Sesión 3

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Sesión 3

Máster Universitario en Desarrollo de Software para Dispositivos Móviles
Tecnologías para el Desarrollo de
Aplicaciones para Dispositivos
Móviles. Parte 2
Sesión 3. Conectividad móvil. Tecnologías 3G, 4G,
WIFI, Bluetooth y NFC.
© 2014-2015 Escuela Politécnica Superior
Puntos a tratar!
•  Sistemas de telefonía y comunicaciones móviles
•  3G
•  4G
•  WIFI
•  Bluetooth
•  NFC
TDADM
S7. Características y hardware de los disp. móviles
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Clasificación de sistemas (Recordatorio)!
•  La clasificación más comúnmente usada para referirse a los
sistemas de comunicaciones móviles es la siguiente:
•  Primera Generación 1G ó analógicos (AMPS, NTM, TACS…).
•  Segunda Generación 2G ó digitales (GSM)
•  Segunda Generación avanzada 2.5G (GPRS) y 2.75G (EGPRS)
•  Tercera Generación 3G (UMTS)
•  Tercera Generación avanzada 3.5G (HSDPA), 3.75G (HSUPA) y
3.85G (HSPA+).
•  Cuarta Generación 4G (LTE 3.99G), 4G+ (LTE Advanced)
TDADM
3
Antecedentes del 3G!
•  Arquitectura de GSM incorporando GPRS
TDADM
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Antecedentes del 3G!
Primeros intentos en el envío de datos a través de red móvil
•  2.5G GPRS
•  Hasta 114 Kbps
•  2.75G E-GPRS
Modificamos el método de modulación
•  Hasta 384 Kpbs
Cambiamos a 8PSK: conseguimos 3 bits / símbolo
TDADM
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3G - UMTS!
La red UMTS se diseñó para alcanzar los 2Mbps:
La red 3G fue mejorando desde el UMTS hasta el HSPA+:
•  3.5G HSDPA mejora en la descarga.
•  3.75G HSUPA mejora en la subida.
•  3.85G HSPA+ mejora en subida y descarga.
TDADM
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3G - UMTS!
UMTS se ideó como mejora de gran capacidad para GSM.
•  Se mantiene y mejora el núcleo de la red.
•  Se sustituye la red de acceso radio:
•  Nuevas antenas!
•  Para el multiacceso:
•  Se sustituye el FDMA – TDMA del 2G por W-CDMA
•  Es una versión para telefonía móvil de la multiplexación CDMA:
Multiplexación por división de códigos (W de W-CDMA significa Wideband)
TDADM
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3G - UMTS!
WCDMA
•  Cada canal ocupa ahora 5Mhz (frente a los 200Khz del GSM).
•  Mayor eficiencia en el uso del canal:
Hasta 150 usuarios por canal
TDADM
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3G - UMTS!
Principales ventajas
•  Todos los usuarios transmiten a la vez por el canal, pero las señales
están codificadas con un código diferente por usuario (conocido por
emisor y antena). TDMA
CDMA
•  La modulación empleada (en general) es QAM.
TDADM
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WCDMA!
La elección de WCDMA como tecnología de multiplexación tiene
una ventaja adicional para las operadoras:
•  No requiere planificación de frecuencias.
•  Pueden coexistir ambas redes. •  Soft handover.
2G
TDADM
3G
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WCDMA!
“Respiración celular”
•  Es uno de los problemas del 3G.
•  El aumento del número de usuarios al límite por canal provoca
problemas de interferencia (polución) en el espectro expandido.
•  Sólo los usuarios cercanos a la antena envían y reciben datos sin
demasiada polución (legibles para la antena).
•  La cobertura de la celda 3G se reduce drásticamente.
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Arquitectura UMTS!
MSC
SGSN
TDADM
GMSC
GGSN
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Arquitectura UMTS!
Tenemos 3 elementos diferenciados:"
•  Equipos móviles del usuario.
•  Red de acceso radio (UTRAN)
•  UMTS Terrestrial Radio Access
•  Núcleo de red
•  Dividido en dos áreas fundamentales.
Dominio de circuitos: VOZ
Dominio de paquetes: DATOS TDADM
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Arquitectura UMTS!
Red de acceso radio (UTRAN)
•  Es el punto de acceso de la red 3G.
•  El RNC controla una o más estaciones base.
•  Manejo de canales.
•  Soft handover.
•  La estación base es la “antena”
•  Este elemento cambia con respecto"
a GSM (la antena es diferente).
•  La estación implementa el acceso"
radio y los canales físicos.
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Arquitectura UMTS!
Núcleo de la red
•  Por un lado tenemos el MSC (Mobile Switching Center) para VOZ.
•  Los datos serán encaminados por mediante los equipos SGSN y GGSN.
•  A estos elementos se añaden diferentes bases de datos.
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HSDPA (3.5G) / HSUPA (3.75G)!
High Speed Downlink Packet Access
Velocidad de descarga: hasta 14 Mbps.
¿Cómo mejora la velocidad?
•  Incorpora un nuevo canal de descenso compartido.
•  Mejora la modulación: 16-QAM.
High Speed Uplink Packet Access
Velocidad de subida: 7.5 Mbps
•  Nuevo canal de ascenso compartido.
•  Modulación 8-QAM.
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HSPA+ (3.85G)!
También conocido como Evolved HSPA
Velocidad: hasta 21/ 41 Mbps.
•  Técnica multi-antena: MIMO.
•  Mejora de la modulación: 64-QAM.
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Calidad de servicio QoS!
1.  Conversacional: •  Para llamadas de voz y videoconferencias. Importantísimo tener los mínimos
retrasos en la comunicación.
2.  Streaming: • 
La fluctuación del retraso debe ser baja. Pensada para descarga de vídeos de
Internet. Una vez llenado el buffer inicial, deberíamos poder ver una transmisión
sin cortes ni pausas.
3.  Interactiva: • 
No deben de haber grandes retardos y hay que asegurar la integridad de los
datos. El mejor ejemplo es la navegación web.
4.  Background: • 
Los retardos no son importantes pero al igual que el caso anterior, es
fundamental la integridad de los datos. Típica aplicación: el correo electrónico.
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4G!
Corresponde a la nueva generación de telefonía móvil
•  Debe ser capaz de proporcionar 1Gbps (100Mbps en alta movilidad).
•  La red 4G está basada completamente en el protocolo IP.
•  El estándar para móviles de una red 4G se denomina LTE.
•  Long Term Evolution y Long Term Evolution Advanced.
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LTE!
El planteamiento es empezar a hacer un diseño desde cero.
•  Nueva red de acceso radio:
•  MIMO.
•  OFDMA (en canal descendente) y SC-FDMA (en canal ascendente).
•  Nuevo núcleo:
•  Conmutación de paquetes (datagrama IP).
•  Compatibilidad mundial:
(rojo) red LTE ya instaladas
(azul) red LTE en instalación
Año: 2013
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LTE!
OFDMA (en canal descendente) y SC-FDMA (en canal ascendente)
•  Las subportadoras en LTE están espaciadas en 15Hkz.
•  El ancho de banda del canal puede llegar hasta 20Mhz.
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LTE!
Ventajas:
OFDMA
0 Hz
Frecuencia (Hz)
•  Multiplexación por división de frecuencias ortogonales
•  Se asignan portadoras a cada usuario (mediante códigos
ortogonales) según el requerimiento de los usuarios.
•  Fuerte inmunidad frente al ruido (sólo afectará a unas portadoras).
•  Se pueden definir muchos criterios de asignación de frecuencias:
•  Tipo de servicio / Calidad de la conexión / Tarifa.
Usuario 1!
Usuario 2!
Usuario 3!
Frecuencia (Hz)
•  La modulación en LTE puede ser: QAM / 16QAM / 64QAM TDADM
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Arquitectura LTE!
Los elementos que forman la arquitectura LTE son:
•  Equipos móviles.
•  Red de acceso evolucionada: E-UTRAN.
•  Red troncal de paquetes evolucionada EPC.
•  Comparativa teórica entre las tres redes (2G, 3G y 4G):
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Arquitectura LTE!
TDADM
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Arquitectura LTE!
Red de acceso evolucionada: E-UTRAN
•  No requiere de estaciones controladoras externas.
•  Las antenas tienen suficiente inteligencia para gestionar el interfaz de radio.
Red troncal de paquetes evolucionada EPC
•  Se trata del “core” de la red y está compuesto:
•  MME (Mobility Management Entity)
•  Es el elemento principal del plano de control de la red LTE.
•  Tarificación, gestión de movilidad, etc.
•  S-GW (Serving Gateway)
•  Encargado del encaminamiento IP del tráfico del usuario.
•  HSS (Home Subscriber Server)
•  Base de datos unificada que integra la información de varias BD
presentes en las redes anteriores (2G, 3G).
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Comparativa de arquitecturas LTE!
TDADM
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LTE!
Velocidades actuales en LTE:
•  Depende del ancho de banda disponible en el canal (10Mhz, 20Mhz, …)
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Dividendo digital!
Bandas de frecuencias actuales para LTE en España: 1800Mhz y 2600Mhz
Es la banda de frecuencia de los 800Mhz. (790 – 862Mhz) •  Si no se asignan más frecuencias para LTE difícilmente esta
tecnología podrá alcanzar todo su potencial.
•  Esta banda es muy interesante porque permite mayor
propagación de la señal.
•  Las celdas 4G podrán ampliar su cobertura mas allá de los
400 metros (banda de los 2600 Mhz).
http://www.televisiondigital.gob.es/DIVIDENDODIGITAL/Paginas/que-es-dividendo-digital.aspx
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LTE!
Comparativa actual de velocidades 4G: Vodafone vs Yoigo
•  Alicante ciudad. Zona: Gran Vía – Vistahermosa.
•  4 de noviembre 2014. Hora: 10:30h.
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Ejercicios 1!
1. Dentro de la UTRAN del 3G, encontraremos dos equipos.
Indica su denominación y función.
2. ¿Por qué crees que la velocidad de subida conseguida en
HSUPA es la mitad que la lograda en HSDPA?
3. ¿Cuál es la exigencia de velocidad para que un estándar
adquiera la clasificación de 4G?"
4. ¿Cuál es el ancho de banda de un canal UMTS, y de un canal
LTE? ¿Qué mejora propone LTE - Advanced en la red para
doblar la velocidad?
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Redes Wi-Fi
n  Hay
varias versiones de redes Wi-Fi, cada una proporciona
una capacidad diferente:
¨ a,
n  Las
b, g, n,…
versiones más antiguas son la “a” y la “b”
¨ Hoy
en día (2014) se emplea mayoritariamente “n” y poco a poco el
nuevo estándar “ac”.
n  802.11a:
¨ Funciona
en la banda de 5 GHz.
¨ Velocidad máxima 54 Mb/s.
n  802.11b:
¨ Funciona
en la banda de 2,4 GHz.
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Redes Wi-Fi
n  802.11g:
¨ Funciona
en la banda de 2,4 GHz.
¨ Es una copia de 802.11a en la banda de 2.4 GHz.
¨ Para que se pudiera usar una red de alta velocidad en países
donde la banda de 5GHz no estaba permitida (Europa).
n  802.11n:
¨ Funciona
en la bandas de 2,4 y 5 GHz indistintamente.
¨ Cuando se estandarizó, la banda de 5GHz ya estaba disponible
ampliamente.
n  ¿802.11ac?
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Redes Wi-Fi
n  ¿Cómo
funciona una red Wi-Fi?
¨ Necesitamos
un punto de acceso al que conectarnos (access point)
¨ El cual actuará de moderador en las comunicaciones
¨ La comunicación siempre será half-duplex
¨ Todos los mensajes tienen que pasar a través del punto de acceso
Este modo de trabajo se denomina!
Modo Infraestructura
n  Ahora
vamos a ver unos ejemplos de funcionamiento:
¨ Todos
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Hay otro modo: Ad-hoc
no se suele emplear!
en modo infraestructura
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Redes Wi-Fi
n  Ejemplo
1.- Conexión de un equipo a la red Wi-Fi
¨ El
punto de acceso envía cada cierto tiempo (100 ms) la Baliza (Beacon
en inglés) (esto es de forma permanente).
¨ La baliza es una señal con el identificador de la red (BSSID)
¨ El equipo que desea unirse, conecta el modo escucha y recibe las
balizas que le lleguen de las distintas redes.
¨ Si recibe una baliza conocida, establece la comunicación con el punto
de acceso.
1 - Baliza!
2 - Petición conexión
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Redes Wi-Fi
n  Ejemplo
2.- Envío de un mensaje de un equipo a otro
¨ El
equipo 1 envía el mensaje al punto de acceso.
¨ El punto de acceso reenvía el mensaje al equipo 2.
¨ El equipo 2 avisa al punto de acceso de que todo OK (ACK).
¨ El punto de acceso reenvía el ACK al equipo 1.
2
1
4
TDADM
3
La comunicación nunca !
es directa entre equipos!
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Redes Wi-Fi
n  Ejemplo
3.- Petición de datos a internet (ej.: Web)
¨ El
equipo envía la petición al punto de acceso.
¨ El punto de acceso reenvía la petición por cable a internet.
¨ Desde internet envían datos al punto de acceso.
¨ El punto de acceso reenvía los datos al equipo.
2
1
4
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Internet!
3
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Redes Wi-Fi
n  Como
hemos podido notar, la comunicación es half-duplex y
todo debe pasar a través del punto de acceso
¨ La
n  El
velocidad teórica de la red se reduce drásticamente.
multiacceso conseguido es muy básico
¨ En
cuanto crece el número de usuarios la velocidad se reduce de forma
considerable.
¨ Mientras uno habla, el resto deberán esperar:
n  Ya
sabes porqué va tan mal eduroam.
n  Además,
hay un problema importante en estas redes, es el
denominado: nodo oculto (hidden node)
¨ Se
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suele dar cuando hay un equipo muy alejado del punto de acceso
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Redes Wi-Fi
n  En
cuanto al espectro, en una red WiFi puedes seleccionar la
frecuencia de emisión
¨ Dentro
n  En
de la banda de frecuencias correspondiente a la versión:
realidad eliges un canal, el cual corresponde a una frecuencia
Cada canal tiene un !
ancho de 5 MHz!
Sin embargo, la señal!
Wi-Fi ocupa 22 MHz!
Es decir, !
ocupa 5 canales!
TDADM
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Redes Wi-Fi
n 
Por tanto, aunque haya 13 canales solamente se podrán usar 3
espaciados de forma eficiente porque sino, hay interferencia:
¨ Por
ejemplo: El 1, el 6 y el 11.
¨ Están lo suficientemente alejados para no interferirse.
Frecuencia
Esto es en la banda de 2,4 GHz!
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Redes Wi-Fi
n  La
banda de 2,4 GHz está completamente saturada
¨ Solamente
caben 3 redes y normalmente hay muchas más
¨ Todos los equipos son compatibles con esta banda
n  El
n  En
bluetooth emplea también esta banda
la banda de 5 GHz hay mucho más espacio
¨ Hay
muy pocos equipos que la usen.
¨ Aunque cada vez habrá más.
n  Los
equipos Wi-Fin más modernos pueden usar ambas
bandas de forma simultánea
¨ Por
eso consiguen velocidades muy superiores
¨ En realidad lo que hacen es activar varias redes Wi-Fi en paralelo
TDADM
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Redes Wi-Fi
n  ¿Y
si el equipo tiene varias antenas?
¨ Es
un equipo Wi-Fi n
¨ Usa varias antenas para aumentar la velocidad
¨ Emplearíamos la misma estrategia que sugieren HSPA+ y LTE de la
telefonía móvil.
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Repetidor Wi-Fi
n  Es
un repetidor similar al de TV, pero su funcionamiento no
es igual
¨ Extiende
la cobertura Wi-Fi.
¨ Pero no varía la frecuencia de emisión.
¨ Simplemente retransmite, como si fuera un equipo más.
n  Por
n  A
tanto, reduce la velocidad de la red a la mitad…
ser posible es mejor no emplearlos
Punto de Acceso
TDADM
1
2
4
3
Repetidor
Retransmite todo siempre, no sólo lo que solicita el equipo !
conectado
repetidor.!
© 2014-2015
Escuelaal
Politécnica
Superior
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Seguridad Wi-Fi
n  Como
ya se ha comentado antes, para obtener seguridad, lo
único que se puede hacer es cifrar los datos transmitidos.
n  Hay
varias formas de cifrar las comunicaciones de las redes Wi-Fi:
¨ Sin
cifrado: Red abierta
¨ WEP: Cifrado muy endeble, no usar nunca.
¨ WPA: Cifrado mucho mejor.
¨ WPA2: Cifrado mejor que el anterior. Hay dos versiones:
n  Personal: El que deberemos usar siempre que sea posible.
n  Corporativo: Seguridad superior, pero requiere un servidor de seguridad
para la gestión de las claves (RADIUS).
TDADM
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Bluetooth
n  Es
un sistema de comunicación inalámbrico para redes de
corto alcance
¨ Emplea
la banda de frecuencias de 2,4 GHz.
¨ Como Wi-Fi, por tanto, entre ambos hay interferencias.
n  Se
creó para posibilitar las comunicaciones entre diferentes
dispositivos y eliminar así la necesidad de emplear cables para
todo.
n  Su
característica principal es el bajo consumo
¨ Está
TDADM
pensado para usarlo en equipos portátiles empleando baterías
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Bluetooth
n  ¿Qué
puede hacer un dispositivo bluetooth?
¨ Depende
n  ¿Qué
del perfil que lleve implementado
es un perfil?
¨ El
trabajo para el que está diseñado el equipo
¨ Por ejemplo, el manos libres de los coches emplea el perfil HFP
(Hands-Free Profile)
¨ Las impresoras suelen tener el perfil: BFP (Basic Printing Profile)
n  ¿Qué
velocidad ofrece?
¨ La
primera versión ofrece poca velocidad: 1,2 Mb/s.
¨ La más reciente (4) ya llega a 24 Mb/s.
!
TDADM
45
Bluetooth
n  ¿Qué
es mejor Wi-Fi o Bluetooth?
¨ Son
distintas, no se emplean para lo mismo.
¨ Por lo tanto no se pueden comparar tan fácilmente.
n  Para
obtener prestaciones de capacidad: Wi-Fi.
n  Para
dispositivos portátiles o para transmisiones de baja
capacidad: Bluetooth
¨ Su
consumo es un 97% menor que el de un móvil.
!
TDADM
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Seguridad de Bluetooth
n  Bluetooth
n  Su
no es precisamente un sistema muy seguro.
mayor ventaja es su corto alcance
¨ Si
el atacante está a más de10m no tiene nada que hacer.
n  El
momento más vulnerable de una conexión bluetooth es el
emparejamiento
¨ Se
transmite información de la conexión que permitirá posteriormente
atacar más fácilmente al equipo.
n  Por
tanto, para evitar sustos se recomienda:
¨ Emparejar
los dispositivos en la intimidad.
¨ Usar siempre el modo ‘invisible’.
TDADM
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Uso del espectro
n  Bluetooth
¨ Divide
n  La
usa la banda de 2,4 GHz
toda la banda en 79 canales de 1 MHz de ancho cada uno.
comunicación es entre iguales
¨ No
hay un punto de acceso que regule la transmisión.
n  Para
evitar interferencias no emplea un único canal en la
transmisión
¨ Emplea
los 79 pero no a la vez
¨ Va saltando de forma aleatoria de uno a otro (frequency hopping)
n  Miles
de veces por segundo (1600).
n  Ambos equipos realizan los mismos saltos.
¨ Así
se evitan interferencias.
!
!
TDADM
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NFC!
Near Field Communication es una tecnología de comunicación
inalámbrica, de corto alcance y alta frecuencia que permite el intercambio
de datos entre dispositivos.
TDADM
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NFC!
Funcionamiento:
•  NFC se comunica mediante la inducción de un campo magnético.
•  Trabaja en la banda de los 13.56Mhz, la cual no requiere licencia.
•  Soporta dos modos de funcionamiento:
•  Activo: ambos dispositivos generan su propio campo
electromagnético, que utilizarán para transmitir sus datos.
•  Pasivo: sólo un dispositivo genera el campo electromagnético y
el otro se aprovecha de la modulación de la carga para poder
transferir los datos.
TDADM
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NFC!
¿Cómo saber si contamos con esta tecnología?
•  Podemos comprobarlo en el apartado de ajustes de nuestro smartphone.
•  Alternativa: Tarjetas SIM con tecnología NFC incorporada.
TDADM
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NFC!
Principales aplicaciones:
•  Pago con el smartphone
•  Por ejemplo: BBVA ha sido uno de los primeros en permitir el pago
con móvil con NFC y terminales TPV.
TDADM
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NFC!
Principales aplicaciones:
•  Acceso y transporte
•  Actualmente, algunos sistemas de transporte están adaptando sus
sistemas de control de usuarios para permitir el NFC en el
smartphone como medio de pago. TDADM
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NFC!
Otras aplicaciones
•  Etiquetas NFC
•  Es la forma más sencilla de usar la tecnología NFC en dispositivos
Android y Windows. •  Empleando el smartphone, le das un toque a la etiqueta NFC, que
hará que tu teléfono realice determinada acción:
•  Por ejemplo, puedes darle un toque a una etiqueta para que tu smartphone
habilite la conexión Wi-Fi, inhabilite sonidos y/o reduzca el brillo de la pantalla.
TDADM
54
Ejercicios 2!
5. Que es una red IEEE 802.11ac ¿Qué velocidad se alcanza en "
ella y cómo lo consigue? Diferencias con respecto a 802.11n.
6. En una red WIFI, ¿Qué es el SSID? … ¿y el BSSID?
7. Averigua porqué un repetidor WIFI puede reducir a la mitad la "
velocidad de la red (en su área de cobertura)."
"
8. ¿Qué banda de frecuencias emplea el Bluetooth?
TDADM
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Programación!
En la parte de programación de este tema tienes que visualizar
la información disponible en la red WIFI a la que hayas accedido
con tu dispositivo (en modo infraestructura):
•  SSID
•  BSSID
•  Codificación / seguridad
•  Frecuencia
•  Velocidad
•  Fuerza de la señal
•  ¿Está oculta la red?
•  …
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Programación, consejos:!
Utiliza la clase pública WifiInfo:
"
"
http://developer.android.com/reference/android/net/wifi/WifiInfo.html
•  Con esta clase puedes describir el estado de una conexión WIFI activa.
•  Contiene una serie de métodos públicos para ello:
•  getBSSID()
•  getSSID()
•  getFrequency()
•  getRssi()
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Programación, consejos:!
No te olvides de los permisos…
android:name="android.permission.ACCESS_WIFI_STATE" />
<uses-permission
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE" />
(OPCIONAL)"
¿Podrías ampliar la información que muestras de la red WIFI?:
•  IP privada del dispositivo.
•  Máscara de red.
•  IP privada de la red / IP pública de la red.
•  Puerta de enlace / Servidor DHCP.
¿Qué clase del paquete Android podrías emplear? ¿Métodos?
… puede que esta información te ayude en tu proyecto final.
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¿Preguntas...?!
TDADM
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Sesión 3

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