Estudio del rendimiento de perfiles bluetooth en Redes de Área Personal

Los factores claves que deben tenerse en cuenta en el diseño de aplicaciones para redes de área personal inalámbricas son, fundamentalmente, la interoperatividad y el soporte de calidad de servicio, requisito imprescindible para garantizar la utilización eficiente del ancho de banda de las aplicaciones móviles basadas en este tipo de redes. Esta tesis se ha centrado en el estudio del comportamiento de Bluetooth que, hoy por hoy, es la tecnología más extendida para la formación de redes de área personal y que, gracias a que su especificación incluye la definición de perfiles, garantiza la interoperatividad. Sin embargo, hasta el momento, en el ámbito de las redes WPAN (Wireless Personal Area Network) Bluetooth, un número significativo de trabajos no contemplan el uso de perfiles, considerando que los datos se entregan directamente a niveles inferiores de la arquitectura Bluetooth y, obviando así, el overhead introducido por las capas superiores. Al respecto, es conveniente aclarar que esta opción no es factible en sistemas en los que se integran dispositivos reales con un determinado perfil, habitualmente SPP (Serial Port Profile). Es precisamente el hecho de que una amplia variedad de dispositivos, que van desde periféricos de ordenadores personales hasta sensores médicos, implementen el perfil SPP para la transferencia de datos por Bluetooth lo que ha motivado, en esta tesis, el estudio de rendimiento, en términos de retardo extremo a extremo, para este perfil. También se ha querido comparar el comportamiento del perfil SPP con el del perfil PAN (Personal Area Network), al que se le augura una futura expansión debido a que permite el encapsulamiento de tráfico IP sobre Bluetooth, aunque actualmente no esté soportado por ningún dispositivo comercial. Concretamente, el objetivo de esta tesis ha sido estudiar el rendimiento de una WPAN Bluetooth, en términos del retardo extremo a extremo y del throughput, contemplando el uso de perfiles y evaluando el efecto de la configuración de la calidad de servicio y de las retransmisiones. El estudio desarrollado ha consistido en formular expresiones matemáticas para calcular el retardo de transmisión mínimo en el sentido de transmisión maestro-esclavo, dependiendo del tipo de paquete utilizado y para un tamaño de datos de usuario arbitrario. Posteriormente, el modelo propuesto ha sido extendido para contemplar el overhead introducido por los niveles superiores, tanto en el caso del perfil SPP, como en el del perfil PAN. Adicionalmente, para el perfil SPP se ha completado el estudio analítico a fin de considerar la configuración de calidad, así como la ocurrencia de retransmisiones. En una segunda fase, se ha llevado a cabo la validación del modelo mediante caracterización empírica, empleando dispositivos reales Bluetooth 1.1. A raíz de los resultados obtenidos se han introducido algunas correcciones que permiten afinar el modelo, ajustándose mejor al comportamiento observado experimentalmente. También se ha extendido el estudio de evaluación de la configuración de calidad al caso de una piconet Bluetooth de dos esclavos, proporcionando cotas mínima y máxima del retardo para cada sentido de transmisión, colas, que tras verificarse empíricamente, han sido generalizadas y, de nuevo, validadas experimentalmente para una piconet Bluetooth de tres esclavos. Finalmente, se han repetido las medidas realizadas para una piconet de un único esclavo utilizando dispositivos Bluetooth 1.2 y Bluetooth 2.0, pudiéndose concluir que las ecuaciones de retardo propuestas modelan aún mejor el comportamiento observado que en el caso de Bluetooth 1.1