¿Qué es Bluetooth?

Bluetooth es una tecnología que provee un camino fácil para la computación móvil, para la comunicación entre dispositivos y conectarse a Internet a altas velocidades, sin el uso de cables. Además, se busca facilitar la sincronización de datos de computadoras móviles, teléfonos celulares y manejadores de dispositivos.

La Tecnología Bluetooth es de pequeña escala, bajo costo y se caracteriza por usar enlaces de radio de corto alcance entre móviles y otros dispositivos, como teléfonos celulares, puntos de accesos de red (access points) y computadoras. Esta tecnología opera en la banda de 2.4 GHz. Tiene la capacidad de atravesar paredes y maletines, por lo cual es ideal tanto para el trabajo móvil, como el trabajo en oficinas.

Cómo surgió el estándar

Durante 1994, surgió la idea de investigar la posibilidad de crear un dispositivo de bajo costo que sirviera para comunicar diversos dispositivos, la idea era hacerlo basado en un estándar estricto para que su uso se popularizara y diversos fabricantes pudieran desarrollar dispositivos que lo utilizaran. En 1998, un grupo de industrias líderes en computadoras y telecomunicaciones, incluyendo Intel, IBM, Toshiba, Ericsson y Nokia, estuvieron desarrollando dicho dispositivo. Para asegurar, que esta tecnología esta implementada con un empalme perfecto en un diverso rango de dispositivos, esos líderes formaron un grupo de intereses especiales (Special Interests Group - SIG). El SIG fue rápidamente ganando miembros, como las compañías 3Com, Axis Comunication, Compaq, Dell, Lucent Technologies UK Limited, Motorola, Qualcomm y Xircom.

Especificaciones

La Tecnología

La especificación de Bluetooth define un canal de comunicación de máximo 720Kb/seg con rango optimo de 10m (opcionalmente 100m).

La frecuencia de radio con la que trabaja está en el rango de 2.4 a 2.48Ghz con amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en full duplex con un máximo de 1600 saltos/seg. Los saltos de frecuencia se dan entre un total de 79 frecuencias con intervalos de 1Mhz; esto permite brindar seguridad y robustez. La potencia de salida para transmitir a una distancia máxima de 10m es de 0dBM (1 mW), mientras que la versión de largo alcance transmite entre -30 y 20dBM (100 mW).

Para lograr alcanzar el objetivo de bajo consumo y bajo costo, se ideo una solución que se puede implementar en un solo chip utilizando circuitos CMOS. De esta manera, se logró crear una solución de 9x9mm y que consume aproximadamente 97% menos energía que un teléfono celular común.

El protocolo de banda base (canales simples por línea) combina switching de circuitos y paquetes. Para asegurar que los paquetes no lleguen fuera de orden, los slots pueden ser reservados por paquetes síncronos, un salto diferente de señal es usado para cada paquete. Por otro lado, el switching de circuitos puede ser asíncrono o síncrono. Tres canales de datos síncronos (voz), o un canal de datos síncrono y uno asíncrono, pueden ser soportados en un solo canal. Cada canal de voz puede soportar una tasa de transferencia de 64 Kb/s en cada sentido, la cual es suficientemente adecuada para la transmisión de voz. Un canal asíncrono puede transmitir como mucho 721 Kb/s en una dirección y 56 Kb/s en la dirección opuesta, sin embargo, para una conexión asíncrona es posible soportar 432,6 Kb/s en ambas direcciones si el enlace es simétrico.

Arquitectura de Hardware

El hardware que compone el dispositivo Bluetooth esta compuesto por dos partes. Un dispositivo de radio, en cargado de modular y transmitir la señal; y un controlador digital. El controlador digital esta compuesto por un CPU, por un procesador de señales digitales (DSP - Digital Signal Processor) llamado Link Controller (o controlador de Enlace) y de los interfaces con el dispositivo anfitrión.

El LC o Link Controller está encargado de hacer el procesamiento de la banda base y del manejo de los protocolos ARQ y FEC de capa física. Además, se encarga de las funciones de transferencia (tanto asíncrona como síncrona), codificación de Audio y encripción de datos.

El CPU del dispositivo se encarga de atender las instrucciones relacionadas con Bluetooth del dispositivo anfitrión, para así simplificar su operación. Para ello, sobre el CPU corre un software denominado Link Manager que tiene la función de comunicarse con otros dispositivos por medio del protocolo LMP.

Entre las tareas realizadas por el LC y el Link Manager, destacan las siguientes:

- Envío y Recepción de Datos.
- Empaginamiento y Peticiones.
- Determinación de Conexiones.
- Autenticación.
- Negociación y determinación de tipos de enlace, por ejemplo SCO o ACL
- Determinación del tipo de cuerpo de cada paquete.
- Ubicación del dispositivo en modo sniff o hold.

Arquitectura de Software

Buscando ampliar la compatibilidad de los dispositivos Bluetooth, los dispositivos que se apegan al estándar utilizan como interfaz entre el dispositivo anfitrión (laptop, teléfono celular, etc) y el dispositivo Bluetooth como tal (chip Bluetooth) una interfaz denominada HCI (Host Controller Interface).

Los protocolos de alto nivel como el SDP (Protocolo utilizado para encontrar otros dispositivos Bluetooth dentro del rango de comunicación, encargado, también, de detectar la función de los dispositivos en rango), RFCOMM (Protocolo utilizado para emular conexiones de puerto serial) y TCS (Protocolo de control de telefonía) interactúan con el controlador de banda base a través del Protocolo L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol). El protocolo L2CAP se encarga de la segmentación y reensamblaje de los paquetes para poder enviar paquetes de mayor tamaño a través de la conexión Bluetooth.

Redes Bluetooth

Las topología de las redes Bluetooth puede ser punto-a-punto o punto-a-multipunto.

Los dispositivos, se comunican en redes denominadas piconets. Estas redes tienen posibilidad de crecer hasta tener 8 conexiones punto a punto. Además, se puede extender la red mediante la formación de scatternets. Una scatternet es la red producida cuando dos dispositivos pertenecientes a dos piconets diferentes, se conectan.

En una piconet, un dispositivo debe actuar como master, enviando la información del reloj (para sincronizarse) y la información de los saltos de frecuencia. El resto de los dispositivos actúan como slaves.

Transmisión

Bluetooth esta diseñado para usar acuses de recibos (acknowledgement) y saltos de frecuencias (frecuency hopping), lo cual hará conexiones robustas. Esto esta basado en paquetes, y saltarán a una nueva frecuencia después de que cada paquete es recibido, lo cual no solo ayuda a los problemas de interferencia, sino que añade seguridad. La tasa de datos es un megabytes/segundo, incluyendo el encabezado. Una transmisión "full duplex" (ambas direcciones al mismo tiempo) es realizado por multiplexaje de división de tiempo.

Como se especificó previamente, la transmisión de datos puede ser realizada de maneta síncrona o asíncrona. El método Síncrono Orientado a Conexión (SCO) es usado principalmente para voz, y el Asíncrono No Orientado a Conexión (ACL) es principalmente usado para transmitir datos. Dentro de un "piconet" cada par master-slave pueden usar un modo de transmisión distinto, y los modos pueden ser cambiados en algún momento. La división de tiempo "Duplex", es usado para SCO y ACL, y ambos soportan 16 tipos de paquetes, cuatro de los cuales son paquetes de control, que son los mismos en cada tipo . Debido a la necesidad de tranquilidad en la transmisión de datos, los paquetes SCO son entregados en intervalos reservados, esto es, los paquetes son enviados en grupos sin permitir la interrupción de otras transmisiones. Los enlaces ACL soportan tanto transmisión simétrica como transmisión asimétrica.

Protocolo de Conexión

Las conexiones Bluetooth, son establecidas a través de la siguiente técnica:

· Standby: Los dispositivos en un "piconet" que no están conectados, están en modo standby, ellos escuchan mensajes cada 1,28 segundos, sobre 32 saltos de frecuencias.

· Page/Inquiry: Si un dispositivo desea hacer una conexión con otro dispositivo, éste le envía un mensaje de tipo page, si la dirección es conocida; o una petición a través de un mensaje de page, si éste no es conocido. La unidad "master" envía 16 page message idénticos, en 16 saltos de frecuencias, a la unidad "slave". Si no hay respuesta, el "master" retransmite en los otros 16 saltos de frecuencia. El método de Petición (inquiry) requiere una respuesta extra por parte de la unidad "slave", desde la dirección MAC, que no es conocida por la unidad "master".

· Active: Ocurre la transmisión de datos.

· Hold: Cuando el "master" o el "slave" desean, puede ser establecido un modo en el cual no son transmitidos datos. El objetivo de esto es conservar el poder.

· Sniff: El modo sniff, es aplicable solo para las unidades "slaves", es para conserva el poder. Durante este modo, el "slave", no toma un rol activo en la "piconet", pero escucha a un reducido nivel.

· Park: El modo park es un nivel más reducido , que el modo hold. Durante este, el "slave" es sincronizado a la "piconet", por eso no requiere un reactivación completa, pero no es parte del tráfico. En este estado, ellos no tienen direcciones MAC y solo escuchan para mantener su sincronización con el "master" y chequear los mensajes de broadcast.

Seguridad y Corrección de Errores

Tres técnicas de corrección de error han sido definidas:

· 1/3 rate forward error correction code (FEC), este método es diseñado para reducir el número de retransmisión.
· 2/3 rate forward error correction code FEC.
· Automatic Repeat Request (ARQ).

En cuanto a la Seguridad, ésta es provista en tres caminos:
 

· A través de saltos de frecuencia pseudo-aleatorios que dificultan que dispositivos ajenos a la red puedan interceptar o ver el tráfico de información.
· Autentificación, permite a un usuario controlar la conectividad para solo dispositivos especificados.
· Encriptación, se usan claves secretas con longitudes de 1, 40 o 64 bits.

Modelos de Uso

Algunas de las aplicaciones que se pueden dar a los dispositivos Bluetooth han sido mencionadas en la especificación del estándar (versión 1). Entre otras, destacan las siguientes:

· El Teléfono 3-en-1: Se ofrece la posibilidad de utilizar un mismo teléfono sin importar donde se encuentra. Puede funcionar como el teléfono en su casa, si el dispositivo está en el rango de las bases Bluetooth ubicadas en su casa, como teléfono celular-portátil si no se encuentra cerca de las bases de su casa, y como medio de acceso a sus contactos, números de teléfono, email, etc.

· Conexión a Internet: El dispositivo Bluetooth puede conectarse con cualquier medio que esté conectado a Internet y que a la vez, posea una interfaz Bluetooth, para así mantenerlo siempre conectado, ya sea a través de su celular, de su conexión dial-up o a través de una red cableada a Internet.

· Dispositivo Manos libres: El uso de este dispositivo permite acceder la información de los contactos, enviar correo electrónico y realizar llamadas sin ocupar las manos. Esta funcionalidad está controlada por voz.

· Laptop como teléfono: Se tiene la posibilidad de utilizar el laptop para realizar llamadas de voz tal cuál se haría con un teléfono..

· Sincronización automática: Constantemente, todos sus dispositivos Bluetooth mantienen sincronizada la información, de manera que si modifica alguna información en su laptop, y la misma estaba también almacenada en su PDA o en su celular, el cambio se refleje allí también.

· Escritorio Inalámbrico: Bluetooth ofrece la posibilidad de eliminar todos los cables (excepto los de poder) que suelen invadir los escritorios, tanto en los hogares como en las oficinas.

 Problemas y Desventajas

Como todo, la tecnología Bluetooth, también presenta algunos problemas que solucionar. Los microchips no son baratos aún, se espera que dentro de unos años disminuyan los costos, de lo contrario, el objetivo de esta tecnología no sería alcanzado. Por su parte, la velocidad de transmisión, aunque considerable, pronto quedará empequeñecida por la capacidad de los móviles de tercera generación. Y a pesar de que los prototipos de dispositivos Bluetooth se reproducen rápidamente, no sucede lo mismo con los programas informáticos que deben regular su funcionamiento.

Además, el espectro de radiofrecuencia en el que opera no está abierto al público en todos los países. En lugares como Francia o España el uso del espectro está restringido y se requiere la aprobación explícita del gobierno para poder operar en la banda ISM.

La interoperabilidad, pilar sobre el que se sustenta Bluetooth, es uno de los factores que se someterán a tensiones en el largo plazo. Con miles de compañías diseñando productos y aplicaciones Bluetooth, será difícil mantenerlas a todas bajo el mismo manto.
Aun así, las desventajas son mínimas cuando se comparan con los beneficios de disfrutar de un mundo sin cables y con las flexibilidades que ofrecería un mundo interconectado de manera inalámbrica y sin altos costos de conexión.

Competencia de Bluetooth

Todas las tecnologías inalámbricas que usan la banda libre ISM de 2.4 Ghz están sujetas a interferencia, tanto de dispositivos inalámbricos de otro tipo, como de entes generadores de ondas en esa misma frecuencia como lo son los hornos microondas. Los creadores de Bluetooth idearon el estándar de manera que fuera robusto en situaciones de alto nivel de ruido y donde no se garantizara la claridad del canal.

La iniciativa Bluetooth ha tenido una cuidadosa planificación en cuanto a su consolidación como estándar, sin embargo ha llegado a un punto problemático. Debe lograr un balance entre funcionalidad y coexistencia con otras tecnologías contemporáneas que comparten su espacio de frecuencias. El hecho que hagan uso de los mismos métodos (Frequency Hopping) para trabajar en ambientes ruidosos, ha hecho que se interfieran entre sí.

En Marzo de 1998, se creó el grupo de estudio WPAN (Wireless Personal Area Networks) en la IEEE. Más tarde, en Mayo, se forma el grupo de interés especial (SIG) de Bluetooth. Un año después, en Mayo de 1999, el grupo de estudio WPAN pasa a ser IEEE 802.15, el grupo de trabajo WPAN.

Dentro del grupo IEEE 802.15, se ha iniciado un proyecto de estandarización llamado 802.15.2, el cual hace una recomendación general para la coexistencia dentro de las bandas no licenciadas. Este proyecto es, no obstante, sólo una recomendación, y queda por parte de los miembros de la industria la decisión de acatarla.

Las causas del problema radican en que las tecnologías en cuestión están ambas en constante desarrollo, y en un eminente peligro de extinción. La velocidad a la que se mueve el mercado de las tecnologías inalámbricas es increíble, y la competencia por ser el primero lleva a los desarrolladores a quitar importancia al problema de la coexistencia.

Aunque el grupo de trabajo de la IEEE siempre ha tenido como una de sus primeras metas, lograr que 802.15 y 802.11 puedan coexistir, en el mundo comercial se sigue un camino distinto. El Bluetooth SIG, aparte de intentar satisfacer las especificaciones de la IEEE, debe lograr un desarrollo rápido del estándar, por la presión que tiene de todas sus compañías patrocinantes. Puesto a que lograr una coexistencia con 802.11b es complicado y largo, por los diferentes modelos de capas de 802.11 y Bluetooth, se ha llegado a un punto en que los dispositivos que se encuentran actualmente en el mercado, interfieren entre sí fuertemente.

Lograr una coexistencia con 802.11b es complicado y largo, por los diferentes modelos de capas de 802.11 y Bluetooth. Debido al acelerado proceso de desarrollo de Bluetooth, se ha llegado a un punto en que los dispositivos que se encuentran actualmente en el mercado interfieren los unos con los otros hasta el punto de su inutilización.

Ya que los intereses en pro de la coexistencia no son los más poderosos, una compañía llamada Mobilian ha surgido para dedicarse exclusivamente al desarrollo de una solución híbrida, llamada TrueRadio. TrueRadio permitirá la operación, en una mismo sistema integrado, de 802.11b y Bluetooth, sin degradar el desempeño.

TrueRadio promete un perfecto desempeño ya que implementa una solución a nivel del sistema, la cual es del tipo más costoso de desarrollar.

Otros enfoques para resolver el problema como lo son las soluciones al nivel de silicón (los circuitos integrados), o al nivel de software (conmutación a nivel del manejador) ofrecen tiempos más cortos de implementación y costos menores de ejecución, pero solo una fracción del desempeño y la compatibilidad de una solución a nivel del sistema.

Para saber el desenlace del problema que presenta la sobre posición de los WLANs y WPANs , debemos esperar para ver si prevalece la IEEE, Mobilian o el Bluetooth SIG. El grupo que tome las decisiones más rápidas y acertadas será el ganador de la disputa, al menos que se llegue a la solución utópica de una cooperación entre las tres.

Aunque los dispositivos Bluetooth lidian constantemente por el espectro de frecuencias con los dispositivos de WLANs como 802.11 y HomeRF, éstas dos tecnologías no están dirigidas a los mismos mercados. Otra tecnología que comparte algunos casos de uso con Bluetooth es IrDA, un estándar para comunicaciones vía infrarroja entre dispositivos.

Hay varias cosas que IrDA puede hacer mejor de Bluetooth. Por ejemplo IrDA, en su versión actual, puede sostener tasas de transferencia de 4 Mbps y 16 Mbps en un futuro cercano, mientras que Bluetooth debe conformarse con 720Kbps y la promesa de 2Mbps o 10Mbps una vez que comience el desarrollo de las revisiones del estándar. Hay ciertas características de IrDA que contrastan fuertemente con las ofrecidas por Bluetooth:

· La seguridad de IrDA se basa en la direccionalidad del rayo de luz infrarrojo, mientras que Bluetooth fija un sistema de seguridad en la capa "Baseband" o banda base.
· IrDA requiere línea de vista entre dispositivos, mientras que Bluetooth permite operación a través de objetos no metálicos.
· IrDA es más popular entre los dispositivos inalámbricos actuales y es compatible con revisiones anteriores.
· Bluetooth se presta mejor para servicios de acceso a red y de "Dial Up" y otros casos en que el usuario puede estarse moviendo.
· Bluetooth es mejor para la difusión (Broadcast) de información.

Una conclusión general, es que ambas tecnologías se complementan y tienen nichos de uso distintos.

Aplicación de Bluetooth

El futuro de Bluetooth está fuertemente cargado por expectativas de las 2000 compañías pertenecientes al Bluetooth SIG. Cada desarrollador ha colaborado en la visión conjunta que se tiene para la tecnología, y los casos de uso que están planeados son altamente diversos.

Por el lado de la IEEE, se espera que Bluetooth conforme a la norma 802.15.2 de coexistencia con las redes WLAN y que surjan versiones de alta y baja velocidad, para aplicaciones de multimedia y de dispositivos de baja complejidad respectivamente. Al crearse estos estándares, se ampliarían aún más las posibilidades para el uso de Bluetooth, por ejemplo, para el modelo de baja velocidad y baja complejidad (802.15 TG 4) se esperan las siguiente aplicaciones:

· Sensores
· Juguetes interactivos
· Carnets inteligentes
· Controles remotos
· Dispositivos par ala automatización del hogar

En general, dispositivos que deben tener un alto grado de simplicidad, bajo costo, bajos requerimientos de tasa de transferencia y que deben mantener una vida de batería de varios meses o varios años.

Por el otro lado, los dispositivos de alto desempeño, cuyo estándar está siendo desarrollado por el grupo IEEE 802.15 TG 3, definirán un nuevo nivel de alto rendimiento y bajo consumo eléctrico en aplicaciones de procesamiento de imágenes digitales y en el campo de multimedia.

Por el lado del Bluetooth SIG y sus compañías patrocinantes se ha creado ya una buena cantidad de soluciones propuestas y han implementado una buena cantidad de escenarios de prueba, algunos de los más interesantes los explicaremos a continuación:

· Automatización Hotelera: la cadena de hoteles Holiday Inn, Axis Communications AB y Registry Magic han juntado sus esfuerzos para convertir el Holiday Inn de Wall Street en el primer hotel en prestar servicios inalámbricos . La tecnología permitirá a los huéspedes hacer su "check-in" y "check-out", entrar a sus habitaciones, utilizar Internet, recibir mensajes de voz, y pagar comidas en el restaurante del hotel.
Paralelamente, hay iniciativas como la de la compañía i-Wap para simplificar tareas de la administración hotelera, como por ejemplo el monitoreo de consumo de mini-bar, y el manejo de órdenes de "Room-Service".
Todavía está por verse el impacto que pueda tener Bluetooth sobre la operación hotelera y si podrá influir positivamente en el TCO y en la captación de nuevos clientes. Sin embargo se trata de una tecnología que muy fácilmente puede significar un punto clave en la historia de esta industria si se juegan correctamente las cartas.

· Acceso a Internet en aeropuertos: muchos ejecutivos que viajan regularmente se ven cada vez más en necesidad de tener acceso continuo a su correo electrónico y al Web. Hasta ahora la solución adoptada por muchos suele ser una llamada telefónica a un número de acceso de su proveedor o una complicada y costosa conexión a través de un teléfono celular. Actualmente, compañías como American Airlines y TWA están implementando el servicio de Internet Inalámbrico en sus salas de espera de primera clase. A pesar de los esfuerzos de ambas compañías, han encontrado un gran número de obstáculos para la implantación del servicio. El hecho que principalmente ha retardado la implantación de Bluetooth dentro de ésta área es que se trata de una tecnología en vías de desarrollo. Adicionalmente las operadoras de los aeropuertos y las compañías de telefonía de larga distancia, al ver sus intereses en peligro, han comenzado a dificultar deliberadamente la entrada de las WPANs en las instalaciones de los aeropuertos.

· Acceso a información en trenes: BT Syncordia y Midland Mainline han comenzado pruebas para verificar la factibilidad de utilizar intranets basados en Bluetooth dentro de sus vagones. Dentro de los trenes, los usuarios tendrán acceso a ciertas páginas Web de noticias obtenidas con antelación y almacenadas en un "Cache" del tren. Posiblemente se contempla la posibilidad de que los pasajeros adquieran sus tickets a través de este medio. Una conexión "en vivo" en los trenes haría mucho más interesante la implantación de ésta propuesta.

· Uso de dispositivos Bluetooth para optimizar operaciones industriales: ABB, una compañía de investigación corporativa y ha comprobado el impacto que tiene el colocar la tecnología Bluetooth dentro de un escenario industrial. ABB midió el desempeño de una solución basada en Bluetooth en el escenario de la fábrica Varöbruk Chemical Pulp. Luego del estudio se concluyó que aunque las condiciones de un ambiente industrial son muy fuertes sobre los equipos Bluetooth

· Uso de dispositivos BLIP : Ericsson, compañía creadora del movimiento Bluetooth, ha lanzado un nuevo concepto para empujar la utilización de dispositivos de ésta tecnología en la calle, como manera de fomentar su uso para fines comerciales y alimentar su desarrollo. La unidad Blip, que contiene un pequeño sistema corriendo una versión especial de Linux, permite montar aplicaciones interactivas de entretenimiento e información en establecimientos comerciales y lugares públicos

Conclusiones

Como toda nueva tecnología, vemos que Bluetooth está pasando por las etapas tradicionales de pruebas, conflictos y correcciones. Una importante ventaja en el caso de Bluetooth, es la fuerza de más de 2000 empresas que integran el SIG, las cuales dan aportes importantes tanto en los campos técnicos, como en los campos de mercadeo y publicidad. El haber tomado en cuenta los problemas de otras tecnologías similares, al momento de planificar el desarrollo del estándar, ha sido muy provechoso, ya que se ha logrado minimizar las dificultades habituales.

El estándar Bluetooth tiene por detrás una fuerte maquinaria creativa y una clara visión de futuro, requerimientos mínimos de todo movimiento exitoso. Aunque siempre hay puntos dispares en el camino, como los problemas de interferencia con otras tecnologías, siempre ha sido posible encontrar acuerdos de cooperación.

Para el nicho de mercado que persigue la tecnología Bluetooth vemos una buena posibilidad de que en algunos años se incorpore transparentemente a nuestra vida diaria, tal como lo hicieron el teléfono, la televisión, la computadora y el Internet.

Fuente: www.helpy.com.ar