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Frederico Nuno Ferreira da Costa Tavares
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Isabella Beppler Fartaria
1 Departamento de Informática Setembro 2009 Sistema de monitorização e descoberta de hotspots Bluetooth por georeferenciação Frederico Nuno Ferreira da Costa Tavares Página I
2 Departamento de Informática Setembro 2009 Sistema de monitorização e descoberta de hotspots Bluetooth por georeferenciação Tese submetida à Escola de Engenharia da Universidade do Minho para a obtenção do grau de Mestre em Informática Frederico Nuno Ferreira da Costa Tavares Orientação: Prof. Doutor Paulo Martins Carvalho Co-orientação: Mestre Paulo Carvalhal Página II
3 Agradecimentos Um agradecimento especial aos meus orientadores, Professor Doutor Paulo Martins Carvalho e Mestre Paulo Carvalhal, a quem devo a orientação deste trabalho, o constante apoio e incentivo, empenho e disponibilidade manifestados, bem como as numerosas sugestões que contribuíram para a sua execução e enriquecimento. Agradeço ainda à minha mãe e irmã, por sempre me terem apoiado ao longo deste projecto, pelo estímulo, incentivo e ânimo que me proporcionaram. Um agradecimento ainda à Vânia, pelo apoio e amizade que muito prezo e cuja presença ao longo deste trabalho foi muito importante. A todos eles, dedico este trabalho. Página III
4 Resumo A tecnologia Bluetooth abre inúmeras possibilidades para aqueles que pretendem comunicações eficazes, sem fios, a curta distância. Utilizada em PDA s, telemóveis, computadores e outros dispositivos, pode ser associada ao marketing de proximidade. O presente trabalho pretende evidenciar de que forma a tecnologia Google Maps pode ser utilizada para, juntamente com sistemas móveis equipados com Bluetooth, descobrir e monitorizar, em tempo real, o estado de um conjunto de hotspots. Neste caso específico, pretendeu-se dar a conhecer de que forma é possível georeferenciar e monitorizar hotspots Bluetooth e de que forma era possível disponibilizar tal ferramenta numa aplicação Web based. Uma vez que estes hotspots são utilizados na difusão de conteúdos publicitários, foi ainda feita uma abordagem ao marketing de publicidade, bem como às diferentes tecnologias disponíveis actualmente para dar resposta à georeferenciação de objectos. O sistema desenvolvido, aplicado ao marketing de proximidade, permitirá ainda analisar em tempo real o estado da rede, redireccionando as campanhas de marketing e maximizando o uso dos hotspots no envio de mensagens de publicidade. Página IV
5 Abstract The Bluetooth technology opens a wide range of possibilities for those who intend fast and efficient wireless communications in a short distance. Used in PDA s, cell phones, computers and other devices, it can also be adopted to support and foster Bluetooth Marketing. The present work intends to show the way Google Maps technology can be used to discover and monitor, in real time, a group of Bluetooth hotspots, using a mobile system. In this particular case, we also intend to show how to georeference and locate a hotspot Bluetooth and how to do it using a web-based application. Once those hotspots are used to diffuse publicity, it was made an approach to Bluetooth marketing, as well as to the different technologies available today to georeference objects in a map. The developed system, applied to Bluetooth marketing, allows the user to see, in real time, the state of a Bluetooth piconet, redirecting his marketing campaign and maximizing the use of the hotspots to send publicity messages. Página V
6 Índice Agradecimentos... III Resumo... IV Abstract... V Índice de figuras... VIII Índice de tabelas... IX 1. Introdução Contextualização Motivação e objectivos Organização da dissertação Trabalho relacionado A tecnologia Bluetooth Especificações gerais de comunicação Método de funcionamento Rede e dados Marketing de proximidade A integração da tecnologia Bluetooth com o marketing de proximidade Georeferenciação Google Maps Microsoft Virtual Earth (actualmente Microsoft Bing Maps ) Usabilidade na web Estudo de caso Fundamentos do estudo de caso Sistemas de Informação Modelo em cascata Modelo em V e modelo em espiral Modelo de desenvolvimento rápido de aplicações Identificação de requisitos SpectralBlue Análise de soluções Página VI
7 4. Desenvolvimento da aplicação Desenvolvimento da aplicação Preparação e tratamento de dados Estrutura funcional da plataforma informática Funcionamento da API Google Maps Estrutura de implementação da plataforma informática Discussão da estrutura e funcionamento dos ficheiros necessários ao processo de georeferenciação dos hotspots Implementação, testes e usabilidade do sistema informático Implementação e testes em ambiente real Usabilidade do sistema informático Conclusão e trabalhos futuros Conclusões Trabalhos futuros Bibliografia Referências específicas Outras referências Anexos Anexo A Documentação da base de dados GMS Anexo B Código completo dos ficheiros da plataforma Página VII
8 Índice de figuras Figura 1 - Pilha protocolar Bluetooth Figura 2 - Arquitectura de transporte de dados (em camadas) Figura 3 - Arquitectura do system core Figura 4 - Funcionamento de uma rede piconet Bluetooth Figura 5 - Comunicação de proximidade via Bluetooth Figura 6 - Representação iconográfica usando o Google Maps Figura 7 - Mapa de projecção Mercator Figura 8 - Modelo em cascata Figura 9 - Modelo em V Figura 10 - Modelo em espiral Figura 11 - Desenho do DSI Figura 12 - Funcionamento da API Google Maps Figura 13 - Estrutura simplificada da plataforma informática Figura 14 - Exemplo de visualização de georeferenciação Figura 15 - Aspecto geral do sistema informático desenvolvido Página VIII
9 Índice de tabelas Tabela 1 - Classes de dispositivos Bluetooth Tabela 2 - Quadro comparativo Bluetooth vs outras tecnologias Tabela 3 - Quadro-resumo dos diferentes modelos de DSI Tabela 4 - Quadro-resumo das tabelas da base de dados GMS Tabela 5 - Quadro resumo dos servidores de alojamento utilizados Página IX
10 1. Introdução Página 1 de 88
11 1.1. Contextualização Ao contrário do que acontecia há alguns anos atrás, hoje é praticamente um acto comum a utilização de um sistema GPS (Global Positioning System) para localizar veículos, identificar estradas ou conhecer o caminho a percorrer. Estes sistemas tornaram extremamente fácil a localização de objectos, móveis ou não, elevando a portabilidade a um grau até antes impensável. Para que um sistema GPS funcione de forma eficaz é necessário que este receba quatro sinais distintos, sendo três sinais de posição latitude, longitude e altitude e um de tempo, provenientes de satélites, os quais permitem localizar com elevada precisão um objecto móvel. Contudo, se esse objecto for estático, então a sua localização adquire outra dimensão, uma vez que deixa de ser necessária a utilização de um sistema de satélite que localize, em tempo real, o objecto pretendido. Reduz-se assim a localização apenas à existência das coordenadas geodésicas e a possíveis informações fornecidas directamente pelo objecto. Os primeiros sistemas GPS apenas indicavam as coordenadas e permitiam marcar pontos de interesse; alguns destes aparelhos (mais avançados) ofereciam a opção de memorizar a rota utilizada ou a utilizar, mas nenhum deles permitia que o utilizador tivesse uma representação a 2D ou 3D da zona em que se encontrava. Estes aparelhos eram, sobretudo, receptores de sinais de satélite que permitiam ao utilizador guiar-se num determinado trilho ou seguir uma determinada rota, mas que por vezes apresentavam dificuldades de recepção de sinal ou até alguns metros de distância entre a rota correcta e a representada. Contudo, o advento da tecnologia e a rápida e crescente procura por aparelhos deste tipo levou a que a tecnologia fosse substancialmente melhorada, para que nos dias de hoje estes aparelhos já possuam erros de localização mínimos (ou até nulos) e funcionalidades totalmente diferentes daquelas que eram usadas há alguns anos atrás. Página 2
12 Mas aliar a representação de um local ou de uma rota com um mapa real, que permitisse ao utilizador identificar locais de uma forma muito mais aproximada da realidade, era o passo seguinte para os primeiros aparelhos de GPS. A difusão de aparelhos GPS e a sua utilização, aliada a uma forte procura, acabaram por dar também uma ajuda no que toca à necessidade de mapear todo o planeta de forma digital. Surge então a representação do mapa no próprio aparelho de GPS, sobre o qual passou a ser possível representar a localização de um objecto, de forma semelhante à que era feita nos tradicionais mapas de estradas, onde se assinalavam os hotéis, parques, caminhos-de-ferro e outras indicações que se considerassem importantes. Com o advento da Internet, a evolução das capacidades de computação, a elevada penetração dos sistemas móveis e a facilidade em partilhar informação, era quase lógica a necessidade de possuir sistemas de localização que permitissem uma real localização de um objecto também na Web e não apenas em sistemas GPS. Surgem, assim, os primeiros sistemas de georeferenciação baseados em coordenadas geodésicas comuns (latitude e longitude), seguindo-se a sua utilização em sites como forma de o utilizador descobrir onde se situa uma determinada empresa, um determinado local ou um determinado objecto. Um dos sistemas de georeferenciação mais utilizado actualmente é o Google Earth, quer pela sua facilidade de utilização, quer pela forma como permite a qualquer utilizador ver qualquer parte do Mundo, já para não falar da questão dos custos. Além do Google Earth, existe também o Google Maps, que permite a um utilizador visualizar na Internet qualquer parte do globo terrestre, bem como ver as estradas, pontos de interesse e até fotografias dos diferentes locais. Mais recentemente, foi lançado em Portugal o Google Street View, um sistema que permite ver, a três dimensões, as ruas e outros objectos, tais como pessoas, carros, edifícios, etc, o qual poderá vir a alterar a forma como se entende o conceito de georeferenciação actualmente. Contudo, existem ainda problemas que estão por resolver neste tipo de aplicações, sendo um deles o número de elementos representados de forma a obter uma representação inteligível e, simultaneamente, a existência de mecanismos de filtragem que permitam reduzir o número de elementos visualizados (1). Página 3
13 Além disso, é necessário considerar a representação num mapa só dos diferentes elementos, o que poderá trazer algumas dificuldades em termos de área de visualização. Além do Google Maps existem outros tipos de ambiente que permitem a georeferenciação, como é o caso do MetaCarta, que poderá ser utilizado com o próprio Google Maps, com o Microsoft Virtual Earth ou até com outros sistemas. A georeferenciação tem assumido, cada vez mais, um papel de destaque na sociedade e no mundo do trabalho. Actualmente, descobrir uma rua ou ver a nossa casa através de fotografias de satélite utilizando um receptor GPS ou um terminal de computador tornou-se um gesto bastante simples e praticamente ao alcance de todos. Mas o uso da georeferenciação não se limita à visualização de um local ou de uma determinada rua, mas antes a aplicar uma tecnologia de localização geográfica, em todo o mundo, associando-a a lugares e objectos concretos. Com base nesta ideia, entende-se que a aplicação da georeferenciação a um determinado grupo de sistemas neste caso, os hotspots Bluetooth pode ser a solução para monitorizar e representar num mapa os sistemas que constituem uma rede. Este conceito, baseado na integração da localização geográfica de hotspots Bluetooth, torna-se assim possível a partir do momento em que se sabem as coordenadas de cada objecto. Para as empresas de marketing de proximidade, a utilidade de um sistema de georeferenciação poderá ser muito vasta, uma vez que lhes permitirá saber a localização dos seus hotspots em tempo real, além de obter informações sobre os mesmos. O marketing de proximidade é um tipo de marketing específico onde uma empresa difusora de conteúdos publicitários utiliza a tecnologia Bluetooth para difundir mensagens de publicidade de um determinado cliente. Uma vez que a tecnologia Bluetooth presente em telemóveis e similares não permite a recepção de mensagens num raio superior a 100 metros, este tipo de marketing é, regra geral, utilizado em espaços limitados, como feiras, cinemas, exposições, eventos, entre outros. Página 4
14 Analisando-se as soluções existentes no mercado, verificou-se que a difusão de conteúdos utilizando o conceito de marketing de proximidade e a tecnologia Bluetooth era já uma realidade estudada, implementada e testada. Existem já diversas empresas, em quase todos os países desenvolvidos, onde esta tecnologia de difusão de publicidade é já utilizada de forma comum em diversos eventos. Contudo, a georeferenciação dos hotspots que constituem a rede de dispositivos Bluetooth e a sua representação num mapa utilizando um computador, é algo praticamente inexistente. Com base neste princípio, estudaram-se as soluções adoptadas por outras empresas e concluiu-se que a georeferenciação, pese embora apresentar interesse por parte de algumas destas empresas, tem sido um conceito que não tem tido uma abordagem directa e eficaz, não existindo plataformas que permitam monitorizar, em tempo real, o estado dos hotspots e fazer a sua representação num mapa. Estas empresas deram primazia ao problema da difusão das mensagens dos seus clientes, não se tendo debruçado tanto sobre a construção de um sistema de localização dos hotspots que constituem a sua rede. Assim, e com vista a explorar este potencial existente, surgiu a ideia de elaborar uma aplicação informática que permita aliar, de forma dinâmica, a georeferenciação às informações que um dado objecto pode transmitir, utilizando a tecnologia actualmente disponível. Entre outras informações, a aplicação deverá dar conhecimento ao utilizador do total de hotspots existentes, do número de mensagens difundidas, da sua localização e possíveis comentários (se está online, a distância a outros hotspost, etc). Refira-se, contudo, que este trabalho é absolutamente dinâmico, uma vez que desde o início deste estudo e da elaboração da aplicação informática até aos dias de hoje, muita coisa mudou em termos de georeferenciação e de implementação de sistemas de localização de objectos. Isto porque, além da introdução da linguagem AJAX (Asynchronous Javascript And XML) na API do Google Maps e da difusão da tecnologia Android em receptores PDA, também se verificou recentemente a entrada em cena de serviços mais robustos e poderosos, como é o caso do controverso produto da Google, o Street View, que promete revolucionar a forma como é encarada a localização de uma rua ou de um determinado objecto. Página 5
15 1.2. Motivação e objectivos O presente trabalho visa o estudo, identificação e construção de uma solução informática para monitorização e descoberta de hotspots Bluetooth por georeferenciação. As soluções existentes e a utilização da tecnologia Google Maps são temas que se pretendem ver referidos, nomeadamente ao nível da sua aplicação e utilização prática. Pretende-se também entender até que ponto é possível conciliar uma tecnologia gratuita e disponível a qualquer pessoa com uma utilização mais robusta e empresarial, aplicando-a de forma directa a uma situação específica (neste caso, a georeferenciação de um objecto). O problema inicial centra-se na construção de uma aplicação informática que permita georeferencial, em tempo real, objectos diversos entre os quais se podem incluir hotspots Bluetooth, câmaras de videovigilância, antenas de rádio, entre outros. O objectivo deste trabalho é o de colmatar uma falha específica para as empresas que oferecem tecnologia de publicidade de proximidade, uma vez que não é usual disporem de um sistema que lhes permita, em tempo real, verificar a localização dos seus hotspots e obter informações sobre os mesmos ao nível da georeferenciação. Para tal, pretende-se desenvolver uma solução informática em ambiente Web que permita a monitorização em tempo real de uma rede de hotspots Bluetooth, previamente instalados, utilizando mecanismos actuais de georeferenciação e localização geográfica. Paralelamente a este desenvolvimento, efectua-se o estudo de diferentes soluções existentes, bem como a forma de implementação das diferentes tecnologias disponíveis para este fim. São também analisadas outras soluções possíveis e estudadas as formas possíveis de utilizar as API (Application Programing Interface) fornecidas pelo Google Maps para dar resposta à questão principal deste trabalho. De igual forma, proceder-se-á à análise do código utilizado nessas API e aborda-se a forma de integração do mesmo numa aplicação Web based. Página 6
16 Adicionalmente a todo o trabalho de implementação informática, analisa-se ainda de que forma a usabilidade poderá influir na utilização da solução informática, considerando as normas existentes nesta área e, por fim, evidencia-se a maneira como esta solução pode ser utilizada para a georeferenciação de outros sistemas, que não apenas os hotspots Bluetooth. Além da construção da plataforma já referida, o presente trabalho tem também como objectivo a compreensão e dissecação da tecnologia Google Maps que actualmente está presente em inúmeros sites, ao nível da representação em mapas cartográficos digitais de determinados objectos, que vão desde a localização de uma determinada empresa até à representação de bombas de gasolina onde o combustível é mais barato. Por fim, pretende-se também com este trabalho fornecer sugestões e melhorias ao nível da implementação, funcionamento e optimização da solução escolhida para a georeferenciação, bem como apresentar alternativas ao sistema escolhido, sinalizando diferentes problemas encontrados e outras possíveis abordagens na aplicação e utilização da tecnologia Google Maps e Google Street View para a georeferenciação de objectos. Página 7
17 1.3. Organização da dissertação O presente documento encontra-se organizado como se descreve de seguida, tendo uma estrutura de cinco capítulos: introdução, trabalho relacionado, estudo de caso, desenvolvimento da aplicação e conclusões. O primeiro capítulo visa descrever a contextualização da área de intervenção e do problema encontrado, além de referir introduzir o tema da georeferenciação aplicada a uma rede de hotspots Bluetooth. Neste capítulo, inclui-se também a motivação e objectivos a atingir com o presente trabalho, bem como as contribuições dadas ao projecto, além da descrição da organização de toda a tese apresentada. No que se refere ao segundo capítulo, nele encontra-se descrito uma parte do trabalho relacionado e que servirá de base de conhecimento ao tema a tratar. Por ser um problema que envolve várias áreas distintas marketing de proximidade, sistemas Bluetooth, georeferenciação e programação procedeu-se a uma abordagem genérica a cada uma das situações, de forma diferenciada, com vista a balizar as várias dinâmicas geradas entre as diferentes áreas. No terceiro capítulo estudo de caso pretende-se demonstrar o problema apresentado e que deu início a este trabalho, bem como referir as principais soluções já existentes no campo da georeferenciação. Descreve-se ainda prós e contras das diferentes soluções, bem como a forma como as mesmas foram analisadas. No quarto capítulo, pretende-se demonstrar um problema concreto existente, proposto por uma empresa, descrevendo-se a forma como foi construída e como funciona o sistema informático proposto. Foi ainda analisado e comentado o código utilizado na API do Google Maps e a forma como este é integrada na linguagem PHP e na utilização de bases de dados MySQL. Referem-se ainda algumas das introduções feitas neste código e a forma como poderá ser aplicado em diferentes tipos de objectos que não apenas dispositivos Bluetooth. Página 8
18 No quinto capítulo são apresentadas as conclusões do trabalho realizado, descritos alguns possíveis melhoramentos da solução apresentada e referenciados trabalhos a desenvolver futuramente, com base no sistema informático apresentado. Reflecte-se ainda sobre as melhorias a implementar ao nível da usabilidade e da eficácia da aplicação, possíveis desenvolvimentos a ter em trabalhos futuros e sugestões de reflexão para eventuais aplicações ou melhorias de desempenho da solução apresentada. Página 9
19 2. Trabalho relacionado Página 10
20 2.1. A tecnologia Bluetooth A tecnologia Bluetooth veio abrir portas a todos os que necessitam de uma tecnologia de comunicação de curto alcance mas que ao mesmo tempo ofereça simplicidade de utilização, robustez e fiabilidade. Difundida sobretudo entre os utilizadores de sistemas móveis, esta tecnologia oferece muito mais possibilidades, nomeadamente na divulgação de conteúdos multimédia e na transferência de dados entre dispositivos equipados com Bluetooth. A tecnologia Bluetooth é uma tecnologia PAN (Personal Area Network) para transmissão de informação de curto alcance. Esta tecnologia foi desenvolvida, originalmente, pela IBM, Ericsson, Nokia, e Toshiba que entretanto com outras empresas igualmente conhecidas criaram o Bluetooth Special Interest Group, um consórcio formado com o objectivo de manter, desenvolver e assegurar compatibilidade através da certificação dos dispositivos lançados no mercado global pelos diferentes fabricantes. Fácil de implementar, barata e eficaz, tem todos os ingredientes necessários para ser uma tecnologia muito difundida e utilizada (2), sobretudo por dispositivos onde todo o gasto de energia tem de ser ponderado e pode ser controlado por mecanismos decorrentes da própria norma. Tal como as restantes tecnologias de comunicação sem fios, também a tecnologia Bluetooth tem presente as preocupações ao nível da segurança, a interoperabilidade e da mobilidade Especificações gerais de comunicação Ao nível técnico, o Bluetooth baseia-se em três itens: um RF transceiver, uma faixa espectral na banda ISM (Industrial Scientific Medic) e uma pilha protocolar. Operando na gama dos 2,4 GHz, esta tecnologia incorpora 4 modos de operação diferentes: master ou slave, activos e passivos. Página 11
21 Os sinais de rádio da tecnologia Bluetooth operam na gama de frequência entre os 2400 MHz e os 2483,5 MHz, utilizando 79 canais RF separados por 1 MHz, que se iniciam em 2402 MHz, mudando de canal a uma frequência de 1600 Hz (hopping frequency), com o objectivo de evitar as interferências com outros dispositivos que operem na mesma gama de frequências, bem como para introduzir mecanismos de segurança no que toca a privacidade da informação colocada no canal, já que a sequência de comutação nesses 79 canais depende de uma chave digital, do endereço de rede do master e do seu clock interno. Foi recentemente aprovada a versão 3.0 da norma (Julho de 2009), que permitirá larguras de banda até 24 Mbit/s. Este aumento da taxa de transferência de dados está relacionado com o protocolo e com a utilização da tecnologia Alternate MAC/PHY (AMP), uma junção da tecnologia Media Access Control (MAC) e da tecnologia da camada física da OSI (physical layer) no transporte de dados. O sinal rádio continuará a ser utilizado na descoberta, conexão e configuração dos dispositivos, mas quando for necessário transmitir dados em alta velocidade, esta tecnologia MAC/PHY pode ser adoptada. Também nesta data foi introduzido um novo protocolo de gestão de energia, compatível com os dispositivos já existentes, designado por Bluetooth Low Energy (BLE), a qual traz uma forte melhoria na autonomia dos dispositivos móveis equipados com esta tecnologia. As classes de antenas continuam confinadas a 3 tipos, conforme o seu alcance (de 1 metro até 100 metros). Classe Potência máxima (mw/dbm) Alcance (metros) / 20 Até 100 metros 2 2,5 / 4 Até 30 metros 3 1 / 0 Até 1 metro Tabela 1 - Classes de dispositivos Bluetooth Em termos de especificações, o protocolo de funcionamento Bluetooth comporta mais de mil páginas de especificações, incluindo também descrição dos protocolos ao nível do software e de hardware, tal como das diferentes camadas. Página 12
22 Figura 1 - Pilha protocolar Bluetooth (3) O núcleo do protocolo é formado por uma pilha de cinco camadas, constituída por: Radio Baseband Link Manager Protocol (LMP) Logical link control and adaptation control (L2CAP) Service discovery protocol Resumidamente, podemos dizer que a camada Rádio especifica os detalhes da interface, onde se incluem a frequência, o esquema de modulação e o alcance de transmissão. Ao nível da camada Baseband, encontram-se as questões relacionadas com a conexão na piconet, o endereçamento, o formato do pacote, o sincronismo e o controle de energia consumida. No LMP - Link Manager Protocol tratam-se as questões relativas à segurança (autenticação e criptografia de dados), gestão das requisições de ligação externa e o controle do tamanho do pacote do baseband. Já a camada L2CAP Logical link control and adaptation control - trata da adaptação dos protocolos da camada superior à camada do baseband e o SDP fornece a informação dos dispositivos, os serviços e características dos serviços requeridos e que podem ser fornecidos para permitir a ligação entre dispositivos Bluetooth. A qualidade de serviço (QoS) é resolvida nesta camada, uma vez que os dispositivos Bluetooth analisam as comunicações que efectuam. Página 13
23 Assim, se um dos nós exigir uma largura de banda adicional e que não seja suportável, não estabelece a comunicação para esta não ficar afectada. Em alternativa, pode negociar uma taxa de transferência que consiga assegurar, de modo a estabelecer a ligação e esta não ficar comprometida. O sistema de transporte de dados segue uma arquitectura em camadas, tal como representado na figura seguinte: Figura 2 - Arquitectura de transporte de dados (em camadas) (6) Já no que se refere ao core do sistema, este é constituído pelas quatro camadas e respectivos protocolos, definidos pelas especificações da tecnologia, bem como um protocolo de serviços em camadas, o protocolo de serviços de procura (SDP) e um perfil de acesso genérico (GAP). Figura 3 - Arquitectura do system core (6) Página 14
24 Método de funcionamento Os dispositivos equipados com tecnologia Bluetooth ligam-se formando piconets, pequenas redes com um máximo de oito dispositivos, em que um dos dispositivos funciona como master e os restantes como slaves. Quando estes são conectados, forma-se uma scatternet com diversos nós, tal como ilustra a figura seguinte. Figura 4 - Funcionamento de uma rede piconet Bluetooth (4) Os dispositivos podem ter quatro estados básicos de operação: Master (mestre) aquele que controla os restantes dispositivos; Active Slave (escravo activo) aquele que está activamente ligado e que participa na rede piconet; Passive slave (escravo passivo) aquele que continua ligado logicamente numa rede mas em baixa prioridade, embora permaneça sincronizado; Standby (em espera) aquele que não está ligado na rede, aguardando pedidos ocasionais de outros dispositivos. O modo standby é aquele em que os dispositivos se encontram quando não estão sincronizados ou coordenados de alguma forma. Neste modo, todos ficam observando a rede em momentos e frequências diferentes. Página 15
25 Durante este tempo, os dispositivos fazem monitorizações ocasionais, respondendo a pedidos e realizando paginações de modo a verificar se outros dispositivos tentam conectar-se. Este comportamento permite reduzir o consumo em 98%, devido às procuras serem ocasionais. A paginação é o processo pelo qual um dispositivo fica a conhecer os restantes dispositivos que estão dentro da sua área de alcance. No caso de termos vários dispositivos, um determinado nó envia um pedido de informação aos restantes, que lhe respondem, sabendo quais os que estão dentro da sua área de alcance. Com esta informação, o dispositivo determina a identidade dos outros dispositivos, uma vez que cada um deles tem uma identificação única Rede e dados As redes Bluetooth caracterizam-se por formarem uma rede piconet ou uma PAN Personal Area Network, na qual podem estar associados entre dois a oito dispositivos. Esta rede consiste num conjunto de dois ou mais dispositivos que ocupam o mesmo canal físico, obrigando a que estejam sincronizados com um relógio comum. Esta rede é possível devido a mecanismos de procura definidos na norma, que permitem encontrar outros dispositivos que possuam a mesma tecnologia e que se encontrem no seu raio de alcance. Assim, sempre que um dispositivo encontra outro, estes podem operar entre si e comunicar no contexto de uma rede master-slave, uma vez que cada dispositivo master suporta até oito slaves no estado activo. Uma vez que os dispositivos são ligados de forma "ad-hoc", existe um master que define o relógio, o padrão de frequency hoping (FH) e define qual dispositivo que irá comunicar em cada slot de tempo. Esta tecnologia é uma das formas de transmitir sinais rádio, mudando rapidamente a onda portadora entre os diferentes canais, através de uma sequência conhecida entre emissor e receptor. Os restantes dispositivos são considerados slaves e toda a comunicação é realizada entre master e slave, não sendo possível a comunicação directa entre slaves. Cada master pode controlar sete dispositivos slaves activos na rede. Página 16
26 No formato padrão de uma rede piconet, é executado um comando de paginação que estabelece uma ligação entre o master e o slave. Para criar esta conexão, suponhamos que um dispositivo A (master) transmite um comando de paginação a um dispositivo B (slave). Como cada dispositivo possui uma identificação própria, os restantes dispositivos ignoram a informação e, quando o dispositivo B responder ao pedido de A, é-lhe atribuído por este um número de identificação. Após a conexão, o dispositivo B integra a rede piconet e passa a monitorizar a rede, aguardando comandos originados por A, tais como dados para sincronização ou intervalo de transmissão de dados, mantendo assim a sincronização contínua e apurada. Quanto às scatternets, funcionam como um conjunto de piconets que estão ligadas entre si por nós comuns. Estas redes podem evoluir para estruturas bastante complexas, dado que um nó pode ser potencialmente um master, um active slave e um standby slave, simultaneamente. A única limitação deste tipo de rede é que cada nó pode ser somente o master de um piconet em um dado momento. Ao nível da qualidade de serviço, também esta é assegurada pois cada dispositivo consegue informar os restantes da largura de banda máxima que suporta. Desta forma, os dispositivos conseguem assegurar uma largura de banda estável e transferir dados sem quebras no serviço, uma vez que não vão além dos seus limites e/ou das suas capacidades. O paging é o processo pelo qual um dispositivo fica a conhecer os restantes dispositivos que estão dentro da sua área de alcance. No caso de termos vários dispositivos, um determinado nó envia um pedido de informação aos restantes, que lhe respondem, sabendo quais os que estão dentro da sua área de alcance. Com esta informação, o dispositivo determina a identidade dos outros dispositivos, uma vez que cada um deles tem uma identificação única, que é essencial para que seja possível o estabelecimento de uma ligação entre eles. Página 17