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Tecnologías inalámbricas de corto alcance: ZigBee y Bluetooth

Abstract:

En la presente tesina denominada: "Tecnologías Inalámbricas de Corto Alcance: Zigbee y Bluetooth", se tratan los siguientes temas: En el capítulo 1 se analiza como reemplazar cables de propósito específico que tradicionalmente se han utilizado para interconectar dispositivos personales tales como: teléfonos celulares, PDAs, notebooks, etc. Debido a que la interconexión mediante cables es una tarea improductiva por múltiples razones, como por ejemplo que los cables se pueden perder o dañar e incrementan el peso y volumen de los aparatos, es necesario el desarrollo de soluciones para la interconexión de manera inalámbrica. Es importante que dicha solución no tenga un impacto importante en lo que se refiere a la forma original, peso, requerimientos de energía, costos, facilidad de uso, etc. La solución eficiente, rápida y confiable para transmitir información de manera inalámbrica se conoce como Redes de Área Personal Inalámbricas (Wireless Personal Area Network) o WPAN. A diferencia de las redes de área local inalámbricas (WLAN), una conexión hecha a través de una WPAN involucra muy poca o nula infraestructura. El grupo IEEE 802.15 fue creado, con la responsabilidad de definir especificaciones para la capa física y la capa MAC de dispositivos personales. Existen principalmente cuatro grupos de trabajo (TGs) para la tecnología WPAN, cada uno de ellos con características e intereses específicos que generan estándares que satisfacen necesidades específicas de comunicación. TG1. El grupo de trabajo IEEE 802.15.1 realiza el estándar basado en las especificaciones del SIG de Bluetooth. TG2. El grupo de trabajo IEEE 802.15.2 desarrollo un modelo de coexistencia entre WLAN y WPAN. TG3. El grupo de trabajo IEEE 802.15.3 trabaja para establecer las normas y publicar un estándar nuevo de alta velocidad (20 Mbits/s o mayor) para WPANs. TG4. El grupo de trabajo IEEE 802.15.4 investiga y desarrolla soluciones que requieren una baja transmisión de datos y con ello una duración en las baterías de meses e incluso de años así como una complejidad relativamente baja. En el capítulo 2 se analiza el grupo de trabajo IEEE 802.15.1 comercialmente conocido como Bluetooth que define un estándar global de comunicación inalámbrica, que facilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos. Bluetooth opera en la banda no licenciada ISM (Industrial Scientific Medical) de 2.4 permitiendo la transmisión de voz y datos, de forma rápida y segura con un rango de hasta 10 metros con 1 miliwatio o 100 metros si se usa un amplificador con 100 miliwatios. Puede transferir datos de forma asimétrica a 721 Kbps y simétricamente a 432 Kbps. Se puede transmitir voz, datos e incluso vídeo. Para transmitir voz son necesarios tres canales de 64 Kbps, para transmitir vídeo es necesario comprimirlo en formato MPEG-4. Bluetooth minimiza la interferencia potencial al emplear saltos rápidos en frecuencia (1600 veces por segundo), es decir utiliza la modulación FHSS (Espectro Ensanchado con Saltos de Frecuencia). Dentro de una aplicación típica de Bluetooth podemos encontrar los siguientes elementos: - Master: es el dispositivo Bluetooth que establece e inicializa la conexión, la secuencia de control y la temporización de los demás dispositivos colocados en lo que se llama una red “Piconet”. - Slave: es el dispositivo habilitado en una Piconet. Una red Piconet tiene un máximo de 7 esclavos. - Piconet: es una red de hasta 8 dispositivos conectados (1 maestro y 7 esclavos). - Scatternet: red formada por diferentes redes Piconet. En el capítulo 2 se estudia el grupo de trabajo 802.15.4 comercialmente conocido como Zigbee, que define un estándar de comunicaciones inalámbricas para la transmisión con una baja tasa de datos y un ahorro de energía muy importante. El estándar puede ser utilizado dentro de dispositivos para automatización de hogares (domótica), automatización de edificios (inmótica), control industrial, periféricos de PC y sensores médicos. Puede transmitir con un simple protocolo, desde 20kB/s hasta 250Kbps trabajando a una frecuencia de 2,4GHz con la tecnología DSSS (Espectro Ensanchado de Secuencia Directa), presenta bajo consumo de energía y rangos de alcance entre 10 y 75 metros, aunque las condiciones físicas ambientales son las que determinan las distancias de trabajo. Zigbee utiliza las bandas libres ISM de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos, en las cuales el "transceiver" ZigBee la mayor parte del tiempo pasa en estado de reposo para mantener un bajo consumo de energía. El Estándar define 27 canales en las tres bandas de frecuencia Debido a que ZigBee se concentra en la baja transmisión de datos se emplea un canal de acceso CSMA para evitar interferencias. Simplemente, los dispositivos IEEE 802.15.4 escuchan antes de transmitir. Si hay una interferencia, el dispositivo espera un período de tiempo y vuelve otra vez o se traslada a otro canal. Los dispositivos especificados en la norma son: RFD, conocido como dispositivo de función reducida. FFD conocido como dispositivo de función completa. Éstos definen los dispositivos ZigBee, donde un dispositivo "end point" puede ser RFD o FFD, un enrutador o un coordinador de red debe ser un FFD.