: Revista de Investigación Científica y Tecnológica Volumen 58(2),14-30 (2014)ISSN: 1405-9967

REGISTRO DE USUARIOS POR PROXIMIDAD BASADOS ENREDES WPAN

Ofelia Reynoso-Gutiérrez1, Luis A. Gama-Moreno1, J. A. Torres-Rangel1, ClaudiaNoguerón-González2 y F. Javier Cartujano-Escobar2

1) Instituto Tecnológico de Tlajomulco, Km. 10 Carretera Tlajomulco-San Miguel Cuyutlán, Tlajomulco deZúñiga Jalisco. Apartado Postal No.12, Código Postal 45640, oreynoso@ittlajomulco.edu.mx,lgama@ittlajomulco.edu.mx,2) Instituto Tecnológico de Zacatepec, Calzada Tecnológico No. 27, Zacatepec, Morelos,México,cnogueron@gmail.com, javier.cartujano@gmail.com.

RESUMENEn este artículo se presenta un sistema para detectar dispositivos móviles a través de

redes WPAN basadas en Bluetooth, denominado SRPB (Sistema de Registro por Proximidadbasado en Bluetooth). Con SRPB los usuarios son identificados una vez que entran en el rangode detección de una red WPAN (10 metros aproximadamente) el sistema obtiene la direcciónMAC (Media Access Control)) del dispositivo así como el nombre. Estos datos son utilizadospara obtener datos adicionales del usuario en una base de datos pre-registrada, y de esta manerase registra la asistencia de dicho usuario. SRPB utiliza la biblioteca Wireless CommunicationLibrary (WCL), la tecnología de comunicación que utiliza son los servicios especializados deNokia esto para los smartphones Symbian, el conjunto de protocolos Microsoft, Toshiba yBlueSoleil.

Palabras clave: computación móvil, Bluetooth, redes WPAN.

ABSTRACTIn this paper a system to detect mobile devices through Bluetooth WPAN based

networks, called SRPB (Registration System using Bluetooth Proximity) is presented. WithSRPB users are identified after entering the detection range of a WPAN (about 10 meters) thenetwork system obtains the MAC (Media Access Control) address and name of the device. Thisdata is used to obtain additional user-data in a pre-registered database, and carried outattendance record for that user. SRPB is based on the Wireless Communication Library (WCL)technology that uses communication services specialized for smartphones Nokia Symbian,Microsoft, Toshiba and BlueSoleil set of protocols.

Keywords: Mobile Computing, Electronic Government, Bluetooth, WPAN networks.

1. INTRODUCCIÓNLa aparición de la computación móvil ha traído grandes beneficios a los usuarios tales

como: movilidad, conectividad y uso de herramientas que antes sólo estaban disponibles

para equipos fijos. Gracias a ello, se han desarrollado diversas tecnologías inalámbricas.

Las tecnologías de telecomunicaciones han creado estándares que permiten a usuarios de

dispositivos móviles permanecer conectados de manera inalámbrica. En [1] se describe el

estándar IEEE 802.15.x denominado WPAN (Wireless Personal Area Network). En [2] se

presenta la tecnología ZigBee nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de

alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radiodifusión digital de

bajo consumo, basada en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área

personal. En [3] se presenta la tecnología WAN (Wide Area Network) la cual es una red de

computadoras que abarca varias ubicaciones físicas, dando servicio a una zona, país,

incluso varios continentes. En [4] se describe Ultrawideband, término que se usa para

hacer referencia a cualquier tecnología de radio que usa un ancho de banda mayor de 500

MHz, en [5] se describe la tecnología Bluetooth, la cual permite una comunicación entre

dispositivos a corto alcance (<10m) para crear redes de área personal y en [6] se describe y

se propone un esquema para acelerar el descubrimiento de dispositivos por Bluetooth. El

esquema propuesto requiere un esclavo potencial para llevar a cabo la búsqueda de

dispositivos mediante la identificación de paquetes en saltos de frecuencia doble. La

tecnología Bluetooth comprende hardware, software y requerimientos de interoperabilidad,

y su desarrollo ha necesitado la participación de los principales fabricantes de los sectores

de las telecomunicaciones y la informática, además, entre sus principales características,

pueden nombrarse su robustez, baja complejidad, bajo consumo de energía y costo. En

base a las ventajas que ofrece este estándar, es posible el establecimiento de grupos

cerrados de usuarios de manera dinámica, evitando la creación de infraestructuras de redes

fijas, a la vez que proporciona una interfaz universal que permite la interoperabilidad,

gracias al carácter abierto de la especificación, haciendo posible el diseño de productos,

servicios y aplicaciones.

El resto del artículo está organizado de la siguiente manera. En la sección 2 se

muestra de manera breve algunas características de la tecnología Bluetooth, en la sección 3

se presenta el descubrimiento y el emparejamiento de los dispositivos, en la sección 4 se

muestra el diseño de la interfaz, en la sección 5 se da a conocer un caso de estudio que hace

uso de la interfaz, por último se presentan las conclusiones.

2. PARTE EXPERIMENTAL

2.1 Equipo

Los dispositivos que se localizaron por SRPB tienen diferentes características,

variaciones tanto en el sistema operativo en el que trabajan así como el tipo de dispositivo

mismo. En la tabla 1 se muestra la información de los dispositivos encontrados por SRPB

en la figura 1.

Tabla 1 Información de los dispositivos encontrados por SRPB.

Nombre deldispositivo

Máscara Sistemaoperativo

Modelo

Doña Ofe 00:1A:DC:A8:77:F1

Nokia OSS40 v2

Nokia6102i

Janneth_Ofelia

94:63:D1:D6:93:74

Samsung GT-S3350

X6Gama 5C:57:C8:2D:AC:45

SymbianS60 5

Nokiax6-00

M4TELSS880

B0:EE:45:EF:7F:A4

Android4.0.4

M4TELSS880

N95Gama 03:TH:65:HI:U9:90

SymbianS60 9.2

NokiaN95

En la figura 1 se observa cómo es que por medio de la dirección MAC del

dispositivo móvil del usuario se logra extraer de la base de datos implementada en SRPB,

la información personal del portador de dicho dispositivo descubierto por medio de

Bluetooth.

2.2 Tecnología Bluetooth

Bluetooth es un estándar global de comunicación inalámbrica conocido también

como estándar IEEE 802.15.1. En [7] se define una WPAN permite la transmisión de voz y

datos entre diferentes equipos mediante un enlace de radiofrecuencia.

Uno de los principales objetivos de la tecnología Bluetooth es conseguir que

aplicaciones de diferentes fabricantes mantengan una comunicación fluida, para

conseguirlo, receptor y transmisor deben ejecutarse sobre la misma pila de protocolos como

se muestra en la figura 2. Así como también crear redes de área personal y establecer

comunicación entre dispositivos de corto alcance. La pila de protocolos de Bluetooth

constituye la parte esencial de la tecnología. La arquitectura de la pila de protocolos es

clasificada en dos módulos: módulo de hardware y módulo de software. La pila de

protocolos de Bluetooth puede dividirse en cuatro capas lógicas, como: Protocolos del

núcleo (Banda base, LMP (Link Management Protocol), L2CAP (Logical Link Control and

Adaptation Protocol) y SDP (Session Description Protocol)), remplazo de cables

(RFCOMM (Radio Frequency Communication)), control de telefonía (TCS (Telephony

Control Protocol Specification)) y protocolos adoptados (PPP (Point-to-point Protocol),

UDP/TCP/IP (User Datagram Protocol/ Transmission Control Protocol/ Internet Protocol),

OBEX (Object Exchange)) [8].

Figura 1. Información personal obtenida desde SRPB.

Pese a que el núcleo de Bluetooth fue desarrollado en su totalidad por la SIG (Special

Interest Group), algunos protocolos como RFCOMM han sido desarrollados siguiendo

recomendaciones de otras instituciones de telecomunicaciones.

Figura 2. Arquitectura de la pila de protocolos de Bluetooth.

2.2.1 Aplicaciones por proximidad.

Las llamadas tecnologías de proximidad (Near Field Communication (NFC), Radio

Frequency Identification (RFID), Bluetooth, Wibree) están llamadas a jugar un papel

fundamental en Internet Móvil. Muchas compañías ya están usándolas con fines

publicitarios y existen muchas empresas especializadas en explotarlas para ofrecer

campañas de marketing de proximidad a grandes marcas que están interesadas en

desarrollar innovadoras formas de comunicación con sus clientes. El marketing Bluetooth

funciona cuando el emisor Bluetooth escanea a su alrededor para detectar los móviles que

tengas dicha tecnología activada y estén en su zona de cobertura; si esos teléfonos están

el emisor Bluetooth le ofrecerá al usuario la descarga del contenido.

La recepción requiere la autorización del dueño del móvil, así, cuando el móvil

detecta la petición del emisor muestra un mensaje en pantalla solicitando permiso y es el

propietario del teléfono el que autoriza la descarga. Se puede difundir todo tipo de

contenidos aceptados por un teléfono móvil. Existen varias aplicaciones basadas en

detección por proximidad en el mercado diferentes plataformas. Para Android hay una gran

variedad de apps como: Localizador de Bluetooth: Esta aplicación puede ser usada para

localizar y encontrar dispositivos con Bluetooth mediante la intensidad de recepción de la

señal del emisor. Cuando más cerca se este del emisor mayor será la recepción de la señal.

Los dispositivos se muestran en una lista con su: nombre, identificador MAC y una

indicación gráfica de la intensidad de la señal, en unidades de decibelios.

2.2.1.1 Proxxi. Es una aplicación que te conecta con personas y cosas a su alrededor,

donde quiera que se encuentre. En

y automáticamente se convierte en miembro de la comunidad de las personas que se

encuentren cerca de tu ubicación. La ubicación no se comparte a menos que se desee

compartir, por lo que la privacidad está protegida [8].

2.2.1.2 Proximity. Este programa nos permite vincular el teléfono móvil y la

computadora vía Bluetooth de modo que cuando el usuario se aleje a más de una distancia

fijada por el mismo se bloquee la pantalla y cuando el usuario se acerque se desbloquee.

2.2.2 WCL

La WCL es de gran ayuda para los desarrolladores de software, la biblioteca incluye

un paquete completo de componentes para desarrollar aplicaciones en las cuales se desea

utilizar las tecnologías Bluetooth, IrDA (Infrared Data Association), WiFi (Wireless

Fidelity) o la comunicación que se realizan desde los puertos serie. La biblioteca puede ser

utilizada con Borland Delphi, Borland Developer Studio, Borland CBuilder, Microsoft

Visual Studio .NET, Microsoft Visual C++ y Microsoft Visual Basic 6.

WCL incluye componentes completos y clases que permiten enumerar y administrar

radios Bluetooth locales, para así solicitar información de dispositivos que cuenten con esta

tecnología activada a distancia, y así transferir archivos, descubrir servicios entre otras

cosas más. Incluye componentes diseñados especialmente para un desarrollo rápido de

aplicaciones Bluetooth Proximity Marketing. El SDK incluye: Bluetooth .NET, Bluetooth

C++, Bluetooth ActiveX y Bluetooth VCL Frameworks los cuales permiten utilizar la

biblioteca con cualquier lenguaje de programación.

2.2.3 Perfiles compatibles

La librería WCL soporta los siguientes perfiles Bluetooth:

2.2.3.1 Perfil de transferencia de archivos (OBEX FTP): Proporciona la capacidad

de navegar, manipular y transferir objetos (archivos y carpetas) en un almacén de objetos

(sistema de archivos) de otro sistema.

2.2.3.2 Perfil Object Push (OBEX OPP): Un perfil básico para el envío de

debido a que la transferencia es siempre influenciada por el emisor (cliente), no el receptor

(servidor).

2.2.3.3 Servicios Especificados Nokia (Nokia OBEX FTP): Los smartphones

Symbian Nokia usan su propio servicio específico para el perfil de transferencia de

archivos por Bluetooth.

2.2.3.4 Perfil de Puerto Serial (SPP): Este perfil se basa en la especificación ETSI

TS 07.10 y utiliza el protocolo RFCOMM. Emula un cable serie para proporcionar un

simple implemento de reemplazo inalámbrico para RS-232 existente, basado en las

aplicaciones seriales de comunicación, incluyendo señales de control familiar. Proporciona

la base para los perfiles DUN (Dial-up Networking), HSP (Headset Profile) y AVRCP

(Audio/Video Remote Control Profile). WCL soporta puertos virtuales COM creados por

los perfiles SPP (Serial Port Profile) y DUN.

2.2.3.5 Phone Book Access (PBA) o Phone Book Access Profile (PBAP): Es un

perfil que permite el intercambio de objetos de la agenda telefónica entre dispositivos.

2.2.3.6 Perfil de manos libres (HFP): Solo con drivers BlueSoleil Bluetooth.

2.2.3.7 Otros perfiles: El SDK proporciona la posibilidad de crear y usar cualquier

perfil personalizado RFCOMM.

2.3 Metodología

2.3.1 Descubrimiento

Para que se realice una conexión Bluetooth es necesaria la siguiente secuencia de

pasos:

Dado que las direcciones no se conocen, es necesario un mecanismo que permita a un

discovery.

Para realizar el descubrimiento de los dispositivos que se encuentren dentro del radio

o proximidad, utilizando la WCL solo se invoca el método wclBluetoothDiscovery-

>Discovery(Radio). De esta forma obtendremos aquellos dispositivos que se encuentren

dentro de la zona de identificación con el Bluetooth activado.

2.3.2 ConexiónUn cliente Bluetooth debe realizar las siguientes operaciones para comunicarse con

un servidor Bluetooth:

Inicializar la aplicación Bluetooth.

Búsqueda de dispositivos y servicios.

Establecimiento de la conexión

Comunicación.

La parte principal para iniciar la comunicación es hacer uso del método wclClient-

>Connect() el cual realiza la conexión con el dispositivo que se haya encontrado dentro del

radio, creando un objeto que permite obtener información sobre el dispositivo como: el

control de acceso al medio MAC, y nombre del dispositivo.

2.3.3 ComunicaciónPara usar un servicio en un dispositivo Bluetooth remoto, el dispositivo local debe

comunicarse usando el mismo protocolo que el servicio remoto. Las siguientes APIs

permiten realizar este tipo de comunicación: RFCOMM, L2CAP. En la figura 2 se muestra

los procesos de comunicación entre el Servidor y Cliente.

2.3.4 Descubrimiento y emparejamiento

durante la cual el dispositivo maestro envía una solicitud a todos los dispositivos que

encuentra dentro de su rango, denominados puntos de acceso. Todos los dispositivos que

reciben la solicitud responden con su dirección. El dispositivo maestro elige una dirección y

se sincroniza con el punto de acceso mediante una técnica denominada paginación, que

principalmente consiste en la sincronización de su reloj y frecuencia con el punto de

acceso. De esta manera se establece un enlace con el punto de acceso que le permite al

dispositivo maestro ingresar a una fase de descubrimiento del servicio del punto de acceso,

mediante SDP. Cuando esta fase de descubrimiento del servicio finaliza, el dispositivo

maestro está preparado para crear un canal de comunicación con el punto de acceso,

mediante el protocolo L2CAP.

Figura 2. Procesos entre la comunicación Bluetooth

El punto de acceso puede incluir un mecanismo de seguridad denominado

emparejamiento, que restringe el acceso sólo a los usuarios autorizados para brindarle a la

piconet cierto grado de protección. El emparejamiento se realiza con un número de

identificación personal (PIN: Personal Information Number). Para esto, el punto de acceso

le envía una solicitud de emparejamiento al dispositivo maestro.

3. RESULTADOS

El objetivo general de este sistema es diseñar e implementar una capa de software a

manera de interfaz entre los dispositivos móviles y el servicio de identificación, que

permita reconocer la identidad del usuario portador de un dispositivo móvil basado en

Bluetooth.

3.1 Método DiscoverLa primera actividad de la API es iniciar el descubrimiento de dispositivos con el

objeto wclBluetoothDiscovery, para llevar esto posible es necesario implementar dos

eventos que posee, el siguiente código contiene uno de los eventos llamado

wclBluetoothDiscoveryDiscoveryStarted, con dicho evento se inicia el descubrimiento de

dispositivos:

Después de iniciar el descubrimiento proximidad, se implementa el siguiente evento

del objeto llamado wclBluetoothDiscoveryDiscoveryComplete, el cual inicia su trabajo

mostrando en un componente TListView los dispositivos encontrados.

Con el siguiente código es posible encontrar dichos dispositivos que están dentro

del rango de identificación.

3.2 Método ConnectLa primera actividad es realizar la conexión con los dispositivos encontrados

utilizando la función TwclBluetoothRadio cómo se muestra en el siguiente código, con el

cual por medio del radio se obtienen los dispositivos dentro del mismo.

Después de identificar aquellos dispositivos dentro del radio, con el objeto llamado

wclClient se realiza la conexión con los parámetros de TwclBluetoothRadio, cómo se

muestra en el siguiente código:

Al objeto wclClient se le implementa el evento wclClientConnect como se muestra en

el código siguiente para así realizar la conexión con el dispositivo seleccionado de la

TListView:

Una vez que se muestran los dispositivos, se establece la conexión para una próxima

comunicación con el dispositivo que actúa como Servidor, así se lograrán comunicar y se

realizarán las posteriores tareas que así requiera SRPB con el dispositivo del usuario.

3.3 Caso de estudio

En el caso de estudio que se presenta a continuación, se muestra SRPB, es un sistema

de acceso a bases de datos a través de la tecnología Bluetooth para dispositivos. La figura 3

muestra la arquitectura de SRPB, posteriormente se explican los componentes.

1. El SRPB inicia el descubrimiento de dispositivos por medio de Bluetooth. El cual

recibe la información de aquellos dispositivos que se encuentran dentro del rango de

identificación. Cuando se establece la conexión con los dispositivos encontrados SRPB

envía un mensaje con el cual solicita el permiso para la conexión.

2. El móvil o cualquier dispositivo que cuente con la tecnología Bluetooth procede a

aceptar o rechazar dicha conexión con SRPB. Posteriormente, SRPB podrá enviar

información a aquellos dispositivos con los cuales estableció la conexión

3. En la base de datos (DBMS: Data Base Management System. MySQL) se

almacena la información del dispositivo, así como la dirección Mac y el nombre con el cual

se identifica al mismo.

4. La información que es almacenada desde SRPB a la base de datos solo puede ser

consultada por los administradores, quienes se encargarán de actualizar, eliminar, agregar o

realizar consultas a la base de datos.

Figura 3. Arquitectura SRPB.

Para mostrar los beneficios que proporciona la implementación de la interfaz

diseñada, se plantea el escenario de una reunión escolar, en este ejemplo es necesario tomar

el registro de los asistentes a dicha reunión.

Las personas que se encuentran registradas previamente al día de la reunión son con

las que se espera su presencia y por lo tanto es necesario tener registrada su asistencia,

dichas personas utilizan sus dispositivos con la tecnología Bluetooth a la cual se les

informa que enciendan dicha tecnología y permitan que sus dispositivos sean visibles para

que así SRPB pueda realizar la identificación de estos dispositivos, para realizar la

conexión y así por medio de SRPB hacerles llegar una imagen en la cual se les indica que

se encuentran en dicha reunión, posteriormente SRPB almacenará los dispositivos

encontrados en la base de datos para su posterior consulta por los administradores.

En la figura 4, se muestra un ejemplo de descubrimiento de varios dispositivos en el

rango. El sistema SRPB muestra por cada dispositivo la MAC address y el nombre del

mismo.

Estos datos son usados para localizar la información registrada en la base de datos del

sistema, y así obtener la identidad de cada persona. De esta manera es como se puede

realizar el registro de asistencia de cada persona a un evento dado.

Figura 4. Descubrimiento de dispositivos.

Se observa que se ahorra tiempo al realizar el pase de lista a la reunión de una manera

dinámica y amigable para los asistentes.

Los asistentes no tendrán que hacer filas para registrar su asistencia, a excepción de

aquellos que, ya sea que no cuenten con un dispositivo móvil con tecnología bluetooth, o

para aquellos que no permitan el emparejamiento del SRPB con su dispositivo bluetooth.

4. CONCLUSIONES

En este artículo se presentó el diseño y la implementación de un sistema denominado

SRPB para la detección de usuarios a través de sus dispositivos móviles basados en la

tecnología Bluetooth. Se describió la problemática de los diferentes protocolos actuales

para la comunicación entre dispositivos basados en Bluetooth. Así mismo, se presentó la

implementación de un sistema para descubrir dispositivos móviles usando la API WCL

para aplicaciones basadas en Windows.

Con este sistema es posible detectar un dispositivo móvil que se encuentre dentro del

rango de una red WPAN (entre 8 y 10 metros), una vez obtenida la dirección MAC del

dispositivo es buscado en una base de datos para obtener el resto de los datos del usuario.

Una vez emparejados los dispositivos móviles con el sistema de detección, es posible

enviarles mensajes usando imágenes con el texto deseado. Con este sistema, se puede

implementar sistema de control de asistencia, como juntas, conferencias, entre otros. Así se

desea implementar está forma de acceso para que sea adoptada para múltiples funciones

que requieran el reconocimiento de personal.

5. REFERENCIAS

Performance Analysis of IEEE 802.15.4International Journal of Computer Applications. Volume 40 No. 5, February 2012.

ZigBee Wireless Sensor and Control Network -13: 978-0-137-13485-4. Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series.2010.[3] Cisco Networking Aca WAN Technologies CCNA 4 Companion GuideISBN: 1-58713-172-2. Cisco Press. 2007.[4] Ultra Wideband Systems Technologies and Applications -13:978-0-7506-7893-3. Newnes. 2006.[5] Bala, C., Kline, P., Thompson, T Bluetooth Application Programming with the JavaAPIs -22, 2004.[6] J.-R. Jiang, B.-R. Lin and Y.-C. Tseng, "A Mechanism for Quick Bluetooth DeviceDiscovery", The Tenth Mobile Computing Workshop, Taichung, Taiwan, Mar. 2004.[7] Java 2 Micro Edition: Soporte BluetoothIII Madrid, pp. 6-10, 2003.[8] Coenraets C. "Proxxi, A proximity-Based Social App" January, 2014.http://coenraets.org/blog/2014/01/proxxi-a-proximity-based-social-app/