CHAPTER 7. MODEL-GUIDED DATA-DRIVEN PREDICTIVE CONTROL FOR
7.2 Model Identification and Model Validation
7.2.1 Levenberg-Marquardt Algorithm
En el proceso de establecimiento de la conexión los dispositivos transitan por diversos estados ya que estos necesitan negociar sus roles y sincronizarse para una transferencia de datos correcta:
Primer Estado: Es nombrado inquiry, en este estado una unidad trata de escanear los dispositivos visibles que están a su alcance, para luego enviar petición de conexión. Ejemplo:
Periodic Inquiry Mode:
Bluetooth HCI Command - Periodic Inquiry Mode Command Opcode: Periodic Inquiry Mode (0x0403) Parameter Total Length: 9
Max Period Length: 24 Min Period Length: 16
LAP: 0x9e8b33 Inquiry Length: 8
El parámetro Max Period Length especifica el tiempo máximo especifico entre averiguaciones consecutivas, este tiempo se calcula 24*1.28 s = 43.2 s. El parámetro Min Periodic Lengh especifica la cantidad mínima entre averiguaciones consecutivas y es calculado como 16*1.28= 20.48 s, la duración del período inquiry es menor que el Min Periodic Lengh y se calcula para este caso como 8*1.28= 10.24 s. Del parámetro LAP se derivan todos los códigos de acceso (DAC), que no es más que un identificador del dispositivo remoto para que no sea necesario transmitir la dirección MAC cada vez que se tenga que acceder al medio.
Segundo Estado: Los dispositivos que estén al alcance del host local y aceptan la petición de conexión le responde con un inquiry Response. Ejemplo:
Inquiry Result With RSSI:
Bluetooth HCI Event - Inquiry Result With RSSI Event Code: Inquiry Result With RSSI (0x22) Parameter Total Length: 15
Number of responses: 1
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2) Page Scan Repetition Mode: R1 (0x01)
Class of Device: 0x520204 (Phone - services: Telephony, Object transfer, Networking) .110 1001 0001 0110 = Clock Offset: 0x6916
RSSI (dB): -43
El parámetro Num Responses especifica el número de la respuesta que se acaba de transmitir. El parámetro BD_ADDR contiene la dirección MAC del dispositivo que responde este pedido de conexión, con este dato y el DAC el dispositivo Master confecciona una tabla que relaciona estos 2 datos anteriores. El parámetro Page Scan Repetition Mode identifica la cantidad de repeticiones que va a poseer la DAC. Class of Divice no es más que la clase de servicio que proporciona el dispositivo remoto. RSSI indica la potencia recibida por el dispositivo remoto.
Tercer Estado: El dispositivo que pidió petición de conexión envía un mensaje Remote Name Request, este mensaje se utiliza para adquirir el nombre del dispositivo remoto. Ejemplo:
Remote Name Request:
Bluetooth HCI Command - Remote Name Request Command Opcode: Remote Name Request (0x0419) 0000 01.. .... .... = ogf: Link Control Commands (0x0001) .... ..00 0001 1001 = ocf: 0x0019
Parameter Total Length: 10
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2) Page Scan Repetition Mode: R2 (0x02)
Page Scan Mode: Mandatory Page Scan Mode (0x00) .000 0000 0000 0000 = Clock Offset: 0x0000 (0 ms) 0... .... .... .... = Clock_Offset_Valid_Flag: false (0)
El parámetro BD_ADDR identifica la MAC del dispositivo cuyo nombre es pedido, este parámetro es necesario transmitirlo ya que el master confecciona una tabla con la MAC, el DAC y el nombre de los dispositivos remotos. El siguiente parámetro es el Page Scan Repetition Mode, este identifica la cantidad de transmisiones que va a tener la DAC. El parámetro Clock Offset ofrece la diferencia entre el reloj del esclavo y del master, este parámetro está identificado solo en dos bits de los 16 bits que se reciben. El parámetro
Clock_Offset_Valid_ _Flag indica si es válido o no el parámetro Clock Offset, en este caso no es válido.
Cuarto Estado: El esclavo entra en el estado de conexión luego de recibir el paquete FHS (Sincronización de Salto de Frecuencia) del Master:
Command Status:
Bluetooth HCI Event - Command Status Event Code: Command Status (0x0f) Parameter Total Length: 4
Status: Pending (0x00)
Number of Allowed Command Packets: 1
El parámetro Status (0x00) indica que el comando actual está pendiente. El
Command_Opcode indica que el comando Opcode inició este evento y se espera su terminación. Este evento es necesario para proporcionar mecanismos de operación asincrónica, lo que hace posible evitar que el host espere un comando para terminar. Si el comando no puede comenzar a ejecutarse producto de un error, el parámetro evento de estado contendrá el código del error correspondiente.
Fin del periodo de descubrimiento de nombres: Remote Name Request Complete:
Bluetooth HCI Event - Remote Name Req Complete Event Code: Remote Name Req Complete (0x07) Parameter Total Length: 255
Status: Success (0x00)
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2) Remote Name: Nokia 6822
El parámetro Status indica si el evento Remote Name Request tuvo éxito o no, en este caso 0x00 ratifica que si tuvo éxito. El BD_ADDR es la MAC del dispositivo cuyo nombre se solicitó. Remote Name muestra el nombre del dispositivo remoto.
Luego de los Comandos (Create Connection y Connect Completed) se establecerá la Conexión:
Create Connection:
Bluetooth HCI Command - Create Connection Command Opcode: Create Connection (0x0405)
0000 01.. .... .... = ogf: Link Control Commands (0x0001) .... ..00 0000 0101 = ocf: 0x0005
Parameter Total Length: 13
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2) .... .... .... ..0. = Packet Type 2-DH1: false (0) .... .... .... .0.. = Packet Type 3-DH1: false (0) .... .... .... 1... = Packet Type DM1: true (1) .... .... ...1 .... = Packet Type DH1: true (1)
.... ...0 .... .... = Packet Type 2-DH3: false (0) .... ..0. .... .... = Packet Type 3-DH3: false (0) .... .1.. .... .... = Packet Type DM3: true (1) .... 1... .... .... = Packet Type DH3: true (1) ...0 .... .... .... = Packet Type 2-DH5: false (0) ..0. .... .... .... = Packet Type 3-DH5: false (0) .1.. .... .... .... = Packet Type DM5: true (1) 1... .... .... .... = Packet Type DH5: true (1) Page Scan Repetition Mode: R1 (0x01)
Page Scan Mode: Mandatory Page Scan Mode (0x00) .110 1001 0001 0110 = Clock Offset: 0x6916 (33627,5 ms) 1... .... .... .... = Clock_Offset_Valid_Flag: true (1)
Allow Role Switch: Local device may be master, or may become slave after accepting a master slave switch. (0x01)
Este comando hará que el Administrador del Enlace cree una conexión con el dispositivo Bluetooth con el BD_ADDR especificado por los parámetros de comando, este hace que el dispositivo Bluetooth local inicie el proceso de página para crear una conexión de nivel de enlace. El Administrador del Enlace determinará cómo la nueva conexión anterior se ha establecido. Esta conexión ACL está determinada por el estado actual del dispositivo, su picored, y el estado del dispositivo que se conecta. Packet Type indica los tipos de paquetes que se pueden transmitir. Clock Offset muestra la diferencia entre los relojes del esclavo y del maestro y en este caso esta diferencia es válida. Allow Role Switch especifica si el maestro de la conexión acepta ser esclavo o no luego de una petición, en este caso el dispositivo local acepta el rol de interruptor con el valor 0x01.
Connect Compete:
Bluetooth HCI Event - Connect Complete Event Code: Connect Complete (0x03) Parameter Total Length: 11
Status: Success (0x00) Connection Handle: 0x002a
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2) Link Type: ACL connection (Data Channels) (0x01)
Encryption Mode: Encryption Disabled (0x00)
El evento de conexión completa indica a ambos hosts que forman la conexión que una nueva conexión ha sido establecida. El parámetro Status indica si la conexión ha sido completada exitosamente. El Connection Handle indica si se va a transmitir voz o dato.
BD_ADDR identifica la MAC del dispositivo conectado. Link Type especifica el tipo de canal con que se va a trabajar, en este caso es ACL (0x01) y por ser asincrónico está destinado para Datos. Encryption Modes indica si se va a utilizar algún tipo de encriptación en esta caso el (0x00) especifica que esta desactivado.
Luego de establecer la Conexión se enviara varios comandos para establecer algunos parámetros: Estos parámetros son necesarios ya que en ellos se negocia el tiempo máximo de slots y este a su vez depende del medio, la llave del enlace para proporcionar seguridad a la comunicación.
Read Remote Supported Factures.
Bluetooth HCI Command - Read Remote Supported Features Command Opcode: Read Remote Supported Features (0x041b) 0000 01.. .... .... = ogf: Link Control Commands (0x0001) .... ..00 0001 1011 = ocf: 0x001b
Parameter Total Length: 2 Connection Handle: 0x002a
Este comando solicita una lista de las características soportadas por el dispositivo remoto identificado por el parámetro Connection_Handle. El Connection Handle especifica la LMP de conexión apoyándose en esta lista.
Max Slots Change:
Bluetooth HCI Event - Max Slots Change Event Code: Max Slots Change (0x1b) Parameter Total Length: 3
Connection Handle: 0x002a Maximum Number of Slots: 5
Se envía cada vez que la longitud máxima permitida, en número de Slots por paquetes de banda base de transmisión del dispositivo local, sufre cambios. El Maximum Number of
Slots indica el número máximo de franjas horarias autorizadas a utilizar por los paquetes de banda base.
Read Remote Version Information:
Bluetooth HCI Command - Read Remote Version Information Command Opcode: Read Remote Version Information (0x041d) 0000 01.. .... .... = ogf: Link Control Commands (0x0001) .... ..00 0001 1101 = ocf: 0x001d
Parameter Total Length: 2 Connection Handle: 0x002a
Este comando obtiene los valores de información de la versión del dispositivo Bluetooth remoto identificado por el parámetro Connection_Handle.
Link Key Request:
Bluetooth HCI Event - Link Key Request Event Code: Link Key Request (0x17) Parameter Total Length: 6
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2)
El evento Link Key Request indica que una clave de acceso es necesaria para la conexión con el dispositivo especificado en BD_ADDR.
PIN Code Request:
Bluetooth HCI Event - PIN Code Request Event Code: PIN Code Request (0x16) Parameter Total Length: 6
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2)
El evento PIN Code Request indica que un código PIN es necesario para crear la clave de un nuevo enlace.
Link Key Notification:
Bluetooth HCI Event - Link Key Notification Event Code: Link Key Notification (0x18)
Parameter Total Length: 23
BD_ADDR: 0011:9f:0499e2 (NokiaDan_04:99:e2) Link Key: 935707F81E910BC9BA0DA52AA4261BD7 Key Type: Combination Key (0x00)
El BD_ADDR pertenece al dispositivo para el cual la clave del enlace ha sido generada. El evento Link Key Notification indica al host que una clave de enlace se ha creado para la conexión con el dispositivo especificado en BD_ADDR. Key Type no es más que la llave de combinación que se va a usar, esta posee 16 octetos y es utilizada para dar seguridad al enlace.
Authentication Complete:
Bluetooth HCI Event - Auth Complete Event Code: Auth Complete (0x06) Parameter Total Length: 3
Status: Success (0x00) Connection Handle: 0x002a
El parámetro Status indica que la conexión ha sido completada exitosamente. El
Connection Handle identifica que la autenticación se ha realizado correctamente.
Number of Complete Packets:
Bluetooth HCI Event - Number of Completed Packets Event Code: Number of Completed Packets (0x13) Parameter Total Length: 5
Number of Connection Handles: 1 Connection Handle: 0x002a Number of Completed Packets: 1
El Number of Complete Packets es utilizada por el controlador para indicar al host cuántos paquetes de datos HCI se han completado (transmitido) con el identificador de conexión asociado.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones:
La investigación realizada se ha enfocado en el estudio del Estándar Bluetooth debido a la necesidad de mejorar la asignatura Comunicaciones Móviles.
1. Producto a la necesidad antes planteada se hizo necesario analizar a profundidad las características del estándar. Para logar esto se realizó un estudio de la bibliografía correspondiente y se investigaron diferentes técnicas para poder capturar las tramas transmitidas desde un dispositivo a otro, con el objetivo de comprender el establecimiento de la conexión.
2. Se obtuvieron paquetes provenientes de un dispositivo Bluetooth remoto ejecutando un sniffer en el nivel HCI, los cuales son mostrados con el sniffer Wireshark. Para poder comprender la utilización de las herramientas usadas se estudió a profundidad los significados de cada una de ellas.
3. Las tramas de datos capturadas mediante el sniffer fueron investigadas teniendo en cuenta el procedimiento de establecimiento de la conexión entre dos dispositivos descrito por el estándar IEEE 802.15. Para analizar la captura se realizó un estudio de la Especificación Bluetooth 2.0 donde se explica cada una de ellas. .
Recomendaciones
Se recomienda usar otra de las técnicas explicadas en el capítulo 1 para poder capturar tramas sin necesidad de que estas sean dirigidas hacia el dispositivo que está ejecutando el
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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BEASLEY, J. S. 2009. Networking, Capítulo 11 Segunda ed. BRUCE HOPKINS, R. A. 2003. Bluetooth for java, Capítulo 2. CACHO, R. A. 2003. Bluetooth.
COLECTIVO DE AUTORES 2003. Specification of the Bluetooth System, version 1.2. COLECTIVO DE AUTORES 2004. Specification of the Bluetooth System, version 2.0. COLECTIVO DE AUTORES. 2007. IEEE Standards Association [Online]. Available:
http://standards.ieee.org/develop/regauth/oui/oui.txt.
FIGUEIRA, J. S. 2011. Bluetooth. Protocolos y Aplicaciones [Online]. Available:
http://neutron.ing.ucv.ve/revista-e/No8/Jose%20Figueira%5CFigueira.htm.
FREZNEL, A. M. C., A.; MONACHESI, E.; CHAILE, M.G. 2012. Física de las ondas Radioeléctricas dentro del Estándar Bluetooth 802.11b.
IEEE 2011. El Estándar Bluetooth IEEE 802.15.1. JUZGADO, P. D. B. 2010. Soporte Bluetooth. KARGER, B. B. M. 2011. Hacking Bluetooth.
MIGUEL ÁNGEL CUEVAS CEPEDA, P. I. C. Á. 2011. Bluetooth: Redes y Servicios de Radio.
PÉREZ N., J. E. 2011. Bluetooth. Descripción del Estandar [Online]. Available:
http://neutron.ing.ucv.ve/revista-e/No8/Joffre%20Perez%5CBluetooth.1.htm. TABLADO, A. M. 2008. Seguridad Mobile [Online]. Available:
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WOOL., Y. S. A. A. 2005. In the proceedings of the 3rd USENIX/ACM. Conf. Mobile Systems, Applications, and Services
ANEXOS
Período inquiry Mode:Max_Period_Length:
Valor Descripción de parámetros.
N=0xXXXX Cantidad Máxima de tiempo específico entre averiguaciones consecutivas.
Longitud: 2 octetos Rango: 0x03-0xFFFF Tiempo= N*1.28 seg Rango: 3.48-83884.8 seg 00-23.3 horas Min_Period_Length:
Valor Descripción de Parámetros.
N=0xXXXX Cantidad Mínima de tiempo específico entre averiguaciones consecutivas.
Longitud: 2 octetos Rango: 0x02-0xFFFF Tiempo: N*1.28 seg
Rango: 2.56-83883.52 seg 0.0-23.3 horas
LAP:
Valor Descripción de Parámetros.
N=0x9E8B00- 0x9E8B3F
Este es el LAP del cual todos los códigos de acceso son derivados.
Inquiry_Length:
Valor Descripción de Parámetros.
N=0xXX Cantidad Máxima de tiempo específico entre averiguaciones consecutivas.
Longitud: 1 octeto Rango: 0x01-0x30 Tiempo: N*1.28 seg Rango: 1.28-61.44 seg
Num_Responses:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 Número ilimitado de respuestas.
Evento Inquiry Result with RSSI:
Num_Responses:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXX Número de respuesta del inquiry mode.
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXXXXXXXX BD_ADDR por cada Dispositivo que responde.
Page_Scan_Repetition_Mode:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 R0
0x01 R1
0x02 R2
0x03-0xFF Reservado
R0, R1 y R2 identifican la cantidad de repeticiones que va a tener la DAC.
Reserved:
Valor Descripción de Parámetros.
Class_of_Divice:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXX Clase de Servicio del Dispositivo.
Clock_Offset:
Formato de bits Descripción de Parámetros.
Bit 14-0 Bit 16-2 del CLK esclavo-CLK maestro.
Bit 15 Reservado
RSSI:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXX Rango: -127 a +20
Unidad : dBm
Comando Remote Name Request:
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
Page_Scan_Repetition_Mode:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 R0
0x01 R1
0x02 R2
0x03-0xFF Reservado
R0, R1 y R2 identifican la cantidad de repeticiones que va a tener la DAC.
Reserved:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 Reservado, debe estar listo para 0x00.
Clock_Offset: Formato de lo Bits
Descripción de Parámetros.
Bit 14-0 Bit 16-2 del CLK esclavo-CLK maestro.
Bit 15 Clock_Offset_Valid_Flag
Invalid Clock Offset=0 Valid Clock Offset=1
Evento Command Status:
Status:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 Comando Actual pendiente.
0x01-0xFF Comando ha fallado.
Num_HCI_Command_Packets:
Valor Descripción de Parámetros.
N=0xXX El número de paquetes de comandos HCI que están autorizados para ser
enviadas al controlador de la Host. Rango de N: 0-255.
Command_Opcode:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXX El comando Opcode causó este evento y se espera su conclusión.
Evento Remote Name Request Complete:
Status:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 El comando Remote_Name_Request_Complete tuvo éxito.
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXXXXXXXX BD_ADDR del dispositivo cuyo nombre se solicitó.
Remote_Name:
Valor Descripción de Parámetros.
Name [248] Una Codificación del nombre de un dispositivo Usuario-amigo remoto.
Si el nombre contenido en el parámetro es más corto que 248 octetos, el final del nombre se indica mediante un octeto nulo (0x00), y los octetos siguientes (para llenar hasta 248 octetos, que es la longitud del parámetro) no tienen valores válidos.
Comando Create Connection:
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
Packet_Type:
Valor Descripción de Parámetros.
0x0001 Reservado para uso futuro.
0x0002 2-DH1 no pueden ser utilizados.
0x0004 3-DH1 no pueden ser utilizados.
0x0008 DM1 pueden ser utilizados.
0x0010 DH1 pueden ser utilizados.
0x0020 Reservado para uso futuro.
0x0040 Reservado para uso futuro.
0x0080 Reservado para uso futuro.
0x0100 2-DH3 no pueden ser utilizados.
0x0200 3-DH3 no pueden ser utilizados.
0x0400 DM3 pueden ser utilizados.
0x0800 DH3 pueden ser utilizados.
0x1000 2-DH5 no pueden ser utilizados.
0x2000 3-DH5 no pueden ser utilizados.
0x4000 DM5 pueden ser utilizados.
Page_Scan_Repetition_Mode:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 R0
0x01 R1
0x02 R2
0x03-0xFF Reservado
R0, R1 y R2 identifican la cantidad de repeticiones que va a tener la DAC.
Reserved:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 Reservado, debe estar listo para 0x00.
Clock_Offset: Formato de lo Bits
Descripción de Parámetros.
Bit 14-0 Bit 16-2 del CLK esclavo-CLK maestro.
Bit 15 Clock_Offset_Valid_Flag
Invalid Clock Offset=0 Valid Clock Offset=1
Allow_Role_Switch:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 El dispositivo local será un maestro, y no aceptará un cambio de rol
solicitado por el dispositivo remoto en la configuración de la conexión.
0x01 El dispositivo local puede ser un maestro, o puede convertirse en un esclavo
después de aceptar un cambio de rol solicitado por el dispositivo remoto en la configuración de la conexión.
0x02-0xFF Reservado para uso Futuro.
Evento Connection Complete:
Status:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 La conexión ha sido completada exitosamente.
0x01-0xFF La conexión a fallado y por tanto no se ha completado.
Connection_Handle:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXX Se utiliza para identificar una conexión entre dos dispositivos Bluetooth. El
identificador de conexión se utiliza para distinguir qué tipo de transmisión se va a realizar si voz o dato.
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXXXXXXXX BD_ADDR del otro dispositivo conectado que forma la
conexión.
Link_Type:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 Conexión SCO.
0x01 Conexión ACL (Canal de Datos).
0x02- 0xFF
Reservado para usos Futuros.
Encryption_Mode:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 Encriptación no requerida.
0x01 Encriptación requerida para toda la conexión.
0x02- 0xFF
Comando Read Remote Supported Features:
Connection_Handle:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXX Especifica el identificador de conexión de la LMP-apoyado por la lista de
características obtenidas.
Rango: 0x0000-0x0EFF (0x0F00-0x0FFF Reservado para uso Futuro).
Evento Max Slots Change:
Connection_Handle:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXX Identificador de conexión.
Rango: 0x0000-0x0EFF (0x0F00-0x0FFF Reservado para uso Futuro).
LMP_Max_Slots:
Valor Descripción de Parámetros.
0x01, 0x03,
0x05
El número máximo de franjas horarias autorizadas a utilizar para los paquetes de banda base.
Comando Read Remote Version Information:
Connection_Handle:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXX Especifica el identificador de conexión de la LMP-apoyado por la lista de
características obtenidas.
Rango: 0x0000-0x0EFF (0x0F00-0x0FFF Reservado para uso Futuro).
Evento Link Key Request:
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXXXXXXXX BD_ADDR del dispositivo que genera la clave solicitada del
enlace.
Evento PIN Code Request:
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXXXXXXXX BD_ADDR del dispositivo que posee la clave del nuevo enlace
Evento Link Key Notification:
BD_ADDR:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXXXXXXXX BD_ADDR del dispositivo para el cual la clave del enlace ha
sido generada.
Link_Key:
Valor Descripción de Parámetros.
0xXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX XXXXXX
Clave del enlace para la asociada BD_ADDR.
Key_Type:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 Llave de combinación.
0x01 Lave de la unidad local.
0x02 Llave de la unidad remota.
0x03- 0xFF
Evento Authentication Complete:
Status:
Valor Descripción de Parámetros.
0x00 La conexión ha sido completada exitosamente.
0x01-0xFF La conexión ha fallado y por tanto no se ha completado.