El transporte lógico orientado a conexión asíncrono ( ACL ) de Bluetooth es uno de los dos tipos de transporte lógico definidos en la especificación básica de Bluetooth: BR/EDR ACL o LE ACL. BR/EDR ACL es la variante de transporte lógico de ACL que se utiliza con Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR, también conocido como Bluetooth Classic), mientras que LE ACL es la variante de transporte lógico de ACL que se utiliza con Bluetooth Low Energy (LE).
Los transportes ACL son parte de la arquitectura de transporte de datos Bluetooth.
Tenga en cuenta que todas las definiciones de terminología, protocolos y procedimientos de Bluetooth, incluida la ACL, están definidas en la Especificación básica de Bluetooth [1] , publicada por la organización de desarrollo de estándares, el Grupo de Interés Especial de Bluetooth (Bluetooth SIG).
La sección de arquitectura de la Especificación básica de Bluetooth define una serie de conceptos que, en conjunto, constituyen la arquitectura de transporte de datos de Bluetooth . Entre estos conceptos, los más importantes son el canal físico, el enlace físico, el enlace lógico y el transporte lógico. Algunas combinaciones están pensadas para su uso en diferentes tipos de aplicaciones que tienen requisitos particulares en relación con cuestiones como la topología, la sincronización, la fiabilidad y el uso del canal de radio.
El transporte lógico LE ACL se utiliza con un enlace lógico LE-C, que transporta datos de control, o con un enlace lógico LE-U, que es para datos de usuario. Se basa en un enlace físico activo LE y en el canal físico LE Piconet. Consulte la Figura 1.
El transporte lógico ACL BR/EDR se utiliza con un enlace lógico ACL-C para datos de control o un enlace lógico ACL-U para datos de usuario y se basa en un enlace físico activo BR/EDR y en el canal físico básico de piconet BR/EDR o en el canal físico de piconet adaptado BR/EDR. Consulte la Figura 2.
Ambas variantes de ACL están diseñadas para proporcionar una comunicación punto a punto confiable y bidireccional.
Un dispositivo central Bluetooth LE puede establecer una conexión con un dispositivo periférico de publicidad respondiendo a un paquete de publicidad conectable recibido con una PDU que solicita una conexión. En la solicitud se especifican varios parámetros. Entre estos parámetros se encuentran el intervalo de conexión , el tiempo de espera de supervisión , la latencia periférica y el mapa de canales .
El parámetro de intervalo de conexión define la frecuencia en milisegundos con la que se puede utilizar la radio para dar servicio a esta conexión. Cuando el temporizador de intervalo de conexión expira, se dice que comienza un evento de conexión y, en este punto, el dispositivo central de la conexión puede transmitir un paquete de capa de enlace. Al comienzo de cada evento de conexión, se selecciona el canal de radio que se utilizará mediante un procedimiento conocido como salto de frecuencia adaptativo .
El dispositivo periférico, que posee los mismos parámetros de conexión que el dispositivo central, sabe cuándo esperar la transmisión de paquetes desde el dispositivo central y por qué canal. Si el valor del parámetro de conexión Latencia del periférico es cero, el periférico debe responder al dispositivo central 150 microsegundos (+/- 2 µs) después de recibir el último bit del paquete del dispositivo central. El dispositivo central y el periférico pueden entonces proceder a intercambiar una cantidad adicional de paquetes definida por la implementación durante el resto del evento de conexión. Tenga en cuenta que el comportamiento del periférico puede modificarse mediante un valor del parámetro Latencia del periférico distinto de cero .
La figura 3 muestra un intercambio básico de paquetes, durante dos eventos de conexión con C>P indicando transmisión de paquetes por el dispositivo central y P>C por el periférico.
Los paquetes intercambiados a través de una conexión LE ACL contienen PDU de datos de LL o PDU de control de LL que están asociadas con los procedimientos de control de la capa de enlace. Si alguno de los dispositivos no tiene datos para transmitir y se requiere la transmisión de un paquete, debe enviar una PDU de datos de LL vacía.
El parámetro Tiempo de espera de supervisión especifica el tiempo máximo que puede transcurrir entre la recepción de dos paquetes de datos de la capa de enlace antes de que se considere que se ha perdido el enlace.
No es necesario que el periférico escuche los paquetes del dispositivo central durante cada evento de conexión. El parámetro de latencia del periférico define la cantidad de eventos de conexión consecutivos durante los cuales el periférico no tiene que estar escuchando. Esto le da al periférico la oportunidad de ahorrar energía.
La Figura 4 muestra el comportamiento del Periférico con Latencia de Periférico = 1 y, por lo tanto, escuchando solo durante eventos de conexión alternativos. El Central puede transmitir durante aquellos eventos en los que el Periférico no está escuchando, pero dichos paquetes no se recibirán y, por lo tanto, no se reconocerán, finalizando el evento de conexión.
Los paquetes de datos de la capa de enlace contienen tres campos importantes que contribuyen a que la comunicación sea confiable. Estos campos se denominan Número de secuencia (SN), Número de secuencia esperado siguiente (NESN) y Campo de más datos. Estos tres campos son campos de un solo bit y su uso proporciona un sistema de reconocimiento y un método para verificar el orden correcto de los paquetes recibidos.
La comunicación comienza con el dispositivo central (dispositivo A en la Figura 5) que envía un paquete de datos de la capa de enlace con SN y NESN ambos configurados en cero. A partir de este punto, en cada intercambio de paquetes que se produce, si todo está bien, el valor del campo SN configurado por el dispositivo A alternará entre cero y uno. El otro dispositivo (dispositivo B) siempre sabe, por lo tanto, cuál debe ser el valor SN del próximo paquete que se reciba y lo comprueba.
Si el dispositivo B recibe un paquete del dispositivo A con el valor SN esperado, responde con un paquete de datos de capa de enlace que tiene NESN configurado en el valor lógico NOT(SN). Por ejemplo, si el valor SN recibido fue 1, NESN en la respuesta será 0.
Cuando el Dispositivo A recibe una respuesta del Dispositivo B con NESN establecido en el valor que el Dispositivo A pretende utilizar para SN en su próximo paquete, el Dispositivo A considera que se trata de un acuse de recibo del Dispositivo B, lo que confirma que recibió correctamente el último paquete transmitido. La Figura 5 muestra esto.
Si el dispositivo B recibe un paquete con un valor SN incorrecto, supone que el paquete es la retransmisión del paquete anterior recibido, lo reconoce pero no lo pasa a la pila para su procesamiento posterior.
Si el dispositivo A recibe un valor NESN inesperado en una respuesta del dispositivo B o no recibe ninguna respuesta, reenvía el paquete con el mismo valor SN utilizado originalmente. Las distintas implementaciones de controladores tienen la libertad de implementar distintos algoritmos en relación con la cantidad de veces que se debe reenviar antes de concluir que la comunicación ha fallado. Consulte la Figura 6.
Cada paquete contiene un campo CRC y los paquetes cifrados también contienen un campo MIC. Al recibir un paquete, la capa de enlace comprueba el CRC y, si está presente, el MIC. Si alguna de las comprobaciones falla, no se confirma el paquete y, por lo general, el originador del paquete lo vuelve a enviar. Consulte la Figura 7.
LE-ACL emplea un esquema de espectro disperso conocido como salto de frecuencia adaptativo . Al comienzo de cada evento de conexión, se produce un salto de frecuencia y se selecciona uno de los 37 canales de radio de propósito general de Bluetooth LE del conjunto de canales disponibles mediante un algoritmo de selección de canal . Cada dispositivo en la conexión cambiará entonces al canal seleccionado y, con el tiempo y una serie de eventos de conexión, se realizará la comunicación utilizando una serie de canales diferentes que cambian con frecuencia, distribuidos en la banda de 2,4 GHz, lo que reduce significativamente la probabilidad de que se produzcan colisiones.
El dispositivo central mantiene un mapa de canales , que también puede ser mantenido por el dispositivo periférico. Se trata de una tabla de datos que indica qué canales están disponibles para su uso y cuáles no. Las implementaciones marcan los canales como utilizados o no utilizados según el rendimiento de cada canal en términos de errores y evidencia de interferencia. El algoritmo de selección de canales no selecciona los canales no utilizados. De esta manera, el salto de frecuencia adaptativo ajusta dinámicamente los canales utilizados para la comunicación activa según las condiciones de RF predominantes en el entorno.
Se definen varios procedimientos de control relacionados con las conexiones ACL de LE. En la Tabla 1 se incluye una selección de ejemplos.
Las conexiones suprarrateadas son conexiones LE ACL que tienen propiedades adicionales asignadas y se comportan de manera diferente en algunos aspectos. Las propiedades adicionales se denominan factor de suprarrate , evento base de suprarrate y número de continuación .
Las propiedades de conexión subclasificadas proporcionan un mecanismo para indicar que solo un subconjunto específico de eventos de conexión debe ser utilizado activamente por los dispositivos conectados, y que la radio no debe utilizarse en otros eventos de conexión. Por lo tanto, una conexión subclasificada puede tener un intervalo de conexión ACL corto que permite una baja latencia en la capa de aplicación, pero que aún exhibe un ciclo de trabajo bajo.
La figura 8 ilustra los conceptos básicos relacionados con las conexiones subraleadas.
Aquí podemos ver que solo uno de cada cinco eventos de conexión es utilizado por el sistema central o periférico. Los otros cuatro se omiten, por lo que no hay actividad de radio durante esos eventos de conexión. Esta relación entre eventos de conexión utilizados y omitidos está determinada por el parámetro de factor de subtasa y, en este ejemplo, se establece en 5.
Las conexiones subclasificadas tienen una serie de procedimientos de control de capa de enlace especiales definidos para su uso con ellas. Por ejemplo, existe un procedimiento para actualizar los parámetros de conexión subclasificada que funciona de manera diferente al procedimiento general de actualización de conexión. Fundamentalmente, los cambios en los parámetros de conexión subclasificada se pueden aplicar casi instantáneamente, mientras que los cambios en los parámetros de conexión generales pueden tardar una cantidad significativa de tiempo en surtir efecto. Por lo tanto, la ventaja de las conexiones subclasificadas es que se pueden establecer conexiones persistentes que presentan un ciclo de trabajo bajo y consumen poca energía y se pueden cambiar a una conexión de alto ancho de banda y alto ciclo de trabajo sin demoras que cualquier usuario pueda notar. Esta capacidad tiene una aplicabilidad particular en algunos escenarios de audio de nivel de entrada, como los que involucran audífonos y teléfonos inteligentes.
El documento sobre mejoras de características de la versión 5.3 de la especificación básica de Bluetooth tiene un capítulo sustancial dedicado al tema de las conexiones suprarrateadas y se recomienda como fuente de información adicional.
La comunicación que utiliza un transporte lógico ACL BR/EDR es similar a la variante ACL LE y proporciona un mecanismo de comunicación punto a punto asincrónico para intercambiar datos entre un dispositivo central y un periférico.
Cuando un dispositivo BR/EDR se une a una piconet, se crea automáticamente un transporte lógico ACL predeterminado. Otros tipos de transporte lógico (por ejemplo, SCO - BR/EDR orientado a conexión sincrónica) entre el mismo par de dispositivos dependen de la ACL predeterminada y, si se elimina, también se eliminan los demás transportes lógicos.
Las conexiones BR/EDR ACL utilizan intervalos de tiempo definidos por el canal físico subyacente. Los dispositivos centrales y periféricos transmiten y reciben de manera alternada durante un subconjunto de estos intervalos de tiempo, asignados por la implementación. Los transportes lógicos sincrónicos reciben prioridad, de modo que las conexiones BR/EDR utilizan solo aquellos intervalos de tiempo que no se han reservado para la comunicación sincrónica.
Se definen seis tipos de paquetes para Bluetooth Basic Rate (BR), denominados DM1, DH1, DM3, DH3, DM5 y DH5. Bluetooth Enhanced Data Rate (EDR) define otros seis tipos de paquetes denominados 2-DH1, 3-DH1, 2-DH3, 3-DH3, 2-DH5 y 3-DH5. Se define un tipo de paquete AUX1 para su uso en pruebas.
Una conexión ACL BR/EDR se establece mediante un dispositivo periférico que envía un mensaje de radio a un dispositivo central. El dispositivo central realiza un escaneo de mensajes de radio .
Los campos de encabezado de 1 bit ARQN y SEQN se utilizan para permitir que se realicen reconocimientos positivos o negativos y para verificar que el orden de los paquetes recibidos sea el que debería ser.
El búfer RX asociado con las conexiones ACL BR/EDR puede llenarse. El campo de encabezado FLOW se utiliza para proporcionar un mecanismo de control de flujo simple con valores en las respuestas que indican STOP o GO.
El salto de frecuencia adaptativo (una responsabilidad del canal físico subyacente) se aplica cuando se utiliza el transporte lógico ACL BR/EDR, con un canal seleccionado en cada evento de recepción o transmisión. Se definen 79 canales para usar con Bluetooth BR/EDR y hay varios patrones de salto posibles diferentes definidos.
El protocolo de administrador de enlaces (LMP) define una serie de tipos de PDU que permiten controlar y negociar los detalles del transporte lógico de ACL BR/EDR. Las PDU LMP se envían a través de un enlace lógico ACL-C.