APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA BLUETOOTH EN LA

APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA BLUETOOTH EN LA TRANSMISIÓN Y ALMACENAMIENTO DE
VIDEO EN PLATAFORMAS MÓVILES
GRUPO DE INVESTIGACION TELETECNO
JAMES VELOZA ORTIZ
CÓDIGO 20092273021
HERMES ESLAVA
DOCENTE
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
SEMINARIO DE INVESTIGACION
INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES
BOGOTA D.C.
NOVIEMBRE DE 2010
1
Índice
1.
INTRODUCCION
3
2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
4
3.
OBJETIVOS
4
3.1.
GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
3.2.
ESPECIFICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4.
RESULTADOS ESPERADOS
4
5.
MARCO TEÓRICO
4
5.1.
TRANSMISION DE VIDEO SOBRE BLUETOOTH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
5.2.
PROTOCOLOS DE IMPLEMENTACION
5
5.2.1.
PROTOCOLO H.261
5.2.2.
EMPAQUETAMIENTO IP
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
5.3.
SOFTWARE DE CONTROL
5.4.
MODULOS BLUETOOTH
5.5.
CAPA FISICA Y VELOCIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
5.6.
TOPOLOGÍAS PARA BLUETOOTH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
5.7.
SCO (Conexión sincronizada orientada)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
5.8.
ARQUITECTURA PARA LA TRANSMISION DE VIDEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
5.9.
COMPRESION DE VIDEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
6.
ESTADO DEL ARTE
7
7.
PRESUPUESTO
9
8.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
9
9.
CONCLUSIONES
10
Referencias
11
2
1.
INTRODUCCION
Bluetooth es una tecnología que opera a una frecuencia de 2,4 GHz para uso libre. La versión actual
de la tecnología Bluetooth v2.0, modula usando el desplazamiento de frecuencia gausiana Keying (GFSK)
. La disponibilidad de radio Bluetooth en los dispositivos móviles Bluetooth se constituye en una buena
alternativa de investigacion, para éste caso se propone la tecnología Bluetooth para transportar video. En
este estudio se proporciona un marco de trabajo concreto que muestra cómo el streaming de video a través
de Bluetooth puede ser implementado entre un dispositivo móvil y una estación de trabajo de escritorio.
Un buen número de estudios de simulación de transmisión de vídeo a través de Bluetooth han sido
realizados, sin embargo, pocos han sido aplicados debido a las limitaciones signicativas en comparación a
la exibilidad y capacidad de conguración disponibles en la simulación paquetes.
Bluetooth es una buena alternativa de investigacion dado que los sistemas actuales necesitan de tecnologías de transmisión que permitan la exibilidad en el uso de las bandas de frecuencias asignadas para la
comunicación. El proyecto respalda la implementación de los módulos y la investigación en transmisión de
videos desde plataformas móviles propuestos por el gupo de investigación TELETECNO de la Universidad
Distrital Francisco José de Caldas.
3
2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Diferentes estudios sobre la transmisión de datos sobre tecnología Bluetooth se han realizado hasta el
día de hoy, los resultados han sido éxitosos en sistemas de comunicación en tiempo real de voz y datos,
sin embargo ésta tecnología se encuentra en fase de desarrollo para sistemas de transmisión de video. Los
enfoques de investigación se han encargado de estudiar los efectos de atenuación e interferencia de los
módulos Bluetooth existentes; sin llegar a plantear un sistema de telemetría como el propuesto en éste
documento donde una plataforma móvil se dotará de un sistema de comunicación Bluetooth que enviará
datos y video a un host que actuará como sistema de control y seguimiento.
3.
OBJETIVOS
3.1.
GENERAL
Desarrollar un sistema de comunicación a través de la tecnología Bluetooth para el grupo de investigación
TELETECNO que permita realizar el seguimiento en tiempo real de una plataforma móvil y que ofrezca
resplado a un sistema de telemetría sobre Wi-Fi; ofreciendo un sistema de comunicación permanente dado
que si existe pérdida de un enlace se activará otro (Wi Fi a Bluetooth, Bluetooth a Wi Fi).
3.2.
ESPECIFICOS
3
Enviar video en tiempo real desde una plataforma móvil a un host, utilizando la tecnología Bluetooth.
3
Integrar las tecnologías Bluetooth y Wi Fi dentro de un mismo sistema, con efectos de ruido e
interferencia mínimos.
3
Diseñar un software de telemetría que realice el seguimiento de un dispositivo ubicado a distancias
considerables.
3
Ofrecer un sistema de comunicación para el grupo de investigación TELETECNO que permita un
constante desarrollo de sistemas basados en la tecnología Bluetooth.
4.
RESULTADOS ESPERADOS
Obtener un sistema de comunicación Bluetooth que envíe video en tiempo real y que permita realizar
el seguimiento y telemetría de una plataforma móvil desde un dispositivo a distancia donde convergerán las
tecnología Bluetooth y Wi Fi.
5.
MARCO TEÓRICO
5.1.
TRANSMISION DE VIDEO SOBRE BLUETOOTH
Bluetooth es una tecnología de transmisión que permite la transmisión de video entre dispositivos
móviles en entornos ad hoc. Las especicaciones de Bluetooth para capa física permiten analizar diferentes
alternativas en el empaquetado y la transmisión de los videos, así por ejemplo los protocolos L2CAP e IP
son exibles en términos de implementación.
Los mecanismos actuales de QoS que trabajan sobre la capa de red proveen mecanismos de adaptación
optimizados. Destacando de éste modo la futura interacción entre-capas para obtener atributos tales como
control de errores, control de congestion, adaptación de la compresión de ancho de banda y adaptación
de empaquetamiento, por citar algunas características, éstas con el objetivo de obtener mayor eciencia y
robustez en la transmisión.
La comprensión de video es fundamental en la transmisión sobre Bluetooth debido a las variaciones de
tiempo de sincronización, el limitado ancho de banda y los recursos de los dispositivos.
4
En algunos casos los viedo clips MPEG 2 han sido transmitidos sobre un enlace ACL; a 18 cuadros por
trama, el paquete IP arriva a una taza de 450 paquetes por segundo. Estos paquetes tienen tamaños entre
50 y 850 bytes.
5.2.
5.2.1.
PROTOCOLOS DE IMPLEMENTACION
PROTOCOLO H.261
El protocolo H.261 fue fomentado por el Comité Consultativo de Telefonìa y Telegrafía (CCITT) en
1990 para estimular las video conferencias y el desarrollo de sistemas de video.
Para este protocolo se ha trabajado con módulos Bluetooth usando los puertos UART de una FPGA y
a través de un software de control en la transmision de datos, un sistema basado sobre H.261 es un sistema
con buenos resultados en parte debido a los algoritmos de compresion y la escalabilidad en la transmision.
En éste sistema se propone el uso de una video cámara, un circuito de codicación y convertidores
asíncronos para módulos bluetooth, las imagenes de la cámara son codicadas a través de H.261, y luego
a través del conversor síncrono/asíncrono son enviadas desde los puertos UART a los módulos Bluetooth
para realizar la transmisión.
Al lado del receptor, el módulo Bluetooth envía al convertidor síncrono/asíncrono la señal y de éste
punto al decodicador H.261, de manera detallada signica que el módulo envía los datos al puerto UART
serial luego los transmite al convertidor y posteriormente se decodica con H.261 para mostrar la señal en
un monitor.
5.2.2.
EMPAQUETAMIENTO IP
La mayoría de experimentos han trabajado sobre codicación MPEG-2 y clips de video provenientes de
un servidor remoto a través de una red IP. Las tramas de datos de Bluetooth en modo asimétrico proponen
el modelo de un maestro conteniendo un paquete y la respuesta de un dispositivo esclavo.
El envío del video es eciente usando el envío a través de paquetes IP usando piconet y una estructura
de ujo de video codicado MPEG-2. Estos paquetes permiten alcanzar mayor calidad de video, a pesar de
la sincronización de arribo.
Una trama de Bluetooth en modo de transporte asíncrono Asynchronous Connection Less (ACL) es
básicamente el enlace entre un tres o cinco espacios de tiempo de un dispositivo maestro y por los menos
la respuesta a una de éstas modulaciones por parte del dispositivo esclavo, en ésta conexión generalmente
se ofrece una tasa de 3.0 Mbps.
5.3.
SOFTWARE DE CONTROL
La plataforma inicializa el dispositivo Bluetooth y establece la conexión, también controla codicación
con H.261, optimiza el código, establece control del convertidor sincronización usando VHDL. Dentro de
la plataforma Bluetooth se tiene un sistema interno de almacenamiento conocido como PS que contribuye
a la activación del bucle de transmisión.
5.4.
MODULOS BLUETOOTH
Constituyen una actualización de la interface Bluetooth inicial; Interface USB 2.0 (EDR 2.0) con antena
integrada (Ver Figura 1), permite tasas de hasta 3 Mbps, y sus paquetes de transmisiòn contienen los
siguientes elementos:
a) Acceso de código (aviso de recepción)
b) Encabezado (tipo y longitud del paquete)
c) Carga útil
d) Banda de Guardia (aseguramiento de la comunicación).
La carga útil utiliza modulación GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), DQPSK, 8DPSK, principalmente, aunque el sistema está abierto para la implementación de otras modulaciones según el esquema de
transmisión.
5
5.5.
CAPA FISICA Y VELOCIDADES
Éste modelo trabaja con una potencia mínima de 100 mW, distancia máxima de 100 m. Y la transmisión
punto a punto se da a una taza efectiva simétrica de 423.6 Kbps, y una asimétrica de 721 Kbps, y el
estreaming de H.261está entre 64 Kbps y 2 Mbps.
Figura 1: Módulo Bluetooth por puerto USB
5.6.
TOPOLOGÍAS PARA BLUETOOTH
Bluetooth permite la conexión entre dispositivos utilizando protocolos tales como; Point to Point, Piconet, Scatternet (Ver Figura 1). En el protocolo Point to Point, se permite la conexión exclusiva entre dos
dispositivos, la variante con respecto a éste protocolo es una implementación Point to Multipoint (Piconet)
donde un dispositivo actúa como maestro y los demás son esclavos en la comunicación. Otro protocolo es
Scatternet, donde los dispositivos de una Piconet pueden ser maestros o esclavos de otra piconet a través
del multiplexado de tiempo. La tecnología Bluetooth, tiene su esquema fundamental montado sobre las
capas física, de enlace y aplicación, debido al tipo de datos que se comunican; tales como datos, voz y
aplicaciones para usuario.
Figura 2: Estructuras de Transmisión Bluetooth[2]
5.7.
SCO (Conexión sincronizada orientada)
Tiene como base la conexión punto a punto con un ancho de banda de hasta 64 Kbps, destinada a
la transmisión de voz. ACL es un tipo de conexión a multi punto con un ancho de banda de bajada de
6
732 Kbps y 128 Kbps de subida. El protocolo de manejo de enlace (LMP) principalmente se encarga de
controlar la sensibilidad y la encriptación de datos. (L2CAP) por su parte se encarga de activar y desactivar
los servicios de conexión con las capas superiores segmentándolos y reagrupándolos, y soporta paquetes de
datos de hasta 64Kbytes. Los anteriores protocolos se encargan también en conjunto del envió de datos a
través del puerto físico (Serial, PCI, etc) y también de la transferencia tales como el audio.
5.8.
ARQUITECTURA PARA LA TRANSMISION DE VIDEO
Para conseguir un envío eciente de archivos de video, la clave es la compresión de archivo, la siguiente
gráca muestra las etapas principales en la transmisión: Para el siguiente esquema una vez la conexión ha
sido establecida, el video comprimido es particionado y enviado a las etapas de L2CAP, HCI ó IP, donde
son segmentados y posteriormente enviados al modulo de transmisión. En el modulo receptor son tomados
los paquetes y ensamblados nuevamente por los protocolos de la capa intermedia, donde después serán
tomados por un decodicadores para la descomprensión. El proceso es el siguiente:
Extremo transmisor:
1. Codicacion de Medio
2. QoS Control
Control de Errores.
Control de Congestión.
3. Protocolos Intermedios
4. Módulos Bluetooth.
5.9.
COMPRESION DE VIDEO
Cualquier dispositivo físico necesita de un número jo de parámetros para representar su información.
Este número puede ser difícil para tratar de almacenarlo o transmitirlo. El proceso de compresión facilita
estas tareas utilizando un número menor de parámetros que todo el conjunto. Si toda la información se
puede recuperar mediante este subconjunto de parámetros, la compresión se denomina sin perdidas, por
otro lado, si no se puede recuperar toda la información, se denomina compresión con perdidas.
La primera normalmente no consigue tasas de compresión demasiado signicativas, por lo que se utiliza
también la técnica con pérdidas. Sin embargo, ciertas aplicaciones como representación y almacenamiento de
señales médicas indiscutiblemente necesitan de una compresión sin perdidas. MPEG 4 Ideal para aplicaciones
de bajo ancho de banda limita la información redundante. H. 263 Similar a la compresión MPEG4 pero
para anchos de banda mucho más bajos, puede llegar a 30 cuadros por segundo y 128 Kbps.
Las señales de video son señales espacio-temporales o simplemente una secuencia de imágenes que varían
en el tiempo. La información es visual. Una imagen monocromática puede representarse matemáticamente
por x(h,v), donde x es el valor de intensidad en la localización horizontal h y vertical v. La correspondiente
señal de video monocromática puede ser representada por x(h,v,t) donde t es el tiempo.
6.
ESTADO DEL ARTE
Para efectos prácticos la extensión de Bluetooth de la Universidad de Cincinnati (UCB/t) ha obtenido
que con un video de 40 segundos se genera una taza de 1.77 Mbps, con movimiento constante, 18 cuadros
por trama y una taza de arribo IP de 450 paquetes por segundo.
Se ha experimentado también un esquema donde se agrupa dos cuadros por paquete IP. Donde se
incrementa la velocidad comparado al modelo anterior.
La desventaja pincipal en el modelo de transmisión de un cuadro por trama es que el buer se ocupa
rapidamenta haciendo que se pierdan paquetes.
Algunos de los resultados en terminos de velocidad y tamaños se muestran en la Tablas 1 y 2:
7
Cuadro 1: Velocidad por transmisión de cuadros[4]
Cuadro 2: Tasas de transmisión por paquete[5]
En algunos casos los video clips MPEG 2 han sido transmitidos sobre un enlace ACL; a 18 cuadros por
trama, el paquete IP arriva a una taza de 450 paquetes por segundo. Estos paquetes tienen tamaños entre
50 y 850 bytes.
8
7.
PRESUPUESTO
Cuadro 3: Presupuesto global
Cuadro 4: Presupuesto de materiales y suministros
Cuadro 5: Presupuesto de servicios técnicos
8.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
En la siguiente tabla se muestran las fechas presupuestadas para el desarrollo del proyecto con una
duración aproximada de seis meses en el año 2011:
9
9.
CONCLUSIONES
Las especicaciones de Bluetooth para capa física permiten analizar diferentes alternativas en el empa-
quetado y la transmisión de los videos, por ejemplo los protocolos L2CAP e IP son exibles en términos de
implementación.
La compresión de video es fundamental en la transmisión sobre Bluetooth debido a las variaciones
de tiempo de sincronización, el limitado ancho de banda y los recursos de los dispositivos, ejemplos de
compresión de video efectivas se pueden encontrar en datos de tipo MPEG2 o MPEG4.
Los protocolos de codicacion permiten buenos resultados gracias a los algoritmos de compresion y la
escalabilidad en la transmision (protocolo H.261), por otra parte el envío del video también es eciente a
través del empaquetamiento IP usando piconet y una estructura de ujo de video codicado como MPEG-2.
10
Referencias
[1] J. Bray and C. Sturman. Bluetooth: connect without cables. Prentice Hall PTR, 2001.
[2] Aravind Iyer and U. B. Desai. A comparative study of video transfer over bluetooth and 802.11 wireless
mac.
[3] R. Morrow. Bluetooth operation and use. McGraw-Hill, 2002.
[4] E. A. Jammeh R. Razavi, M. Fleury and M. Ghanbari.
Ecient packetization for bluetooth video
transmission.
[5] M. Fleury R. Razavi and M. Ghanbari. Video-streaming applications enabled across bluetooth v. 2.0
interconnects.
[6] K. L. Woon, University College Dublin. Department of Electronic, and Electrical Engineering. Bluetooth
wireless video transmission. University College Dublin, 2003.
[7] Wang Xiaohang. Video streaming over bluetooth: A survey.
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