Bluetooth: Una interfaccia wireless per la connettività in ambito short-range.

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1 Bluetooth: Una interfaccia wireless per la connettività in ambito short-range. Corso Reti per automazione industriale Prof. Orazio Mirabella Introduzione Nel febbraio 1998 Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e INTEL formarono uno Special Interest Group (SIG) per creare uno standard wireless per la connettività in ambito short range. L interfaccia radio fu chiamata Bluetooth dal nome del re danese Harald Bluetooth che aveva riunito danimarca e Norvegia durante il X secolo. Questo gruppo fu successivamente esteso nel dicembre 1999 a 3Com, Lucent, Microsoft e Motorola. Attualmente, oltre 2000 aziende sono entrate nel consorzio di utenti della tecnologia Bluetooth. 1

2 Cosa è Bluetooth Bluetooth è una interfaccia wireless a corto raggio per il trasferimento di voce e dati punto-multipunto, fra dispositivi portatili Il range nominale varia da 10 cm a 10 metri ma può essere esteso a 100 metri aumentando la potenza di trasmissione. Printers, desktops, fax machines, cellular phones e virtualmente ogni altro tipo di dispositivo digitale può fare parte del sistema bluetooth per formare dei gruppi che sostituiscono i cablaggi. Goals Il sistema deve essere capace di supportare una connettività peer-to-peer operando con una struttura ad-hoc. La connessione deve supportare sia voce che dati. Deve presentare una elevata immunità ai disturbi generati da altri dispositivi. Il transceiver radio deve essere abbastanza piccolo da operare a bassa potenza e poter essere integrato in dispositivi portatili di piccola dimensione come telefoni cellulari, auricolari, computer palmari, ecc. Deve avere un basso costo (5$ per chip) 2

3 Scenari applicativi 3-in-1 phone: A casa usato come telefono mobilea (al costo della telefonia fissa), nell uso esterno come telefono cellulare (costo telefonia mobile), e quando il telefono è nell area di un altro telefono mobile, usato come walkie-talkie (senza costi telefonici). Ultimate Headset: per collegare l auricolare wireless al telefono cellulare, al notebook o altri dispositivi. Interactive Conference: per riunioni e conferenze. Automatic Synchronizer: Per sincronizzare le attività di diversi dispositivi come desktop, notebook, palmare e telefono cellulare. LAN access:. per consentire l accesso a internet attraverso un telefono cellulare o un modem cordless. E ancora: per creare reti diffuse di sensori, per applicazioni di controllo di processo, per la home automation, ecc. Alcune definizioni Piconet: una collezione di dispositivi (fino ad 8) connessi attraverso bluetooth in modo da formare una rete ad-hoc. Ogni piconet possiede una diversa sequenza di hopping cui si sicronizzano tutti gli host della piconet. Scatternet: due o più piconet indipendenti e non sincronizzate che comunicano l un l altra. Master unit: è il dispositivo che in una piconet fornisce il clock e la sequenza di hopping cui tutti i dispositivi della piconet. Slave units: tutti i dispositivi della piconet che non sono il master (fino a 7 unità attive per ogni master) 3

4 L interfaccia wireless di Bluetooth Opera nella banda Industrial-Scientific-Medical (ISM), a 2.45 GHz che è libera nella maggior parte dei paesi del mondo. Utilizza la modalità Frequency-hopping (FH) spread spectrum, che permette di supportare implementazioni low-cost, low-power radio con elevata immunità alle interferenze. I canali usano uno schema Frequency-Hopping/ Time Division Duplex (TDD): il canale è diviso in slot di 625µs con 1600hops/sec. Gli slot consecutivi sono usati alternativamente per trasmettere e ricevere. Ogni slot consente di trasmettere un solo pacchetto. Il canale trasmissivo fa uso di 79 canali da 1-MHz, ugualmente spaziati, (da 2,402 MHz a 2,480 MHz), con modulazione di tipo frequency shift keying (FSK). Il bit rate di trasmissione/ricezione è 1 Mb/s Sono usati 2 livelli di potenza: 0dBm per 10 metri o 20dBm (100 metri) Struttura del pacchetto 72 bits 54 bits bits Access code Packet Header Payload M_ADDR TYPE FLOW ARQN SEQN HEC Un access code di 72-bit, unico per il canale, è usato per l identificazione del pacchetto e la sincronizzazione col master. Header: 3-bit slave address, packet type, flow control bits, ARQ bit, sequence number, Header-Error-Check fields. Payload: bits Sono stati definiti anche dei pacchetti Multislot: un pacchetto può coprire uno, tre, cinque slot e viene trasmesso con un singolo hop in frequenza del canale. 4

5 Link supportati Sono disponibili due tipi di link per applicazioni multimediali: o Synchronous Connection-Oriented (SCO) link o Asynchronous Connectionless Link (ACL) I link SCO supportano connessioni, circuit-switched point-to-point simmetriche usate tipicamente per la voce. o La prenotazione può essere effettuata dal master o dallo slave I link ACL supportano connessioni packet-switched point-tomultipoint usate tipicamente per la trasmissione di dati bursty. o Le unità Master usano uno schema a polling per controllare le connessioni ACL: si usa un pacchetto master-to-slave o un pacchetto di tipo POLL per interrogare lo slave. In tal modo vengono evitate le Collisioni. Tutto il traffico di tipo SCO e ACL è schedulato dal master Architettura 5

6 RF e Baseband Rappresentano la parte più a basso livello del protocollo: Implementano in hardware le funzioni necessarie per la realizzazione di link wireless Controllano la sincronizzazione fra le varie unità e la corretta sequenza di hopping. Comprimono i dati e li inseriscono nei pacchetti. Assegnano gli identificatori gestiscono i link di tipo SCO ed ACL Curano la ritrasmissione dei pacchetti errati e la rivelazione/recupero degli errori. Link Manager Protocol (LMP) E responsabile per: Instaurazione della connessione Generazione, scambio e controllo del link e delle chiavi criptate per l autenticazione e la criptazione dei dati. Negoziazione delle modalità operative del Link. Cioè voce/dati Spedizione e ricezione dei dati Management delle modalità operative in potenza, del consumo di potenza e dello stato di una unità. 6

7 Host Controller Interface Poiché la maggior parte dei sistemi Bluetooth hanno Baseband e Link Manager su un processore e gli altri livelli e le applicazioni su un altro processore, è necessario definire una interfaccia standard fra i due. Una interfaccia standard permette di utilizzare drivers di costruttori diversi e quindi di fare uso di moduli Hardware bluetooth di costruttori diversi Bluetooh higher layers Bluetooh lower layers HCI Sono disponibili diversi tipi di pacchetti: Command packets Event packets Data packets Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) L2CAP è una interfaccia fra i protocolli dei livelli superiori ed il livello baseband. Opera in parallelo al LMP Multiplexing: L2CAP deve supportare il multiplexing fra vai protocolli (ad es. SDP, RFCOMM and TCS Binary) che possono operare sul L2CAP. Segmentation and Reassembly: Data packets che superano la Massima Transmission Unit, MTU, devono essere segmentati prima di essere trasmessi. In ricezione devono essere riassemblati da L2CAP. Quality of Service: La connessione L2CAP permette lo scambio di informazioni relative alla qualità di servizio fra due unità bluetooth. 7

8 Service Discovery Protocol (SDP) Definisce il modo in cui una applicazione client opera per scoprire i servizi forniti dal Bluetooth servers (quali printing, file transfer, synchronization) e le loro caratteristiche. Definisce come un client può cercare un servizio, sulla base di attributi specifici, senza conoscere nulla sui servizi disponibili Fornisce i mezzi per la scoperta di nuovi servizi che divengono disponibili quando il client entra un area dove opera un server Bluetooth. Fornisce le funzionalità per determinare quando un servizio non è più disponibile. Wireless Access Protocol(WAP) Il WAP è un protocollo wireless per consentire ai dispositivi mobili di usare i servizi disponibili su Internet. WAP opera con diverse tecnologie wireless che supportano la comunicazione (CDMA, GSM, DTMA, DECT, ecc.). Attualmente non è attiva una collaborazione formale fra WAP forum e Bluetooth S.I.G. WAP supporta una comunicazione Client-Server. Un dispositivo client WAP-enabled usa un micro-browser, specificamente progettato per operare con dispositivi con schermi di piccola dimensione e poca memoria. Il linguaggio usato è il Wireless Markup Language (WML) simile ad HTML ma adatto per piccoli monitor. I destinatari ideali del WAP in applicazioni bluetooth non sono comunque i cellulari ma i Palmari (Pocket PC). 8

9 OBEX OBiect Exchange (OBEX) è un protocollo binario progettato per consentire a vari dispositivi di scambiare dati semplicemente e spontaneamente. L architettura è di tipo Client/Server per permettere ad un client di chiedere/inviare dati ad un server. OBEX è uno standard IrDA(infrared Data Association) molto adatto a trasferire dati fra dispos itivi Bluetooth (le modalità operative IrDA e Bluetooth sono molto simili). OBEX si mappa su RFCOMM (opzionalmente su TCP/IP). In ogni dispositivo occorre un canale RFCOMM per ogni server OBEX attivo. Le applicazioni Server OBEX devono registrare i loro servizi nel Database del Service Discovery. Usa comandi semplici: Connect, Disconnect, Put, Get, Setpath, Abort. Bluetooth Networking Le Piconet sono costituite da fino a 7 dispositivi attivi. o Configurazione Master/Slave o Slave addizionali possono essere posti in Parked mode. I dispositivi non sono attivi ma rimangono sincronizzati. o Le connessioni, sincronizzazioni e stati Parked/Active sono controllati dal Master. o Tutti i dispositivi connessi ad una Piconet condividono tempo e frequenza. Una Scatternet è formata da due o più Piconet. o Si ha un Master per ogni Piconet. Un Master può essere Slave di un altra Piconet. o Gli Slave afferenti a più Piconet sono multiplexati nel tempo. o Differenti Piconets non sono sincronizzate né in tempo né in frequenza. 9

10 Stabilire una connessione Richiede delle opportune procedure Nelle reti wired: connessione fisica al cavo + procedure nel DDL Nelle reti wireless x : selezione del corretto canale di comunicazione (proc. Scanning) +, la connessione fra i nodi (Autenticazione + Associazione) In Bluetooth: L interazione fra un Master ed uno Slave (proc. Inquiry) + lo scambio di opportune informazioni per l accesso alla Piconet (proc. Page + proc. Connect) Stabilire una connessione Le fasi di Inquiry e Page non sono necessariamente consecutive Corso di Reti di calcolatori Sono richieste 2 fasi:inquiry e Page. La fase di inquiry serve a scoprire le stazioni presenti. La fase di Page scambia le informazioni necessarie per stabilire la connessione. 10

11 Fase di Inquiry La fase di Inquiry permette ad una stazione (Master) di scoprire la presenza di altre stazioni (Slave). Quando si usa? In fase di creazione della Piconet. Quando si vuole aggiungere nuovi dispositivi alla Piconet. Cosa occorre? Una stazione nello stato di Inquiry (Master) Almeno una stazione nello stato di Inquiry SCAN (Slave) Chi decide quando? Il software di gestione dei nodi in base all applicazione implementata. Procedura di Inquiry Si usa per per scoprire le stazioni presenti nel range del Master. Il Master colleziona i Bd-Address e i clock delle stazioni (slave) che rispondono. I Pacchetti Inquiry sono costituiti solo dalla sezione Access code di un normale pacchetto La Sync word è costituita dall Inquiry Access Code (IAC): Codice di accesso generale usato per l inquiry. Corso di Reti di calcolatori 11

12 Procedura di Inquiry Il Master salta fra un gruppo di 32 frequenze di Hopping (standard) organizzate in due treni A & B di 16 frequenze. Ogni treno è ripetuto almeno 256 volte prima di cambiare A/ B (almeno 3 sequenze di treni prima di smettere). Stop dopo aver scoperto un numero sufficiente di dispositivi, o scatto di Time-out. La velocità di salto è doppia rispetto allo stato Connection GIAC Clock Master: bit 0-27 Selection Box Frequenza di HOP Procedura di Inquiry Pacchetti di Inquiry 625µS Primo treno A (16 frequenze) Secondo trenoa Ogni treno di Hop dura 10 ms e viene ripetuto 256 volte (durata 2,46 Sec). Ogni 2 pacchetti, il Master si ferma per uno slot aspettando una eventuale risposta da uno Slave. Dopo 256 treni A, inizia la sequenza di 256 treni B sulle altre 16 frequenze. Corso di Reti di calcolatori 12

13 Procedura di Inquiry Scan Lo Slave cerca di captare il pacchetto di Inquiry di un Master ascoltando per un tempo T W_Inquiry_Scan di 11,25 ms Commuta fra le stesse 32 frequenze usate dal Master. Ascolta su una stessa frequenza ogni 1,28 secondi. Inizia ad ascoltare ad una frequenza (Fase) che dipende dal proprio clock nativo (dello slave). Primo treno A (16 frequenze) n-esimo trenoa/b Sequenza di inquiry Master Slave La frequenza è costante per 11,25 ms Inizio della fase di Scan Sequenza di Inquiry-scan Procedura di Inquiry Le sequenze di Inquiry si ripetono passando dai treni A a quelli B. Lo slave si pone in ascolto, ogni 1,28 S. per un tempo sufficiente a captare almeno una frequenza. Corso di Reti di calcolatori 13

14 Procedura Inquiry Response Se uno Slave, nello stato di Inquiry Scan riceve un pacchetto di Inquiry spedisce un pacchetto FHS col proprio BD- Address ed il proprio clock nativo. Per evitare possibili conflitti con altri slave non risponde al primo pacchetto di Inquiry captato, ma al secondo, dopo un tempo T random, (da 1 a 1023 slot) Master Sequenza di inquiry Slave Slave Inizio della fase di Scan Esce da Inquiry scan Torna in Inquiry scan Sequenza di Inquiry-scan Stato di Inquiry Response Pacchetto di Inquiry captato T random 625 µs Response Procedura Inquiry Response Dopo la prima risposta, lo Slave incrementa di 1 la fase e si porta di nuovo nello stato di Inquiry Scan aspettando di captare ancora il segnale del Master. In tal modo aumenta la probabilità di essere individuato con certezza. Alla fine della fase di Inquiry il Master possiede gli indirizzi MAC ed i clock di un certo numero di Slave. Quanti? Dipende dalla sovrapposizione temporale fra le fasi di Inquiry e Inquiry Scan 14

15 Procedura di Page Il Master (Paging Unit) trasmette una sequenza di Pacchetti col DAC (Device Access Code che ricava dal BD-Address) dello slave cui vuole connettersi. Il Master genera il FH usando l indirizzo dello Slave ed il suo Clock. Le due sequenze di FH fra la Paging Unit e la Page Scan Unit, si correlano e lo Slave può inviare una Response Il Master invia un Frequency Hopping Synchronization (FHS) packet col proprio indirizzo e clock. Lo slave commuta la sequenza di hopping a quella generata dal Master. Stabilire una connessione Per stabilire una connessione ogni unità trasmette un messaggio Inquiry per scoprire tutte le unità esistenti nella Piconet. Una unità diviene il Master, e le altre Slave. La relazione Master/Slave stabilisce le temporizzazioni. Un Master può divenire lo Slave in un altra Piconet. In tal modo le due Piconet formano una Scatternet. 15

16 Piconet e Scatternet Il Master in una Piconet può essere Slave in un altra. Problemi di indirizzamento limitano il numero di dispositivi attivi in una piconet a 7. Un numero indefinito di dispositivi Parked rimangono sincronizzati con la piconet ma non sono attivi. Bluetooth Radio Il range usato è ,5 Mhz accettato in quasi tutto il mondo hops/sec in frequenza (ogni 625µSec) 79 canali da 1MHz (23 in Francia) Time Division duplex Tx power variabile fra 0 dbm a 20 dbm Range da 10 Cm a 10 metri (a 0 dbm ) Data rate variabili fra 108/108 kbps per canali simmetrici a 723/57 kbps per canali asimmetrici Trasmissione isocrona (di tipo circuit switched) o asincrona (tipo Packet switched). L obiettivo è la realizzazione di un singolo Chip a basso costo 16

17 Bluetooth Baseband Frequency Hop Time Division Duplex channel Il canale è basato su slot di 625µSec di cui 220 µsec sono persi per agganciare il PLL. Sono supportati: o fino a tre canali vocali simultanei da 64Kbps. o Canali voce simultanei a canali dati o canali dati asincroni Bluetooth Baseband Channel Access Code (CAC): identifica una piconet. E usato con tutto il traffico scambiato su una piconet. Device Access Code (DAC): è usato per la segnalazione cioè per effettuare il paging o per rispondere ad un paging. Inquiry access code (IAC): Codice di access generale usato per l inquiry. 17

18 Temporizzazione dei pacchetti Time Division Duplex (TDD) Circa 229 µsec sono persi per agganciare il sintetizzatore. Ciò permette di usare semplici circuiti di PLL. Il Master trasmette negli slot pari. Lo slave trasmette negli slot dispari. Ogni slot può trasmettere al più un pacchetto La frequenza degli slot cambia in accordo ad una sequenza prestabilita. Pacchetti multi-slot 18

19 Error correction in BT L'efficienza dell'algoritmo di correzione FEC dipende dal rapporto tra il numero di bit usati per trasmettere i dati e il numero di bit usati per controllo; questo rapporto viene indicato nella forma D/C (Dati/Controllo) Ci sono due schemi di correzione degli errori in Bluetooth: 1/3 rate FEC: ritrasmissione per 3 volte dello stesso bit 2/3 rate FEC: 2 bit dati su 3 bit trasmessi. In un ragionevole ambiente error-free, FEC aggiunge overhead non necessario, riducendo di conseguenza il throughput. Per questo motivo nei pacchetti è possibile non includere alcuna correzione degli errori per i dati trasmessi. High Quality Voice Packets HV1 Packet: o protetto da un Forward Error Correction (FEC) con rate 1/3. Nessuna ritrasmissione né CRC. o 10 bytes dati, 1,25 msec di voce a 64Kbps o Ritrasmissione ogni 2 time slot. HV2 Packet: o protetto da un Forward Error Correction (FEC) con rate 2/3. Nessuna ritrasmissione né CRC. o 20 bytes dati, 2,5 msec di voce a 64Kbps o Ritrasmissione ogni 4 time slot HV3 Packet: o Nessuna protezione con FEC. Nessuna ritrasmissione né CRC. o 30 bytes dati, 3,75 msec di voce a 64Kbps o Ritrasmissione ogni 6 time slot. 19

20 Data Packets Medium rate error protected DM1: 18 bytes dati; occupa 1 slot; 2/3 FEC + CRC a 16 bit DM3: 123 bytes dati; occupa 3 slot; 2/3 FEC + CRC a 16 bit DM5: 226 bytes dati; occupa 5 slot; 2/3 FEC + CRC a 16 bit High data rate, no error protection. DH1: 28 bytes dati; occupa 1 slot; nessun FEC; CRC a 16 bit DH3: 185 bytes dati; occupa 3 slot; nessun FEC; CRC a 16 bit DH5: 341 bytes dati; occupa 5 slot; nessun FEC; CRC a 16 bit LINK FISICI Asynchronous connectionless Link (ACL): o Il master scambia pacchetti con ogni slave (uno per slot) o Connessioni packet switched con tutti gli slave attivi nella piconet. o Solo un ACL per ogni slave o I pacchetti non indirizzati ad uno specifico slave sono spediti in broadcast e letti da tutti gli slave. Synchronous Connection Oriented (SCO) link: o Link simmetrico punto-punto fra master ed uno specifico slave. o Connessioni di tipo circuit switched con time slots riservati. o Un master può supportare fino a 3 link SCO contemporaneamente. o Uno slave può supportare fino a 3 link SCO con un master o 2 con master differenti. o Il livello di Link Manager (LM) stabilisce i link SCO mediante i messaggi del protocollo di LM 20

21 Link multipli con pacchetti misti Diversi tipi di link possono coesistere in una piconet HOLD mode E una modalità di risparmio di energia può essere usata per connettere le unità in una piconet se non deve essere trasmesso alcun dato. Il master può mettere l unità slave in Hold Mode, in cui è attivo solo un timer interno. Le unità slave possono comunque chiedere di essere poste in Hold Mode. Il trasferimento dati ricomincerà istantaneamente quando le unità escono da questo stato. 21

22 PARK mode I dispositivi sono addormentati e si risvegliano periodicamente per risincronizzarsi il numero di dispositivi può essere elevato (cioè > 7). Ogni dispositivo riceve un codice di 8 bit:park Member Address SNIFF mode Il dispositivo rimane attivo ma con un duty-cycle ridotto. L intervallo di sniff è programmabile e dipende dall applicazione. Può essere risvegliato in corrispondenza degli intervalli di sniff. 22

23 Bluetooth e l ambiente industriale La comunicazione wireless è attraente per l ambiente industriale dove diverse applicazioni possono beneficiare della sostituzione delle connessioni wired tradizionali, con quelle wireless. Ad esempio: Linee di produzione nei sistemi di manufacturing cambiano di frequente e necessitano un ricablaggio. Monitoraggio temporaneo di macchine. Testing di nuovi dispositivi prima di realizzare una installazione permanente. Bluetooth e l ambiente industriale Le caratteristiche di Bluetooth possono essere considerate adatte per l ambiente industriale? Diversi problemi caratterizzano l ambiente industriale: Noise Harsh environment Fading Security Resistance to service denial (jamming) 23

24 Caratteristiche del Traffico nell ambiente industriale Synchronous Flow. Viene generato da processi periodici che eseguono azioni ripetute con frequenza costante. Generation Time Instant Il Dato ha un tempo di vita che corrisponde all intervallo fra la generazione di due campioni consecutivi. LifeTime Maximum delay allowed time Producer Process Consumer Process time Asynchronous Flow. Viene prodotto da processi che evolvono nel tempo in un modo che non può essere previsto a priori. BT: Vantaggi contro Svantaggi Vantaggi: Uso dello Spread Spectrum Frequency Hopping (garantisce immunità al rumore) Approccio Slot Based (garantisce un buon trade-off fra semplicità ed efficienza) Gestione Centralizzata del link (garantisce la timeliness dei flussi periodici) Security Svantaggi Gestione Centralizzata del link (per il traffico asincrono) Short range (ma è davvero un problema?) Banda condivisa con molti altri sistemi. 24

25 B.T: come adattarlo all ambiente industriale. Il link management centralizzato non rappresenta una soluzione ottima per i flussi asincroni poichè essi non sono noti a priori. Un approccio più efficiente per il traffico asincrono può essere basato anzichè sul paradigma Master/Slave su un virtual token passing, in cui ad ogni slot viene indirizzato un nodo diverso. Ciò permette di individuare più velocemente I nodi che hanno bisogno di comunicare. Inoltre, se i nodi slave possono scambiare informazioni senza transitare dal Master, si ha un notevole risparmio di banda. Una comunicazione Slave/Slave appare quindi molto utile. S1 S7 S1 S7 S2 M S6 S2 M S6 S3 S4 S5 S3 S4 S5 Comunicazione Slave/Slave in Bluetooth La comunicazione Slave/Slave dovrà comunque avvenire sotto il controllo del Master, il quale dovrà preventivamente configurare un gruppo di Slaves quali componenti di un ring logico. A tal fine dovrà specificare l ordine dei vari slave nel ring mediante un messaggio inviato in broadcast. L uso in BT di slot con lunghezza fissa è molto utile e permette di mantenere la sincronizzazione fra i vari nodi, evitando anche sovrapposizioni tra due trasmissioni consecutive. S2 Ciascuna stazione potrà inviare un messaggio S1 S3 A qualunque stazione attiva, secondo la sua Schedulazione. Nella Piconet si alterneranno trasmissioni S7 S6 M S5 S4 Master/Slave e trasmissioni Slave/Slave. 25

26 Comunicazione Slave/Slave in Bluetooth La comunicazione Slave/Slave userà la stessa frequency hopping sequence della comunicazione Master/Slave. Durante la comunicazione Slave/Slave gli slave non si risincronizzano col Master. Pertanto si puo avere una perdita di sincronizzazione per sequenze S/S troppo lunghe >800 slots. Slaves che fanno parte del ring logico trasmettono nello slot in cui posseggono il virtual token, cioè quando è il loro turno secondo la schedulazione. Il controllo della schedulazione rimane assegnato al Master, il quale deve acquisire le informazioni per una corretta allocazione della banda. La sequenza di trasmissione viene ripetuta dopo un tempo chiamato macrocycle, definito sulla base dei messaggi sincroni. Case study: un semplice DPCS master (PLC) slave 1 (Sensor) slave 2 (Sensor) slave 3 (Sensor) master (PLC) slave 1 (Sensor) slave 2 (Sensor) slave 3 (Sensor) Scan Cycle slave 4 (Actuator) Scan Cycle Scan Cycle slave 4 (Actuator) M/S scan cycle S/S scan cycle (PLC è nell Attuatore) 26

27 Un ulteriore miglioramento: Multi half-duplex Quando il Master attiva la comunicazione S/S esso è costretto a bloccare la comunicazione M/S. E indispensabile? E possibile che il Master continui nel frattempo a trasmettere ai suoi slave, che non appartengono al ring logico, usando l approccio Master/Slave? Non sarebbe possibile in una rete wired che opera in modalità basedband E Possibile in una rete wireless operante con FHSS master Sequence slave Sequence In the Ring Time slots Un ulteriore miglioramento: Multi half-duplex L uovo di Colombo è fare in modo che le comunicazioni S/S e M/S avvengano sempre su canali diversi, in modo che non ci siano interferenze master Sequence slave Sequence In the Ring Time slots 27

28 Un ulteriore miglioramento: Multi half-duplex Poichè le sequenze di hopping sono note a tutti i nodi (tutti posseggono le informazioni necessarie per generarle) è possibile per tutte le stazioni concordare una strategia, in modo da evitare che ci sia una sovrapposizione di frequenze fra i vari nodi. Per shiftare i puntatori basta sommare un offset al clock del Master. M/S puntatori S/S La distanza fra i puntatori dipende dalla massima dimensione permessa per ciascuna trasmissione (1, 3, 5 slots). In linea di principio questo approccio può essere reiterato attivando diverse trasmissioni contemporaneamente. AM_ADDR i N_SLOT SKEW TIME_SLOT Case study: un semplice DPCS Tre Sensori Due PLC Due Attuatori Invia a Riceve da PLC 1 Actuator 1 Sensor 1 Sensor 1 Sensor 2 PLC 1 PLC 2 Actuator 1 Actuator 2 Sensor 1 PLC 1 X Actuator 1 X PLC 1 Sensor 2 PLC 2 X Sensor 3 PLC 2 X PLC 2 Actuator 2 Sensor 2,3 Sensor 3 Actuator 2 X PLC 2 28

29 Organizzazione del traffico: Configurazione A PLC 1 master Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 PLC 1 PLC 2 Actuator 1 Actuator 2 Sensor 1 slave 1 Actuator 1 slave 2 Sensor 2 slave 3 Sensor 3 slave 4 PLC 2 slave 5 Ring Actuator 2 slave 6 Scan Cycle master (PLC 1) slave 1 (Sensor 1) slave 2 (Actuator 1) slave 3 (Sensor 2) slave 4 (Sensor 3) slave 5 (PLC 2) slave 6 (Actuator 2) Scan Cycle Scan Cycle master (PLC 1) slave 1 (Sensor 1) slave 2 (Actuator 1) slave 3 (Sensor 2) slave 4 (Sensor 3) slave 5 (PLC 2) slave 6 (Actuator 2) Ring 1 master Organizzazione del traffico: Configurazione B Sensor 1 Sensor 2 PLC 1 PLC 2 Actuator 1 Actuator 2 Sensor1 slave 1 PLC 1 slave 2 Actuator 1 slave 3 Sensor 2 slave 4 Sensor 3 slave 5 PLC 2 slave 6 Ring 2 Actuator 2 slave 7 Sensor 3 master master Scan Cycle slave 1 (Sensor 1) slave 2 (PLC 1) slave 3 (Actuator 1) slave 4 (Sensor 2) slave 5 (Sensor 3) slave 6 (PLC 2) slave7 (Actuator 2) Scan Cycle Scan Cycle slave 1 (Sensor 1) slave 2 (PLC 1) slave 3 (actuator 1) slave 4 (Sensor 2) slave 5 (Sensor 3) slave 6 (PLC 2) slave7 (Actuator 2) 29

30 Alcune riflessioni sulla comunicazione S/S La comunicazione Slave/Slave è utile sia nei DPCSs che nelle Sensor Networks, poichè aumenta il numero di dispositivi che possono comunicare contemporaneamente. L aspetto interessante è che questo approccio è compatibile con quello tradizionale e permette la coesistenza di sistemi che operano in modalità M/S e S/S. Effettuando una schedulazione accurata il Master può attivare diversi ring logici, indipendenti (ma sincronizzati) che comunicano all interno della stessa piconet. Il Throughput complessivo può essere notevolmente aumentato. 30