PDF de programación - Implementación de un Protocolo de Comunicación para el Control de los Movimientos de un Brazo Robot a través del Interfaz Bluetooth de un Teléfono Celular

Implementación de un Protocolo de
Comunicación para el Control de los

Movimientos de un Brazo Robot a través del

Interfaz Bluetooth de un Teléfono Celular

Almeida P. Marco1, Roldán M. Elsa2, Sinche M. Soraya, Msc3





Escuela Politécnica Nacional

Quito-Ecuador




Resumen - El presente trabajo trata del diseño e
implementación de un protocolo de comunicación que
estandariza el canal de comunicación de un sistema
distribuido.

El sistema distribuido está compuesto por un teléfono
celular Nokia y el brazo robot Lego Mindstorm. El teléfono
celular enviará comandos hacia el brazo robot a través de
la
inalámbrica Bluetooth para controlar su
movimiento. El brazo robot deberá tomar una pelota roja o
azul según las órdenes del usuario.

Para el diseño del protocolo se utilizó la herramienta Spin
que permite la validación de modelos para sistemas
distribuidos y para su implementación el lenguaje JAVA.


interfaz



I.

INTRODUCCIÓN


Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas,
formatos y procedimientos que gobiernan la interacción
de procesos concurrentes que se ejecutan en varios
equipos de comunicación de un sistema distribuido.

Los equipos de comunicación que conforman un sistema
distribuido pueden ser distintos, y también pueden estar
conectados entre sí por diferentes tipos de redes, por tal
razón los objetivos para el diseño de un protocolo de
comunicación son:


 Establecer acuerdos para el uso de recursos
compartidos entre los equipos de comunicación.
 Formalizar la interacción entre los equipos de
comunicación estandarizando el uso del canal
de comunicación.


Para cumplir con estos objetivos, el protocolo de
comunicación debe ser especificado tomando en cuenta
los siguientes aspectos:


 Los servicios que va a ofrecer el protocolo.
 La hipótesis acerca del medio donde se

ejecutará el protocolo.



 Los tipos de mensajes usados para implementar

el protocolo (semántica).

 El formato de cada mensaje (sintaxis).
 Las reglas y procedimientos para garantizar la
intercambio de datos

consistencia en el
(gramática).


Debido a que un protocolo de comunicación considera
aspectos como la semántica, sintaxis y gramática para el
intercambio de información, se puede decir que su
definición es similar a la de un lenguaje.

Dado el creciente desarrollo en las comunicaciones
inalámbricas y las investigaciones que se han venido
realizando para controlar dispositivos electrónicos
inalámbrica Bluetooth, se
mediante
presenta este proyecto como un aporte a estas
investigaciones,
implementando un protocolo de
comunicación que permita el intercambio de información
entre un brazo robot y un teléfono celular de una manera
formal.



tecnología

la

II.

EL MODELO DE REFERENCIA OSI Y

LA TECNOLOGÍA INALÁMBRICA

BLUETOOH


A. El modelo de referencia OSI

realizará

tareas que

Para diseñar, implementar y administrar protocolos de
comunicación existen modelos que proporcionan un
marco teórico y tecnológico. Típicamente se basan en
una estructura por capas, lo que permite dividir las
distintas
el protocolo de
comunicación en módulos. Cada módulo tendrá la
capacidad de realizar una sub tarea y de interactuar con
otros módulos.

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) fue
diseñado por la ISO (International Organization for
Standarization) en 1997 con el objetivo de proporcionar
una directriz conceptual para que, equipos que tengan

diferentes características de hardware, software, sistemas
operativos y protocolos puedan comunicarse.

Este modelo divide a todo el proceso de comunicación en
varias
las mismas que se encuentran
distribuidas en siete capas como se observa en la Fig.1.


funciones,

 Request: se utiliza cuando una entidad requiere



un servicio.
Indication: se utiliza para informar a una
entidad que una acción o evento tuvo lugar.

 Response: respuesta de la entidad ante un

evento o acción que ocurrió.

 Confirm: reconocimiento de que una solicitud

anterior se ha concedido.


La Fig. 3 muestra como las entidades de capa n + 1
solicitan los servicios de las entidades de capa n por
medio de las primitivas para comunicarse con sus
entidades pares:


Fig. 1. El modelo de referencia OSI




En cada capa, un proceso que se encuentra en una
máquina se comunica con su proceso par en otra
máquina como se muestra en la Fig. 2. Según la
terminología de la OSI, los procesos que se ejecutan en
una capa n se les denominan entidades de capa n. El
intercambio de información entre entidades se realiza
utilizando PDUs (Protocol Data Units). Cada PDU está
compuesta por una cabecera que contiene la información
de control y por la información de usuario ó SDU
(Service Data Unit). El comportamiento de las entidades
de capa n es administrado por un protocolo de capa n.






Fig. 2. Comunicación entre dos entidades pares de capa n



La comunicación entre procesos pares es virtual en el
sentido de que no existe un enlace físico entre ellos. Para
que la comunicación tenga lugar, la entidad de la capa n
+ 1 hace uso de los servicios ofrecidos por la capa n. La
forma en que una capa solicita un servicio a otra capa es
a través de primitivas.

Una primitiva especifica una operación o una acción que
va a ocurrir. Puede ser una solicitud de un determinado
servicio, o una indicación de que una determinada acción
o evento, ha sucedido. Existen cuatro primitivas que son:




Fig.

3. Comunicación entre capas usando primitivas


La transmisión de la PDU de la capa n + 1 se realiza a
través de un puerto software que pertenece a la capa n
denominado SAP (Service Access Point) como se
muestra en la Fig. 4.


Fig. 4. Comunicación entre entidades pares

B. Tecnología Inalámbrica Bluetooth



La Tecnología Inalámbrica Bluetooth es un sistema de
comunicación de corto alcance destinado a sustituir los
cables de conexión entre dispositivos electrónicos
portables o fijos.

Soporta voz y datos, permitiendo a los dispositivos
trasmitir cualquier tipo de contenido.

Entidad de capa nEntidad de capa nPDU´s de capa nCabeceraSDUCabeceraSDUCapa n + 1RequestConfirmCapa n + 1IndicationResponseRequestConfirmCapa nCapa n + 1Capa nCapa n
Opera en la banda ISM (Industrial, Scientific and
Medical) de 2.4 GHz, que no requiere de licencia para su
uso y se encuentra disponible a nivel mundial.


1) Pila de protocolos de la Tecnología Bluetooth


A la pila de protocolos Bluetooth se la puede dividir en
los siguientes grupos:


 Protocolos del núcleo de Bluetooth : Radio,
Banda Base, Protocolo de Administración de
(LMP), Protocolo de Control y
Enlace
(L2CAP),
Adaptación de Enlace Lógico
Protocolo de Descubrimiento de Servicio
(SDP).

 Protocolos sustitución de cable: RFCOMM

(Comunicación por radio frecuencia )

 Protocolos adoptados: PPP, UDP, TCP, IP,

OBEX, WAP, WAE

 Protocolos de control de telefonía: TCS-

Binario, Comandos AT.


En la Fig. 5 se presenta una comparación entre la pila de
protocolos Bluetooth y el modelo de referencia OSI.


Fig. 5. Comparación entre Bluetooth y OSI







TABLA I

CLASES DE DISPOSITIVOS BLUETOOTH

Potencia
de salida
máxima

100 mW
(20 dBm)

Potencia
de salida
nominal

--

Potencia
de salida
mínima

1 mW
(0dBm)

2.5 mW (4

1 mW (0

dBm)

dBm)

0.25 mW
(-6 dBm)

Alcance

100 m

10 m

1 mW (0

dBm)

--

--

1 m



Clase

1

2

3



3) Perfiles Bluetooth

Para garantizar la interoperabilidad entre productos y
aplicaciones Bluetooth de diferentes fabricantes
la
especificación Bluetooth define un conjunto de perfiles.

Cada perfil representa un posible escenario de uso en el
que dos o más dispositivos con tecnología Bluetooth
deben interactuar para proporcionar al usuario un
determinado servicio. En cada perfil se definen los
protocolos a utilizar y los procedimientos a seguir en
distintos escenarios de aplicación.

Todos los dispositivos Bluetooth deben soportar el GAP
(Generic Access Profile), a partir de éste se derivan los
demás perfiles.

El perfil utilizado por los dispositivos del sistema es el
perfil SPP (Serail Port Profile) que permite establecer
una conexión
serial emulada entre dispositivos
Bluetooth.



III.

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL

SISTEMA



A. Metodología para desarrollo de software en

espiral

Este modelo permite realizar una representación real del
sistema mediante una serie de prototipos estratégicos y
análisis de riesgos de cada uno de ellos a lo largo del
ciclo de vida del desarrollo de la aplicación software.

El modelo en espiral se muestra en la Fig. 6.

La función que cumple cada etapa se describe a
continuación:


 Requerimientos : en esta etapa se requiere que
el desarrollador plantee los requerimientos del
sistema en detalle

2) Clases de dispositivos Bluetooth



Bluetooth define tres clases de dispositivos de acuerdo a
la potencia de transmisión como se muestra en la Tabla I




Radio Bluetooth Banda BaseLMP Banda BaseL2CAPInterfaz Controladora de HostRFCOMMSDPPPPIPUDP TCPWAPWAEOBEXvCARD/vCALComandos ATTCS-BinAudioFísicaEnlaceRedTransporteSesiónPresentaciónAplicaciónAplicaciones IrDaAplicaciones de RedAplicaciones de TelefoníaAplicaciones de Audio













Fig.