Definición del estándar Bluetooth

Bluetooth es la especificación que define un estándar global de comunicaciones inalámbricas para redes de área personal que permite la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia en entornos de comunicaciones móviles y estáticos.

La especificación Bluetooth está recogida por el grupo de trabajo 802.15.1 del IEEE.

Los objetivos de la tecnología Bluetooth son los siguientes:

• El sistema deberá ser universal, operar en todo el mundo
• El sistema será capaz de establecer comunicación entre dos dispositivos que cumplan con las especificaciones Bluetooth, cualesquiera que sea su naturaleza: PC, teléfono móvil, accesorios de automóvil, etc.
• El emisor de radio deberá consumir poca energía, ya que debe integrarse en equipos alimentados por baterías.
• El precio del microchip transmisor deberá ser bajo (entre $4 - $5 en 2005 y con un precio objetivo de $2 - $2.50 en 2008)
• Se tratará de un sistema basado en un protocolo robusto y seguro.

Etimología

El nombre Bluetooth procede del rey danés del siglo X llamado Harald Blatand (traducido como Harold Bluetooth), conocido por unificar las tribus en guerra de Noruega, Suecia y Dinamarca e iniciar el proceso de cristianización de la sociedad vikinga.

La elección de Bluetooth para denominar a esta nueva tecnología se debe a que, de la misma manera, pretende intercomunicar diferentes dispositivos, como ordenadores, teléfonos móviles, manos libres de automóvil, etc.

El logo de Bluetooth combina la representación de las runas nórdicas Hagalaz (transcrito por ‘H’) y Berkana (transcrito por ‘B’) en un mismo símbolo.

Historia

En 1994, Ericsson Mobile Communications, la compañía global de telecomunicaciones con base en Suecia, comenzó un estudio de viabilidad de una interfaz de radio de baja potencia y bajo coste entre teléfonos móviles y otros accesorios, con el objetivo de eliminar los cables. El estudio era parte de un proyecto más amplio que investigaba cómo conectar diferentes dispositivos de comunicaciones a la red celular a través de un teléfono móvil. La compañía determinó que el último enlace en ese tipo de conexión debería ser un enlace de radio de corto alcance. A medida que progresaba el proyecto, se hizo evidente que este tipo de enlace de radio de corto alcance podía ser utilizado ampliamente en un gran número de aplicaciones.

El trabajo de Ericsson en esta área atrajo la atención de IBM, Intel, Nokia y Toshiba. Estas compañías decidieron formar en febrero de 1998 un grupo especial de investigación denominado SIG (Special Interest Group) Bluetooth, con el objetivo de desarrollar, promover, definir y publicar las especificaciones de esta tecnología inalámbrica de corta distancia.

En mayo del mismo año, se invitó a otras compañías a participar en el grupo: Microsoft, Lucent Technologies, 3COM y Motorola.

En julio de 1999, el grupo publicó la especificación Bluetooth 1.0, la cual constaba de dos documentos: el núcleo fundamental (core) y el perfil fundamental. El primer documento proporcionaba las especificaciones de diseño, tales como el interfaz de radio, la capa de banda base, el gestor de enlace, el protocolo de descubrimiento de servicios, el nivel de transporte y la interoperabilidad con diferentes protocolos de comunicaciones; mientras que el perfil fundamental, proporcionaba las directrices para la interoperabilidad de aplicaciones Bluetooth.

El SIG creció hasta alcanzar más de 1800 miembros en abril de 2000. Del grupo inicial de compañías promotoras, 3COM se retiró y Lucent Technologies cedió su calidad de miembro a su filial Agere Systems. De todos las compañías adjuntas al SIG, Intel es la única de todas que no ha fabricado un producto basado en Bluetooth.

Descripción técnica de Bluetooth

Bluetooth incorpora las siguientes especificaciones técnicas:

• La frecuencia de radio con la que trabaja se sitúa en el rango de 2.4 a 2.48 GHz de la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) disponible a nivel mundial y que no requiere licencia de operador, lo que significa una compatibilidad universal entre dispositivos Bluetooth. Con el fin de evitar interferencias con otros protocolos que operen en la misma banda de frecuencias, Bluetooth emplea la técnica de salto de frecuencias (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum), que consiste en dividir la banda en 79 canales (23 en España, Francia y Japón) de longitud 1 MHz y realizar 1600 saltos por segundo.
  
• La capacidad de transmisión vería según versiones del núcleo:
  • Versión 1.1: 723.1 Kbps
  • Versión 1.2: 1 Mbps
  • Versión 2.0 + EDR: 2.1 ~ 3 Mbps
    
• La potencia de transmisión se divide en 3 clases de productos:
  • Clase 1: 100 mW / 20 dBm, con un rango de ~100 m.
  • Clase 2: 2.5 mW / 4 dBm, con un rango de ~10 m.
  • Clase 3: 1 mW / 0 dBm, con un rango de ~1 m.
    
• La tecnología Bluetooth se implementa en transceptores de corto alcance y con un precio objetivo de tan sólo 5$.
  
• El protocolo de banda base es una combinación de conmutación de circuitos y paquetes que la hace apropiada para voz y datos.
  
• Se definen dos tipos de enlaces para soportar aplicaciones de voz y datos:
  • Enlace asíncrono sin conexión (ACL, Asynchronous Connectionless):
    • - Conexiones simétricas o asimétricas punto-multipunto entre maestro y esclavo.
    • - Conexión utilizada para tráfico de datos.
    • - Sin garantía de entrega, se retransmiten paquetes.
    • - La máxima velocidad de envío es de 721 Kbps en una dirección 57.6 Kbps en la otra.
      
  • Enlace síncrono orientado a conexión (SCO, Synchronous Connection-Oriented):
    • - Conexiones simétricas punto a punto entre maestro y esclavo.
    • - Conexión capaz de soportar voz en tiempo real y tráfico multimedia.
    • - Velocidad de transmisión de 64 KB/s
      

A partir de la versión 1.0, que se ratificó en julio de 1999, se han publicado sucesivas versiones:

• Versión 1.1:
  • Soluciona erratas de la especificación 1.0.
  • Añade el Indicador de Calidad de Señal Recibida (RSSI)
    
• Versión 1.2:
  • Implementa la técnica de salto en frecuencia, Adaptive Frequency Hopping, para mejorar la resistencia a interferencias.
  • Introduce el tipo de enlace para aplicaciones de audio extended Synchronous Connections (eSCO) que mejora la calidad de voz.
  • Mejoras en el Host Controller Interface (HCI) para una sincronización más rápida de las comunicaciones.
    
• Versión 2.0:
  • Nueva versión compatible con la anterior 1.x.
  • Incorpora la tecnología Enhanced Data Rate (EDR), que incrementa las velocidades de transmisión hasta 3 Mbps.
  • Reducción del consumo de energía a pesar del incremento de velocidad.

Topología de red Bluetooth

A diferencia de otras tecnologías LAN inalámbricas, como IEEE 802.11 (Wi-Fi), diseñadas para dispositivos que se hallen dentro o en los alrededores de un mismo edificio, los dispositivos que utilicen las redes PAN inalámbricas IEEE 802.15, incluyendo Bluetooth, podrán comunicarse en cualquier parte del mundo de forma stand-alone, incluso a bordo de un barco o avión y sin necesidad de utilizar equipo hardware adicional, como puntos de acceso.

Cuando un dispositivo Bluetooth está dentro del radio de cobertura de otro, pueden establecer un enlace entre ellos. Hasta ocho unidades Bluetooth pueden comunicarse entre ellas y formar lo que se denomina una Piconet o Picorred.

La unión de varias piconets se denomina Scatternet o Red Dispersa.



Los dispositivos dentro de una piconet juegan dos papeles: maestro o esclavo. En todas las piconets sólo puede haber una unidad maestro, que normalmente es quien inicia la conexión, el resto de unidades Bluetooth en la piconet se denominan esclavos. Cualquier dispositivo puede realizar las funciones de maestro y esclavo, pero un mismo dispositivo únicamente puede ser maestro de una piconet.

El maestro es el dispositivo de una piconet cuyo reloj y patrón de saltos se utilizan para sincronizar a todos los demás dispositivos esclavos. Todas las unidades que participan en una piconet están sincronizadas desde el punto de vista del tiempo y de la secuencia de saltos entre canales. Cada unidad dispone de un reloj de sistema interno que determina la temporización y la secuencia de saltos que debe seguir el transceptor.

La topología Bluetooth se puede describir como una estructura de piconets múltiples. Dado que la especificación Bluetooth soporta tanto conexiones punto a punto como punto a multipunto, se pueden establecer y enlazar varias piconets en forma de scatternet. Las piconets pertenecientes a una misma scatternet no están coordinadas y los saltos de frecuencia suceden de forma independiente, es decir, todos los dispositivos que participan en la misma piconet se sincronizan con su correspondiente tiempo de reloj y patrón de saltos determinado. El resto de piconets utilizarán diferentes patrones de saltos y frecuencias de relojes distintas, lo que supone distintas velocidades de salto entre canales. Aunque no se permite la sincronización de diferentes piconets, los dispositivos pueden participar en diferentes piconets gracias a una multiplexación por división de tiempo (TDM). Esto permite a un dispositivo participar de forma secuencial en diferentes piconets, estando activo en sólo una piconet cada vez.