN,
responderá con un mensaje idéntico y recibirá un mensaje de
Sincronización de la frecuencia de salto (FHS, Frecuency Hop
Synchronization) del dispositivo maestro, con la información
necesaria para establecer la comunicación. En cuanto el dispositivo
esclavo confirma su recepción ambos dispositivos pasan al estado
de
conexión.
conexión.
Los procedimientos de INQUIRY y PAGE se
encuentran muy bien definidos en la versión más reciente del
estándar y constituyen las herramientas necesarias para formar una
piconet nueva o para añadir un esclavo a una existente. Sin
embargo, no existe ninguna regla o procedimiento sobre su
utilización. Una vez descubiertos los dispositivos que se
encuentran en las inmediaciones no es posible determinar cual es la
secuencia de conexiones óptima a seguir para formar la
piconet más adecuada de una forma eficiente. Las
piconets se forman de manera más o menos aleatoria, lo que
lleva a estructuras generalmente poco óptimas.
Durante el proceso de comunicación, el
dispositivo maestro transmite en las ranuras pares y el esclavo
seleccionado responde en las impares. Esta relación no puede
mantenerse si el dispositivo maestro tiene que enviar mensajes
INQUIRY para detectar la presencia de nuevos esclavos potenciales,
comprometiéndose de forma significativa la velocidad efectiva de
transferencia de datos en la piconet. De igual forma, un
dispositivo maestro puede responder a un mensaje INQUIRY de otro
dispositivo, pasando a formar parte como esclavo de una segunda
piconet y dividiendo su capacidad de comunicación y ancho de
banda entre los dos dominios de los que forma parte.
Sería, por tanto, deseable disponer de un
mecanismo que permitiera mejorar el funcionamiento de un
dispositivo maestro para poder optimizar la utilización tanto de las
ranuras de tiempo dedicadas a descubrimiento de nuevos dispositivos
como aquellas destinadas a la comunicación de datos entre
dispositivos Bluetooth.
Para ello, la presente invención presenta un
novedoso diseño para un punto de acceso operando como maestro y un
método de operación de dicho punto de acceso que permite dividir
las tareas de descubrimiento de dispositivos y comunicación entre
ellos, utilizando para dicho cometido dos controladores de banda
base Bluetooth gestionados por un microcontrolador e
interconectados entre sí y con dicho microcontrolador de tal forma
que se comportan ante el resto de dispositivos del sistema de
comunicaciones como si de un único controlador de banda base
Bluetooth se tratara. Con ello se logra su adecuación total al
estándar Bluetooth y su compatibilidad con cualquier dispositivo
Bluetooth existente.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describe el dispositivo objeto
de la invención, cuya aportación principal es mejorar en dos
aspectos fundamentales las características y prestaciones de una
red de acceso inalámbrico basada en tecnología Bluetooth. Los dos
aspectos que se mejoran son:
- \bullet
- Reducción en varios órdenes de magnitud del tiempo de acceso a la red de datos de un dispositivo móvil que se incorpora a la zona de cobertura del punto de acceso.
- \bullet
- Ampliación considerable (hasta 30 veces más) del número de usuarios que pueden tener acceso simultáneo a dicho punto de acceso.
El dispositivo objeto de la invención es un
punto de acceso a redes inalámbricas de tecnología Bluetooth que
permite a un sistema informático actuar como maestro de una
piconet, de tal manera que acelera considerablemente la
velocidad de las incorporaciones de esclavos a su piconet y
al mismo tiempo aumenta enormemente el número de éstos que pueden
acceder simultáneamente.
Este punto de acceso se comporta a todos los
efectos, e independientemente de su arquitectura interna, como si
se tratara de un controlador Bluetooth estándar que asume el papel
de maestro de una piconet. Cualquier otro dispositivo
Bluetooth que se encuentre en las inmediaciones podrá comunicarse
con él de la misma forma que lo haría con un dispositivo Bluetooth
estándar.
\vskip1.000000\baselineskip
Internamente, sin embargo, dispone de los
elementos que se describen a continuación:
- a)
- Un controlador de banda base Bluetooth (1) (al que denominaremos BT-1), conforme a las especificaciones V1.2 y V2.0, en forma de circuito integrado (chip) configurado para funcionar de manera continua en modo MASTER INQUIRY (Bluetooth specification V2.0 Volumen 2 Parte B. Capítulo 8)
- b)
- Un controlador de banda base Bluetooth (2) (al que denominaremos BT-2), conforme a las especificaciones V1.2 y V2.0, en forma de circuito integrado (chip) configurado para funcionar alternativa y secuencialmente en modo PAGE y CONNECTION (Bluetooth specification V2.0 Volumen 2 Parte B. Capítulo 8)
- c)
- Dos circuitos integrados Bluetooth radio (3, 4) (conforme a la especificación Bluetooth V2.0 Volumen 2 Parte A) operando según las especificaciones de clase 2, conectados independientemente a los elementos a) y b) anteriores respectivamente a través de una interfaz conforme con la especificación Blue RF del Bluetooth Working Group y conectados a sendas antenas (8, 9) para transmisión y recepción.
- d)
- Un puerto de comunicaciones conforme a la especificación USB (5) para conexión con un sistema informático.
- e)
- Un circuito integrado microcontrolador (6) conectado a los elementos a), b) y d) mediante un bus de comunicaciones (7) industrial estándar (SPI; UART, I2C, GPIO o USB) y encargado de ejecutar un procedimiento de control de todo el sistema para permitir la comunicación final de la aplicación ejecutada en el sistema informático con las aplicaciones ejecutadas en los potenciales dispositivos Bluetooth accesibles en la piconet.
El bus de comunicaciones es el encargado de que
se encuentren totalmente interconectados los dos controladores de
banda base (BT-1 y BT-2) y éstos con
el microcontrolador. Es dicho microcontrolador el que enviará la
información necesaria a BT-1 y BT-2
para que sus relojes internos se encuentren perfectamente
sincronizados y para que utilicen la misma identificación de
dispositivo en los mensajes enviados por medio de sus respectivos
circuitos integrados Bluetooth radio. De esta forma, a un
dispositivo Bluetooth que se encuentre en las inmediaciones y
detecte un mensaje inalámbrico emitido por el punto de acceso le
será imposible distinguir si el mensaje proviene de
BT-1 o de BT-2 y no podrá siquiera
apreciar que los mensajes provienen de dos dispositivos diferentes.
Así pues, el punto de acceso se comporta, de cara al exterior, como
si de un único dispositivo Bluetooth se tratase.
El microcontrolador se encarga, además, de que
BT-1 y BT-2 se comporten según el
procedimiento de operación correcto. De este modo, ejecuta las
instrucciones necesarias para que BT-1 se encuentre
permanentemente en modo MASTER INQUIRY y para que
BT-2 funcione alternativamente en modo PAGE y
CONNECTION. La comunicación del microcontrolador con
BT-1 y BT-2 se realiza mediante una
interfaz HCI según la especificación Bluetooth para que el primero
de ellos se dedique a las labores de descubrimiento de otros
dispositivos Bluetooth mientras que el otro gestiona el
establecimiento y liberación de conexiones de los dispositivos
incluidos en la piconet.
Mediante este novedoso mecanismo de dividir las
tareas de incorporación de esclavos a una piconet y de
comunicación maestro-esclavo se consigue agilizar
los procedimientos de incorporación de dispositivos esclavos, sin
que ello interrumpa el intercambio de información en el seno de la
piconet, ya que las secuencias de frecuencias empleadas para
ambos cometidos son diferentes. Gracias a ello es posible aumentar
significativamente el número de dispositivos esclavos
simultáneamente incorporados a una piconet y reducir de
forma sustancial el tiempo de acceso a la red de datos de un
dispositivo esclavo incorporado a la zona de cobertura del punto de
acceso multiusuario.
Por último, el microcontrolador se encargará de
comunicar los controladores Bluetooth con un sistema informático a
través del puerto USB que incorpora el punto de acceso
multiusuario.
En cuanto al método de funcionamiento del punto
de acceso multiusuario para piconet extendida, podemos
considerar tres tipos de procedimientos principales: el
correspondiente a la incorporación de dispositivos esclavos a la
piconet extendida, el encargado de la gestión de acceso al
medio compartido y el procedimiento de abandono de la red por parte
de los dispositivos esclavos.
El controlador de banda base Bluetooth
BT-1 se mantiene constantemente en el estado de
INQUIRY, de tal manera que envía paquetes ID en las ranuras de
transmisión utilizando la secuencia de saltos de frecuencia
definida para tal procedimiento (Bluetooth Specification Version
2.0, Volumen 2, parte B, sección 2.6). En estas transmisiones el
código de acceso empleado es el General Inquiry Acces Code (GIAC) y
la secuencia de saltos de frecuencia se deriva del propio GIAC y
del reloj del controlador Bluetooth.
BT-1 escucha en las ranuras de
tiempo de recepción los posibles paquetes FHS enviados por los
esclavos que se encuentren en estado INQUIRY SCAN, e informa al
microcontrolador de los resultados recibidos mediante un INQUIRY
RESULT EVENT (Bluetooth Specification Version 2.0, Volumen 2, parte
E, sección 7.7.2), extrayendo fundamentalmente la información de la
dirección BD_ADDR y el offset del reloj del esclavo. A
continuación el controlador BT-1 seguirá con el
mismo proceso de descubrimiento en estado INQUIRY.
Con la información proporcionada por
BT-1, el microcontrolador solicita al controlador
de banda base Bluetooth BT-2 que establezca una
conexión con dicho esclavo, pasando BT-2 al estado
de PAGE y dejando en suspenso su actividad habitual, que será la
transmisión de los datos de la aplicación final entre los
dispositivos de la piconet.
A continuación, BT-2 y el
esclavo detectado llevan a cabo el procedimiento de establecimiento
de comunicación definido en la especificación Bluetooth (Bluetooth
Specification Version 2.0, Volumen 2, parte B, sección 8.3).
BT-2 envía un mensaje de PAGE, mediante un paquete
ID utilizando el salto de secuencia definido para PAGE (Bluetooth
Specification Version 2.0, Volumen 2, parte B, sección 2.6.4.2) con
la estimación del reloj del esclavo facilitada por el
microcontrolador y utilizando el control de acceso (CAC) derivado
del BD_ADDR del esclavo.
El esclavo contestará con un paquete ID que hace
que el controlador BT-2 pase a estado MASTER
RESPONSE, en el que enviará al esclavo un paquete FHS que a su vez,
entre otras cosas, determina la dirección LT_ADDR que identificará
al enlace de transporte que se utilizará en el estado de
CONNECTION. Por su parte, el esclavo asentirá con un paquete
ID.
A partir de este punto ambos dispositivos entran
en estado CONNECTION, utilizando la secuencia de salto de
frecuencia de canal básico derivada del BD_ADDR y del reloj del
maestro (Bluetooth Specification Version 2.0, Volumen 2, parte B,
sección 2.6.4.7) y el código de acceso (CAC) propio del canal que
es derivado de la dirección BD_ADDR del maestro.
Llegado este punto, un envío de un paquete POLL
por parte del maestro y cualquier respuesta por el esclavo cerrarán
el ciclo de establecimiento de conexión entre ambos. A partir de
dicho momento BT-2 comunicará al microcontrolador un
evento de conexión completa y éste se encargará de almacenar los
datos de la conexión establecida.
El microcontrolador se encargará inmediatamente
de identificar la conexión establecida con el nuevo usuario esclavo
y de enviarle una orden de PARKED, utilizando para ello a
BT-2. A continuación, el microcontrolador
comunicará, al driver del sistema informático al que está
conectado, la información correspondiente al nuevo usuario y la
disponibilidad de un servicio no orientado a conexión para
transmisión de datos.
El microcontrolador del punto de acceso se
encargará, además, de ejecutar una capa de protocolos para el
control de acceso al medio compartido, cuya funcionalidad consiste
en organizar los accesos al medio de transmisión compartido para más
usuarios de funcionamiento simultáneo de los que especifica la
norma Bluetooth, constituyendo una piconet extendida.
Para ello, se dispondrán todos los esclavos de
la piconet en estado PARKED inmediatamente después de que se
establezca conexión con ellos mediante un comando
HCI_Park_State dirigido al esclavo recién conectado a través
del controlador BT-2. Posteriormente, la actividad
del controlador BT-2 se desarrollará de la siguiente
forma:
El controlador BT-2 establece un
ciclo de refresco de los esclavos aparcados en el que el tiempo
entre los instantes beacon (TB) se reparte entre un tiempo de
transmisión de tramas beacon (Daccess) pequeño y un tiempo de
ventanas de acceso (Taccess) suficiente para escuchar las
solicitudes de cada esclavo (1 ranura de 625 \musg. por cada
esclavo). Al terminar la ventana de acceso se pueden conocer todas
las solicitudes existentes que se leerían a continuación mediante
el mecanismo de desaparear, leer y aparcar, que ocuparía 5 msg por
esclavo interrogado.
Este mecanismo se comporta de forma óptima en
entornos donde hay muchos esclavos que generan poco tráfico.
Existe un modo de operación alternativo, más
eficiente cuando existen pocos esclavos que generan mucho tráfico
de datos:
El controlador BT-2 establece un
ciclo de ranuras beacon en el que, por cada trama
beacon, se desaparca, se interroga y aparca de nuevo a cada
uno de los esclavos. Se calculan 8 ranuras básicas Bluetooth (5
msg. en total) necesarias por cada esclavo para una capacidad de
lectura de mensajes de hasta 123 caracteres con protección FEC
frente a errores (paquetes DM-3) o de 185 sin
protección (paquetes DH3).
La decisión de utilizar uno u otro protocolo en
una misma sesión la toma una entidad software de esta misma capa de
gestión de acceso para adaptación de tecnología Bluetooth y se
comunica a los esclavos mediante paquetes
LMP_set_broadcast_scan_window y LMP_modifjy_beacon
transmitidos a través del enlace lógico
PSB-C.
La fiabilidad y protección frente a errores que
se utiliza es la ofrecida por el protocolo de transporte
Bluetooth.
El procedimiento de detección del abandono de un
usuario de la red consiste en que microcontrolador central revisa
en su tabla de identificación de esclavos aquellos que han superado
un tiempo configurable suficientemente amplio sin actividad (del
orden de minutos) y ordena al controlador BT2 que desaparque e
interrogue al terminal esclavo poco activo. Si no hay respuesta, el
BT-2 lo comunica al microcontrolador que lo
eliminará de su tabla de conexiones y a su vez lo comunicará al
driver del sistema informático al que está conectado. Como ya se ha
comentado, este mecanismo se comporta de forma óptima en entornos
donde hay muchos esclavos que generan poco tráfico.
Para el modo de operación alternativo, es decir,
para el caso de que existan pocos esclavos que generan mucho
tráfico de datos, existe también un procedimiento alternativo de
abandono de la red que será más eficiente, y que consiste en que el
microcontrolador tomará en cuenta la falta de respuesta por parte
de un terminal en un número sucesivo de veces, mediante un contador
asociado a cada terminal con el número de veces que no ha
respondido en el procedimiento de interrogación para tráfico de
datos descrito en el apartado anterior. Cuando dicho contador
llegue a un valor determinado configurable suficientemente grande se
considerará que el terminal ha abandonado la piconet, se
eliminará de la tabla de conexiones del microcontrolador y se
comunicará la baja al driver del sistema informático.
En la Figura 1 se muestra un diagrama con los
diferentes elementos que forman el punto de acceso multiusuario
para piconet extendida objeto de la presente invención.
El punto de acceso multiusuario consta de los
siguientes elementos.
- \bullet
- Un controlador de banda base Bluetooth (1), denominado Controlador BT-1 en la Figura 1.
- \bullet
- Un controlador de banda base Bluetooth (2), denominado Controlador BT-2 en la Figura 1.
- \bullet
- Un circuito integrado Bluetooth radio (3), denominado Bluetooth Radio 1 en la Figura 1, conectado a BT-1 a través de una interfaz conforme con la especificación Blue RF del Bluetooth Working Group y conectado además a su propia antena (8) adecuada para la transmisión y recepción en la banda ISM.
- \bullet
- Un circuito integrado Bluetooth radio (4), denominado Bluetooth Radio 2 en la Figura 1, conectado a BT-2 a través de una interfaz conforme con la especificación Blue RF del Bluetooth Working Group y conectado además a su propia antena (9) adecuada para la transmisión y recepción en la banda ISM.
- \bullet
- Un circuito integrado microcontrolador (6), denominado Microcontrolador en la Figura 1.
- \bullet
- Un bus de comunicaciones (7), con la circuitería asociada necesaria para interconectar el Microcontrolador (6) con BT-1 (1) y BT-2 (2) y éstos entre M.
- \bullet
- Un puerto de comunicaciones (5), con la circuitería asociada necesaria, denominado Puerto USB en la Figura 1, que sirve de punto de conexión entre el Microcontrolador (6) y un sistema informático externo y que puede ser un puerto USB o de cualquier otro tipo.
\vskip1.000000\baselineskip
En la Figura 2 se muestra un diagrama de flujo
que describe el método de operación del controlador
BT-1, que consiste en permanecer continuamente en el
estado MASTER INQUIRY.
Así, BT-1 envía un mensaje
INQUIRY con paquetes ID en las ranuras de transmisión y se pone a
la escucha en las ranuras de tiempo de recepción. Si recibe una
respuesta en un plazo de tiempo especificado, enviará un mensaje
INQUIRY RESULT EVENT al Microcontrolador, que contendrá los
parámetros necesarios del dispositivo que ha respondido a su
mensaje. Tras el envío de dicho mensaje al Microcontrolador, o en el
caso de que se agote el plazo especificado sin recibir ninguna
respuesta, volverá a enviar un mensaje INQUIRY, volviendo a
repetirse el
ciclo.
ciclo.
En la Figura 3 se muestra un diagrama de flujo
que describe el método de operación del controlador
BT-2 para incorporar dispositivos esclavos en la
piconet. BT-2 se encontrará en modo
CONNECTION utilizando el procedimiento representado en la Figura 4
(o, para el modo alternativo de realización de la invención, el
procedimiento representado en la Figura 5) hasta recibir del
Microcontrolador una petición de establecimiento de conexión con un
nuevo dispositivo esclavo.
En ese instante BT-2 pasa al
modo PAGE para llevar a cabo el procedimiento de establecimiento de
comunicación definido en la especificación Bluetooth y descrito con
anterioridad. Si el procedimiento se completa con éxito,
BT-2 envía al Microcontrolador un evento de
conexión completa con los datos obtenidos en el proceso. A
continuación, el Microcontrolador identifica la conexión
establecida y da instrucciones a BT-2 para que
aparque al nuevo esclavo. A partir de este momento,
BT-2 reanuda su actividad de comunicación pasando
al modo CONNECTION.
Si el procedimiento de establecimiento de
comunicación no tiene éxito, BT-2 informa de esta
circunstancia al Microcontrolador, pasando igualmente al modo
CONNECTION.
En la Figura 4 se muestra un diagrama de flujo
que describe el método de operación del controlador
BT-2 en modo CONNECTION.
BT-2 establece un ciclo de
refresco de los esclavos aparcados con un tiempo de transmisión de
tramas beacon pequeño y un tiempo de ventanas de acceso
suficiente para escuchar las solicitudes de cada uno de los
esclavos. Al terminar la ventana de acceso se conocen todas las
solicitudes existentes.
A partir de ese momento lee cada una de las
peticiones recibidas, siguiendo el procedimiento de desaparcar a un
esclavo con una petición pendiente, interrogarlo y volverlo a
aparcar.
Cuando no queden peticiones pendientes de
atender, BT-2 establecerá de nuevo un ciclo de
refresco. Este procedimiento se verá interrumpido cada vez que el
Microcontrolador pida a BT-2 que realice el
procedimiento de establecimiento de comunicación, descrito en la
Figura 3, para incorporar un nuevo esclavo a la piconet.
En la Figura 5 se muestra un diagrama de flujo
que describe el método de operación alternativo del controlador
BT-2 en modo CONNECTION, el cual resulta más
adecuado para entornos de pocos esclavos que generan mucho tráfico
de datos.
Inicialmente, BT-2 no realizará
ninguna acción mientras no se haya incorporado ningún dispositivo
esclavo a la piconet. Una vez que existen dispositivos
esclavos, los cuales se encuentran en estado PARKED (como se ha
visto en la descripción de la Figura 3), BT-2,
siempre siguiendo instrucciones del Microcontrolador establece un
ciclo de ranuras beacon en el que, por cada ranura,
desaparca, interroga y aparca de nuevo a cada uno de los esclavos.
Para cada esclavo se necesitan 8 ranuras básicas Bluetooth.
Este procedimiento finalizará cuando no queden
esclavos en la piconet y se verá interrumpido cada vez que
el Microcontrolador pida a BT-2 que realice el
procedimiento de establecimiento de comunicación, descrito en la
Figura 3, para incorporar un nuevo esclavo a la piconet.
La presente invención se ilustra adicionalmente
con el siguiente ejemplo de realización, el cual no pretende ser
limitativo de su alcance.
La placa principal consta de una interfaz de
comunicación USB con un ordenador, una toma de alimentación
eléctrica de red, un LED indicador de alimentación y dos conectores
MMCX para antenas.
Internamente la placa principal del circuito
alojará la circuitería de conversión de tensiones adecuada para la
alimentación de los sistemas electrónicos, cuidando
fundamentalmente de evitar los posibles rizados y acoplamientos de
ruido con otros sistemas mediante filtros y elementos de
aislamiento.
La parte principal del sistema, donde se sitúa
la inteligencia del punto de acceso, será un microcontrolador con
un puerto USB directamente conectado al bus USB para la
comunicación con el ordenador dónde por ejemplo se ejecutará una
aplicación de monitorización de los dispositivos Bluetooth que
accedan a la piconet. Por otra parte el microcontrolado
mantendrá comunicación y control sobre los controladores de banda
base Bluetooth BT-1 y BT-2 a través
de dos buses 12C.
Por último, cada controlador comunicará mediante
un bus Blue RF con un circuito integrado Bluetooth Radio, que a su
vez finalizará en un conector MMCX exterior donde acoplar la
conexión de las antenas, lo que permitirá disponer éstas en una
posición más adecuada para la transmisión y recepción en cada
instalación concreta, independientemente de dónde se sitúe el
equipo informático y de donde se aloje el punto de acceso.
Claims (3)
1. Punto de acceso para redes inalámbricas de
tecnología Bluetooth, funcionando como Maestro de una
piconet en la que se supera la limitación de 7 usuarios
esclavos que establece el estándar Bluetooth, caracterizado
porque contiene:
- a)
- Un controlador de banda base Bluetooth (1) (BT-1), conforme al estándar Bluetooth, configurado para funcionar de manera continua en modo MASTER INQUIRY.
- b)
- Un controlador de banda base Bluetooth (2) (BT-2), conforme al estándar Bluetooth, configurado para funcionar alternativa y secuencialmente en modo PAGE y CONNECTION.
- c)
- Dos circuitos integrados Bluetooth radio (3, 4) (conforme a la especificación Bluetooth, conectados independiente y respectivamente a los elementos a) y b) anteriores, a través de una interfaz conforme con la especificación Blue RF del Bluetooth Working Group y conectados cada uno de ellos a su propia antena (8, 9) de transmisión y recepción.
- d)
- Un puerto de comunicaciones (5) para conexión con un sistema informático externo.
- e)
- Un circuito integrado microcontrolador (6), conectado a los elementos a), b) y d) mediante un bus de comunicaciones (7), encargado de ejecutar un procedimiento de control de todo el sistema para:
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
- \bullet
-
\vtcortauna
2. Un método de operación del punto de acceso
declarado en la Reivindicación 1 caracterizado porque
comprende las operaciones siguientes:
- a)
- El controlador de banda base BT-1 se mantiene constantemente en el estado de INQUIRY, enviando paquetes ID en las ranuras de transmisión utilizando la secuencia de saltos de frecuencia definida en la especificación Bluetooth, empleando para ello el código de acceso GIAC (General Inquiry Access Code), de forma que la secuencia de saltos de frecuencia se deriva del propio GIAC y del reloj del controlador de comunicaciones.
- b)
- Dicho controlador BT-1 escucha en las ranuras de tiempo de recepción los posibles paquetes FHS enviados por otros dispositivos Bluetooth que se encuentren en estado INQUIRY SCAN, e informa al microcontrolador de los resultados recibidos mediante un INQUIRY RESULT EVENT, de acuerdo a la especificación Bluetooth, extrayendo, al menos, la información de la dirección BD_ADDR y el offset del reloj del esclavo. A continuación el controlador de comunicaciones volverá a realizar el mismo proceso de descubrimiento en estado INQUIRY.
- c)
- Con dicha información, el microcontrolador solicita al controlador de banda base BT-2 que establezca una conexión con el dispositivo Bluetooth descubierto, pasando dicho controlador BT-2 al estado PAGE, dejando en suspenso su actividad habitual, que será la transmisión de los datos de la aplicación final entre los dispositivos de la piconet.
- d)
- A continuación, el controlador de banda base BT-2 envía un mensaje PAGE al dispositivo Bluetooth detectado mediante un paquete ID, utilizando el salto de secuencia definido para PAGE en la especificación Bluetooth, con la estimación del reloj del dispositivo Bluetooth detectado facilitada por el microcontrolador y utilizando el control de acceso (CAC) derivado del BD_ADDR del dispositivo Bluetooth detectado.
- e)
- Cuando el dispositivo Bluetooth detectado conteste con un paquete ID, el controlador de banda base BT-2 pasa a estado MASTER RESPONSE, en el que envía al dispositivo Bluetooth detectado un paquete FHS que, a su vez, entre otras cosas, determina la dirección LT_ADDR que identifica al enlace de transporte que se utilizará en el estado CONNECTION. Por su parte, el dispositivo Bluetooth detectado asentirá con un paquete ID.
\newpage
- f)
- A partir de este punto ambos dispositivos entran en estado CONNECTION, utilizando la secuencia de salto de frecuencia de canal básico derivada del BD_ADDR y del reloj del controlador de banda base BT-2 y el código de acceso (CAC) propio del canal, el cual se deriva de la dirección BD_ADDR del controlador de banda base BT-2. En esta conexión así establecida, el controlador de banda base BT-2 desempeña el papel de maestro y el dispositivo Bluetooth detectado el de esclavo.
- g)
- Una vez en estado CONNECTION, un envío de un paquete POLL por parte del maestro y cualquier respuesta por el esclavo cerrarán el ciclo de establecimiento de conexión entre ambos. A partir de dicho momento el controlador de banda base BT-2 comunica al microcontrolador un evento de conexión completa, el cual se encarga de almacenar los datos de la conexión establecida.
- h)
- Para cada esclavo incorporado a la piconet, el microcontrolador ordenará inmediatamente su paso al estado PARKED utilizando para ello al controlador de banda base BT-2, el cual enviará un comando HCI_Park_State al esclavo recién conectado. En ese momento, el microcontrolador comunica, al driver del sistema informático al que se encuentra conectado, la información correspondiente al nuevo usuario y la disponibilidad de un servicio no orientado a conexión para la transmisión de datos.
- i)
- El microcontrolador configurará el acceso al medio compartido y el intercambio de datos entre el punto de acceso multiusuario y los esclavos incorporados a la piconet mediante el envío del paquete LMP_modify_beacon a través del enlace lógico PSB-C según la especificación Bluetooth. Con ello, el controlador de banda base BT-2 realizará un ciclo de refresco de los esclavos aparcados en el que el tiempo entre los instantes BEACON (T_{B}) se reparte entre un tiempo de transmisión de tramas BEACON (Daccess) pequeño y un tiempo de ventanas de acceso (Taccess) suficiente para escuchar las solicitudes de cada esclavo (1 ranura de 625 \musg. por cada esclavo). Al terminar la ventana de acceso se conocerán todas las solicitudes existentes, las cuales se atienden, a continuación, secuencialmente, mediante el mecanismo de desaparear, leer y aparcar, de acuerdo a la especificación Bluetooth.
- j)
- El microcontrolador gestionará el abandono de la red por parte de los esclavos, ordenando al controlador de banda base BT-2 que interrogue directamente a un terminal esclavo que superó un cierto tiempo sin actividad de comunicación, comprobando en ese caso si continúa o no en la zona de cobertura del maestro para, en su caso, eliminarlo de la lista de terminales esclavos y notificarlo al driver informático.
3. Un método de operación del punto de acceso
multiusuario de acuerdo a la Reivindicación 2, a emplear
preferentemente cuando existan pocos esclavos que generen mucho
tráfico, caracterizado porque:
- \bullet
- El microcontrolador configurará el acceso al medio compartido y el intercambio de datos entre el punto de acceso multiusuario y los esclavos incorporados a la piconet mediante el envío del paquete LMP_set_broadcast_scan_window a través del enlace lógico PSB-C según la especificación Bluetooth. Con ello, el controlador de banda base BT-2 establece un ciclo de ranuras BEACON en el que, por cada trama BEACON, desaparca, interroga y aparca de nuevo a cada uno de los esclavos, de acuerdo a la especificación Bluetooth.
- \bullet
- El método empleado para la gestión del abandono de la red por parte de los esclavos comprende la decisión del microcontrolador de que un terminal esclavo ha abandonado la red si no obtiene ninguna respuesta de dicho esclavo un determinado número de veces consecutivas para, en tal caso, eliminarlo de la lista de terminales esclavos y notificarlo al driver informático.
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|---|---|---|---|
| ES200601452A ES2323992B1 (es) | 2006-05-31 | 2006-05-31 | Punto de acceso inalambrico multiusuario para piconet extendida. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200601452A ES2323992B1 (es) | 2006-05-31 | 2006-05-31 | Punto de acceso inalambrico multiusuario para piconet extendida. |
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|---|---|
| ES2323992A1 ES2323992A1 (es) | 2009-07-28 |
| ES2323992B1 true ES2323992B1 (es) | 2010-05-13 |
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ID=40852632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200601452A Expired - Fee Related ES2323992B1 (es) | 2006-05-31 | 2006-05-31 | Punto de acceso inalambrico multiusuario para piconet extendida. |
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Citations (4)
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| US5960344A (en) * | 1993-12-20 | 1999-09-28 | Norand Corporation | Local area network having multiple channel wireless access |
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| US6879570B1 (en) * | 1999-11-26 | 2005-04-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for operating personal ad-hoc network (PAN) among bluetooth devices |
-
2006
- 2006-05-31 ES ES200601452A patent/ES2323992B1/es not_active Expired - Fee Related
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