Qué es Bluetooth: arquitectura y cómo funciona

Se utiliza una tecnología bien establecida como Bluetooth para proporcionar conectividad inalámbrica desde auriculares inalámbricos a teléfonos móviles, computadoras portátiles y ratones de computadora inalámbricos a muchos otros dispositivos que requieren conectividad de corto alcance. Esta tecnología ha crecido y se ha expandido drásticamente para proporcionar no solo transmisión de audio fija de corto alcance en aplicaciones de comunicaciones M2M y conectividad de malla IoT. Esta tecnología ofrece una mayor flexibilidad, una velocidad muy rápida y muchas más capacidades. Este artículo proporciona una descripción general de Bluetooth.

¿Qué es la tecnología Bluetooth?

La tecnología Bluetooth es un enlace de tecnología inalámbrica de baja potencia y alta velocidad diseñado para conectar teléfonos u otros equipos portátiles entre sí. Es una especificación (IEEE 802.15.1) para usar comunicaciones de radio de baja potencia para vincular teléfonos, computadoras y otros dispositivos de red en distancias inalámbricas cortas. Las señales inalámbricas transmitidas con Bluetooth cubren distancias cortas, normalmente hasta 30 pies (10 metros).

Esto se logra mediante transceptores de bajo costo integrados en los dispositivos. Admite la banda de frecuencia de 2,45 GHz y puede admitir hasta 721 KBps con tres canales de voz. Esta banda de frecuencia ha sido reservada por acuerdo internacional para el uso de dispositivos industriales, científicos y médicos (ISM) compatibles con dispositivos 1.0.

Se puede conectar hasta "ocho dispositivos » simultáneamente y cada dispositivo ofrece una dirección única de 48 bits derivada del estándar IEEE 802, estableciéndose las conexiones en punto a punto o multipunto.

Historia de Bluetooth

La tecnología inalámbrica Bluetooth lleva el nombre de un rey vikingo y danés, Harald Blatand; su apellido significa "Bluetooth" en inglés. Se le atribuye la unión de Dinamarca y Noruega, al igual que a la tecnología inalámbrica Bluetooth se le atribuye la unión de dos dispositivos dispares.

La tecnología Bluetooth tiene su origen en la tarea emprendida por Ericsson Mobile Communications en 1994 de encontrar una alternativa al uso de cables para la comunicación entre teléfonos móviles y otros dispositivos. En 1998, Ericsson, IBM, Nokia y Toshiba formaron el Grupo de Interés Especial (SIG) de Bluetooth que publicó el 1^{S t} versión en 1999.

La primera versión fue el estándar 1.2 con una velocidad de datos de 1 Mbps. La segunda versión era 2.0+EDR con una velocidad de datos de 3 Mbps. El tercero era 3.0+HS con una velocidad de 24 Mbps. La última versión es la 4.0.

Conexiones

En general, los dispositivos conectados a través de Bluetooth están altamente protegidos contra la piratería. Dado que funcionan con diferentes frecuencias, los dispositivos que saltan entre estas frecuencias lo hacen cientos de veces por segundo, lo que se denomina "espectro ensanchado por salto de frecuencia".

Este dispositivo se utiliza con frecuencia para conectar dispositivos móviles o dispositivos estacionarios. Pero también funciona para conectar una impresora, si no un mouse, a una computadora. Como Bluetooth y Wi-Fi a menudo son complementarios, funcionan al mismo tiempo y ofrecen la misma conectividad, por lo que no puede saber qué hardware está conectado. La mayoría de las tabletas, computadoras y teléfonos inteligentes simplemente le permiten conectarse a un dispositivo habilitado para Bluetooth a la vez.

¿Cómo funciona Bluetooth?

La red Bluetooth consta de una red de área personal o piconet que contiene un mínimo de 2 a un máximo de 8 dispositivos Bluetooth pares, generalmente un solo maestro y hasta 7 esclavos. Un maestro es un dispositivo que inicia la comunicación con otros dispositivos. El dispositivo maestro gobierna el enlace de comunicación y el tráfico entre él y los dispositivos esclavos asociados con él. Un dispositivo esclavo es un dispositivo que responde al dispositivo maestro. Los dispositivos esclavos deben sincronizar su sincronización de transmisión/recepción con la de los maestros.

Además, las transmisiones de los dispositivos esclavos se rigen por el dispositivo maestro (es decir, el dispositivo maestro determina cuándo puede transmitir un dispositivo esclavo). De hecho, un esclavo solo puede comenzar sus transmisiones en un intervalo de tiempo inmediatamente posterior al intervalo de tiempo en el que fue abordado por el maestro, o en un intervalo de tiempo explícitamente reservado para el uso del dispositivo esclavo.

La secuencia de salto de frecuencia está definida por la dirección del dispositivo Bluetooth (BD_ADDR) del dispositivo maestro. El dispositivo maestro primero envía una señal de radio solicitando una respuesta de dispositivos esclavos particulares dentro del rango de direcciones. Los esclavos responden y sincronizan su frecuencia de salto, así como un reloj con el del dispositivo maestro.

Las redes dispersas se crean cuando un dispositivo se convierte en miembro activo de varias picoredes. Esencialmente, el dispositivo adyacente comparte sus ranuras entre las diferentes piconets.

Arquitectura Bluetooth

La arquitectura Bluetooth utiliza dos redes como Piconet y Scatternet

red de piconet

Piconet es un tipo de red inalámbrica que consta de un nodo principal, a saber, el nodo maestro, junto con siete nodos energéticos secundarios llamados nodos esclavos. Por lo tanto, podemos afirmar que hay un total de ocho nodos activos que están dispuestos a una distancia de 10 metros. El mensaje entre estos dos nodos se puede hacer uno a uno o incluso uno a muchos.

La comunicación solo puede ser posible entre maestro y esclavo, pero la comunicación como esclavo-esclavo no puede ser posible. También incluye 255 nodos estacionados llamados nodos secundarios. Estos no pueden comunicarse hasta que se cambien a la condición activa.

Red dispersa

La formación de la red Scatternet se puede realizar a través de diferentes piconets. En una piconet está presente un esclavo que actúa como maestro; de lo contrario, puede llamarse primario en otras piconets. Así, este tipo de nodo recibe un mensaje del maestro en una piconet y transmite el mensaje a su esclavo en otra piconet donde funciona como esclavo. Entonces, este tipo de nudo se llama nudo puente. En dos piconets, una estación no puede ser maestra.

Tipos de bluetooth

Esta tecnología elimina la necesidad de alambres y cables. En la actualidad, esta tecnología ha visto un rápido crecimiento de dispositivos habilitados para Bluetooth.

Cascos

El dispositivo más conocido es el auricular Bluetooth. Por lo general, un auricular le permite a una persona hacer y recibir llamadas a través de un teléfono móvil sin usar las manos o los cables. Estos auriculares están preparados con reconocimiento de voz, por lo que uno puede marcar y hablar sin usar un teléfono móvil.

Auriculares estéreo

La función de un auricular estéreo es similar a la de un auricular normal sin usar cables. La conexión de auriculares estéreo se puede realizar en cualquier dispositivo habilitado para Bluetooth, como el reproductor de música. Por lo tanto, permite al usuario escuchar la música dentro de un rango corto de su reproductor de música. Este auricular también es compatible con teléfonos móviles.

Sistema Bluetooth a bordo

Un sistema Bluetooth integrado conecta el teléfono móvil al sistema de audio de su vehículo. Para que pueda realizar y recibir llamadas telefónicas a través del sistema de altavoces sin utilizar un dispositivo móvil.

Impresora

Una impresora con Bluetooth habilitado puede obtener archivos como imágenes y documentos de texto desde cualquier dispositivo con Bluetooth, como una PDA o una computadora portátil, e imprimir los datos sin usar cables. Este dispositivo debe estar conectado a la impresora para que la impresión funcione correctamente.

cámara web

Una cámara web con Bluetooth básicamente funciona como una cámara web normal sin necesidad de cables. Las capacidades inalámbricas agregan movilidad al dispositivo, a diferencia de las cámaras web tradicionales, que permanecen ancladas a la computadora o cerca de ella.

dispositivo GPS

Un dispositivo GPS habilitado para Bluetooth es un dispositivo esencial sobre el GPS normal porque le permite conversar a través del dispositivo con voz. Una vez que el dispositivo se comunica por voz, el dispositivo encontrará la dirección y también proporcionará instrucciones en pantalla usando el comando de voz.

Teclado

Un teclado habilitado para Bluetooth básicamente funciona como un teclado normal, sin usar cables para conectar el dispositivo a una PC. Este teclado también funciona a través de teléfonos inteligentes particulares.

Características

los Especificaciones Bluetooth Incluya lo siguiente.

• Especificaciones básicas: Define la pila de protocolos Bluetooth y los requisitos de prueba y calificación para los productos basados ​​en Bluetooth.
• Especificación de perfil: Define patrones de uso que brindan información detallada sobre el uso del protocolo Bluetooth para diferentes tipos de aplicaciones.

Las especificaciones básicas de Bluetooth consisten en 5 capas

• Radio: Radio especifica los requisitos de transmisión de radio, incluidas las características de frecuencia, modulación y potencia, para un transceptor Bluetooth.
• Capa de banda base: Define los canales físicos y lógicos y los tipos de enlaces (voz o datos); especifica varios formatos de paquetes, tiempos de transmisión y recepción, control de canales y mecanismos para saltos de frecuencia (selección de saltos) y direccionamiento de dispositivos. Especifica enlaces punto a punto o punto a multipunto. La longitud de un paquete puede variar desde 68 bits (código de acceso abreviado) hasta un máximo de 3071 bits.
• LMP - Protocolo de administrador de enlaces (LMP): Define los procedimientos para el establecimiento de enlaces y la gestión continua de enlaces.
• Protocolo de Adaptación y Control de Enlace Lógico (L2CAP): Es responsable de adaptar los protocolos de la capa superior a la capa de banda base.
• Protocolo de descubrimiento de servicios (SDP): – Permite que un dispositivo Bluetooth interrogue a otros dispositivos Bluetooth para obtener información sobre el dispositivo, los servicios prestados y las características de esos servicios.

1^{S t} tres capas constituyen el módulo Bluetooth mientras que las dos últimas capas constituyen el host. La interfaz entre estos dos grupos lógicos se denomina interfaz de controlador de host.

¿Qué tan seguro es Bluetooth?

Esta tecnología se considera una tecnología inalámbrica segura una vez que hemos utilizado medidas de seguridad. Los dispositivos habilitados para Bluetooth también cambian con frecuencia las frecuencias de radio cuando están conectados para evitar un ataque fácil. Estos dispositivos ofrecen diferentes configuraciones para permitir que el usuario controle el límite de las conexiones Bluetooth. El nivel de seguridad de un dispositivo para "confiar" en ese dispositivo limita las conexiones a ese dispositivo en particular.

Usando la configuración del nivel de servicio, también puede limitar los tipos de actividades que su dispositivo permite registrar cuando está conectado a través de Bluetooth. En cualquier tecnología inalámbrica, siempre existe un riesgo de seguridad. Los piratas informáticos han planeado diferentes ataques maliciosos que utilizan la red Bluetooth.
Por ejemplo, bluesnarfing se refiere a un pirata informático que obtiene acceso oficial a los datos de un dispositivo a través de Bluetooth; "blue buging" es una vez que un atacante obtiene su teléfono móvil y todas las funciones.

Versiones de Bluetooth y sus especificaciones

Las diferentes versiones junto con sus especificaciones de Bluetooth incluyen principalmente lo siguiente.

• Para v1.0 a v1.08: Dirección y dispositivo de hardware Bluetooth requerido
• Para la versión v1.1: estándar IEEE 802.15.1-2002
• Para la versión v1.2: conexión más rápida
• Para la versión v2.0+EDR: tasa de datos mejorada
• Para la versión v2.1: emparejamiento simple y seguro
• Para la versión v3.0: transferencia de datos de alta velocidad
• Para la versión v4.0: bajo consumo de energía utilizado en Apple I - Teléfono 4s

¿Cómo funciona Bluetooth?

Estos dispositivos deben conectarse entre sí para intercambiar datos de forma segura con cifrado. Una vez que el dispositivo Bluetooth entra dentro del alcance de otro dispositivo, puede tener lugar una conversación electrónica para decidir si se creen o no, de modo que se puedan compartir los datos. Aquí, la conversión electrónica se puede realizar de forma inalámbrica sin utilizar ningún dispositivo.

Los diversos periféricos como relojes inteligentes, rastreadores de actividad se han conectado a dispositivos esenciales similares como teléfonos inteligentes desde una Piconet a una PAN (red de área personal) que puede llenar un edificio completo o puede incluir una distancia, no mayor que la que hay entre el teléfono inteligente en su bolsillo y el reloj inteligente en tu muñeca.

Conéctese con un teléfono inteligente

Puede conectar un auricular con un teléfono inteligente siguiendo los pasos a continuación.

• Necesitamos verificar si el Bluetooth está completamente cargado o no, encenderlo y conectarlo al teléfono que desea conectar.
• Encienda el teléfono y busque la función Bluetooth que generalmente se encuentra en Configuración.
• Activar Bluetooth
• Una vez que se activa la función Bluetooth, el teléfono inteligente transmite una señal y comienza a buscar otros dispositivos Bluetooth autorizados.
• Una vez que el teléfono inteligente ha descubierto el auricular, aparece en la lista de dispositivos. En algunas situaciones, se le pedirá que conecte los dispositivos proporcionando un código PIN que debería aparecer en sus auriculares.
• Una vez que ambos dispositivos estén conectados, todas sus llamadas telefónicas se conectarán automáticamente a su auricular hasta que se active. Por lo tanto, el proceso de emparejamiento no se puede repetir una vez más.

Consejos para solucionar problemas

Los consejos para la solución de problemas de Bluetooth incluyen principalmente lo siguiente.

• Apague todo y vuelva a iniciar el procedimiento de emparejamiento.
• Revise las baterías de sus auriculares y vea si están completamente cargadas o no
• Verifique que su auricular y su teléfono coincidan correctamente.
• Un dispositivo habilitado para Bluetooth produce señales de transmisión de radio de baja potencia que pueden transmitir hasta aproximadamente 10 metros. Sin embargo, la distancia puede cambiar dependiendo del casco. Asegúrese de que la gama una vez antes de comprar.
  • Si tiene problemas para conectar su dispositivo, consulte a los fabricantes.

Ventajas

los beneficios de bluetooth Incluya lo siguiente.

• Elimina el problema de la interferencia de radio utilizando una técnica llamada Speed ​​​​Frequency Hopping. Cette technique utilise 79 canaux de la bande de fréquence particulière, chaque appareil accédant au canal pendant seulement 625 microsecondes, c'est-à-dire que l'appareil doit basculer entre la transmission et la réception de données d'un intervalle de temps à otro.
• Esto significa que los transmisores cambian de frecuencia 1600 veces por segundo, lo que significa que más dispositivos pueden hacer un uso completo de una porción limitada del espectro de radio. Esto asegura que no se produzcan interferencias ya que cada transmisor estará en diferentes frecuencias.
• El consumo de energía del chip (que consta de un transceptor) es bajo, alrededor de 0,3 mW, lo que permite un uso mínimo de la vida útil de la batería.
• Garantiza la seguridad a nivel de bits. La autenticación se controla mediante una clave de 128 bits.
• Es posible usar Bluetooth para la transferencia de datos y la comunicación de voz, ya que Bluetooth puede admitir hasta 3 canales de voz similares.
• Supera las limitaciones de la línea de visión y la comunicación uno a uno como en otro modo de comunicación inalámbrica como el infrarrojo.

Aplicaciones

los aplicaciones bluetooth Incluya lo siguiente.

Oficina inalámbrica: Todos (o la mayoría) de los periféricos (p. ej., ratón, teclado, impresora, altavoces, etc.) están conectados al PC de forma inalámbrica.

Casco definitivo: Se puede usar para permitir que un auricular se use con una miríada de dispositivos, incluidos teléfonos, portátiles, estéreos, etc.

Sincronización automática: este modelo de uso utiliza el paradigma informático oculto, que se centra en las aplicaciones en las que los dispositivos realizan automáticamente ciertas tareas en nombre del usuario sin la intervención o el conocimiento del usuario.

Transferencia de medios:- El intercambio de datos multimedia como canciones, videos e imágenes se puede transferir entre dispositivos mediante Bluetooth.

Así, se trata de una descripción general de la tecnología Bluetooth el cual cubre operación, tipos, historia, arquitectura, especificaciones, beneficios y sus aplicaciones. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son las diferentes tecnologías inalámbricas disponibles en el mercado?