CAPITULO I: ESTADO DEL ARTE
1.1 Orígenes 6
1.2 Bluetooth SIG 6
1.3 Una realidad futurista 7
1.4 Bluetooth...Una forma diferente de conectarse al mundo. 8
1.5 La necesidad del Estándar 8
1.6 Una conformidad necesaria 9
CAPITULO II: CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA
2.1 Que es Bluetooth 11
2.2 Especificaciones 11
2.2.1 Funcionamiento del Estándar 11
2.2.2 La Tecnología 14
2.2.3 Arquitectura del Hardware 15
2.2.4 Arquitectura del Software 16
2.3 Redes Bluetooth 2.3.1 Piconets
2.3.2 Estableciendo conexión 2.3.3 Scatternet
2.3.4 Comunicación Inter-piconet
17 18 19 20 21
2.4 Transmisión 22
2.6 Seguridad y Corrección de errores 2.7 La interfase aérea Bluetooth 2.7.1 Banda de Frecuencia libre 2.7.2 Salto de frecuencia 2.7.3 Definición de canal 2.7.4 Definición de paquete 2.7.5 Definición del enlace físico 2.7.6 Inmunidad a las interferencias
24 24 25 25 26 27 28 29
2.8 Problemas y desventajas 29
2.9 Competencia de Bluetooth 2.10 IrDA versus Bluetooth 2.10.1 ¿Qué es IrDA?
2.10.2 ¿Que es Bluetooth?
2.10.3 Aplicaciones IrDA y Bluetooth sobrepuestas 2.10.4 Acceso a LAN
2.10.5 Dial-up y aplicaciones de voz 2.10.6 Aspectos de seguridad
2.10.7 RF e IrDA:costos de implementación 2.11 Prevención frente a las interferencias
2.11.1 El bloqueo del receptor del Bluetooth por el transmisor del teléfono celular
30 33 34 36 37 40 41 42 43 45
45
CAPITULO III. DESARROLLO DE BLUETOOTH
3.1 Tendencias 48
3.2 Modelos de Uso 48
3.3 Aplicaciones de Bluetooth 3.4 WANs, LANs y PANs
3.4.1 802.11 para LAN inalámbricas 3.4.2 Bluetooth para PANs inalámbricas
3.4.3 Tecnologías inalámbricas complementarias 3.4.4 ¿Por qué facciones separadas?
49 57 59 60 60 63
3.5 Productos 65
CAPITULO IV. APLICACIONES
4.1 Usos y aplicaciones 66
4.2 Lista de aplicaciones
CAPITULO V. CONCLUSIONES
5.1 Bluetooth ¿Qué futuro le aguarda?
GLOSARIO
66
69
73
REFERENCIAS 80
“TECNOLOGÍA BLUETOOTH”
Tesis para obtener el grado de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica.
PRESENTA:
C. SERGIO ALBERTO GONZALEZ VERGARA
MÉXICO DF, AGOSTO DE 2008.
Asesor: M. en C. José Efrén Pérez Carmona
INTRODUCCIÓN
La inquietud de empresas de informática y de telecomunicaciones por desarrollar una interface abierta y de bajo costo para facilitar la comunicación entre dispositivos sin la utilización de cables, aprovechando la movilidad de los dispositivos inalámbricos, dio como resultado una iniciativa cuyo nombre clave fue "Bluetooth".
¿Por qué este nombre tan raro? Los nombres en clave que se dan a los proyectos secretos siempre tienen alguna relación con el mismo. Si nos imaginamos el gran problema que surge cuando se empiezan a conectar periféricos a un ordenador, o cuando conectamos otros dispositivos electrónicos en el hogar (el vídeo con el televisor y con la cadena de música y con el PC), con una maraña de cables que se hace difícil de controlar, entonces nos ponemos a pensar en lo fácil que sería si todas estas conexiones se hicieran utilizando otros medios distintos a los cables físicos, como pueden ser los infrarrojos, la radio o las microondas.
Pues bien, esto ya se le ha ocurrido a mucha gente y los resultados están en el mercado;
pero ahora surge otro problema y es que son muchos los estándares y las tecnologías que existen, incompatibles entre sí, con lo cual el problema inicial de la maraña de cables queda sin solucionar, a menos que tengamos numerosos receptores y emisores, perfectamente instalados, pero como cada uno necesita su alimentación, estamos en las mismas, a menos que tengamos un dispositivo universal, válido para la conexión de todo tipo de periféricos, y que funcione de manera transparente para el usuario.
Explicamos el porqué del nombre. La razón es que en el siglo X el rey Harald II de Dinamarca, apodado "diente azul" (Bluetooth) a causa de una enfermedad que le daba esta coloración a su dentadura, reunificó bajo su reinado numerosos pequeños reinos que existían en Dinamarca y Noruega y que funcionaban con reglas distintas, lo mismo que hace la tecnología Bluetooth, promovida por Ericsson (Suecia) y Nokia (Finlandia), dos países escandinavos.
Bluetooth es una especificación para la industria de la Informática y Telecomunicaciones que describe como se pueden interconectar dispositivos como teléfonos celulares, Asistentes Personales Digitales (o sus siglas en Inglés PDA), ordenadores (y muchos otros dispositivos) ya sea en el hogar, en la oficina, en el automóvil, etc. utilizando una conexión inalámbrica de corto alcance, que no necesita de visión directa entre los dispositivos que se conectan.
Frente a otras tecnologías en uso, como es la de infrarrojos promovida por la IrDA (Infrared Data Association) o DECT, Bluetooth cuenta con el apoyo de la industria de Informática y de Telecomunicaciones, lo que en cierta medida garantiza su éxito. Aunque hay un alto número de fabricantes que incorporan el interface IrDA en sus teléfonos, incluidos Ericsson, Motorola y Nokia, su uso resulta frustrante para muchos usuarios que tratan sin éxito descargar información desde sus PC o PDAs hasta sus teléfonos móviles, o viceversa. Los dispositivos que incorporan Bluetooth se reconocen y se hablan de la misma forma que lo hace un ordenador con su impresora; el canal permanece abierto y no requiere la intervención directa y constante del usuario cada vez que se quiere enviar algo.
El bajo precio que se espera alcancen estos productos (en torno a 5 dólares, frente a los 20 o 30 actuales), hará que su inclusión en cualquier dispositivo suponga un bajo costo para el fabricante y el usuario, dando algunas estimaciones una cifra superior a los 1.000 millones de unidades en el año 2005.
Esta especificación surgió, a principio de 1998, de la colaboración de varias empresas líderes de la industria de las TIC: Ericsson, Nokia, Intel, IBM, Toshiba, Motorola y, más tarde, 3Com (Palm), que constituyeron el SIG (Special Interest Group), al que actualmente ya pertenecen mas de 1.600 empresas, que han adoptado esta tecnología para desarrollarla con sus propios productos, que empezaron a salir al mercado a finales del año 2000. Cada nueva compañía miembro del SIG recibe de las otras una licencia para implantar la especificación 1.0, libre de royalties.
Bluetooth es una tecnología utilizada para conectividad inalámbrica de corto alcance entre dispositivos tales como PDAs (Personal Digital Assistance), teléfonos celulares, teclados, máquinas de fax, computadoras de escritorio y portátiles, módems, proyectores, impresoras, etc. El principal mercado es la transferencia de datos y voz entre dispositivos y computadoras personales. El enfoque de Bluetooth es similar a la tecnología de infrarrojo conocida como IrDA (Infrared Data Association). Sin embargo, Bluetooth, es una tecnología de radiofrecuencia (RF) que utiliza la banda de espectro disperso de 2.4 GHz.
Muchas veces también se le confunde con el estándar IEEE 802.11, otra tecnología de RF de corto alcance. IEEE 802.11 ofrece más caudal eficaz pero necesita más potencia de transmisión y ofrece menos opciones de conectividad que Bluetooth para el caso de aplicaciones de voz.
Bluetooth intenta proveer significantes ventajas sobre otras tecnologías inalámbricas similares tales como IrDA, IEEE 802.11 y HomeRF, claros competidores en conexiones PC a periféricos. IrDA es una tecnología muy popular para conectar periféricos, pero es limitada severamente a conexiones de cortas distancias en rangos de un metro por la línea de vista requerida para la comunicación. Debido a que Bluetooth funciona con RF no está sujeto a tales limitaciones. Las distancia de conexión en Bluetooth puede ser de hasta 10 metros o más dependiendo del incremento de la potencia del transmisor, pero los dispositivos no necesitan estar en línea de vista ya que las señales de RF pueden atravesar paredes y otros objetos no metálicos sin ningún problema.
Bluetooth puede ser usado para aplicaciones en redes residenciales o en pequeñas oficinas, ambientes que son conocidos como WPANs (Wireless Personal Area Network).
Una de las ventajas de las tecnologías inalámbricas es que evitan el problema de alambrar las paredes de las casas u oficinas.
CAPITULO I. ESTADO DEL ARTE.
Bluetooth es una de las tecnologías que definen el siglo XXI, el movimiento Bluetooth empezó en 1994, en Suecia, en una ciudad universitaria llamada Lund, en la cual, uno de sus inventores llamado Jaap Haartsen afirma que todo fue por pura casualidad. La Tecnología Inalámbrica Bluetooth es una especificación mundial para elementos de pequeño tamaño y costo bajo de comunicación, que provee de enlaces entre computadoras móviles, teléfonos móviles y otros dispositivos manuales que se puedan transportar y conectar a Internet. La especificación está desarrollada, publicada y promovida por el SIG (Grupos de Interés Especial).
Bluetooth usa una onda corta, siempre en señal de radio que permite que todos los tipos de dispositivos se puedan comunicar entre si a una distancia alrededor de 30 pies. De acuerdo a los desarrolladores, los teléfonos celulares, impresores, laptops y otros productos, todos pueden interconectarse sin cables.
Esta tecnología es única en cuanto a la cantidad de aplicaciones que puede tener, los enlaces pueden ser de diversas formas, ya sea simultáneamente por grupos de productos o entre productos individuales a Internet. Esta flexibilidad, combinada con estrictos requerimientos de interoperabilidad, ha permitido servir de soporte a la Tecnología Inalámbrica Bluetooth desde una amplia gama de segmentos comerciales incluyendo los fabricantes de software, cámaras, computadoras móviles, carros, equipos electrónicos y de prueba y medida.
Hay distintas controversias en cuanto al papel que desempeña esta tecnología en la vida de las personas, sobretodo por saber si estamos realmente preparados para este tipo de adelanto, si realmente se da una relación costo-beneficio, o si realmente se empezará a ver los frutos de esta tecnología en unas décadas más adelante.
Es la norma que define un standard global de comunicación inalámbrica, que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia. Los principales objetivos que se pretende conseguir con esta norma son:
• Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.
• Eliminar cables y conectores entre éstos.
• Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre nuestros equipos personales
La tecnología Bluetooth comprende hardware, software y requerimientos de interoperatibilidad, por lo que para su desarrollo ha sido necesaria la participación de los principales fabricantes de los sectores de las telecomunicaciones y la informática, tales como: Ericsson, Nokia, Toshiba, IBM, Intel y otros. Posteriormente se han ido incorporando muchas más compañías, y se prevé que próximamente los hagan también empresas de sectores tan variados como: automatización industrial, maquinaria, ocio y entretenimiento, fabricantes de juguetes, electrodomésticos, etc., con lo que en poco tiempo se nos presentará un panorama de total conectividad de nuestros aparatos tanto en casa como en el trabajo.
Usos de Bluetooth
1.1 Orígenes
La versión 1.0 de la especificación Bluetooth fue liberada en 1999, pero el desarrollo de esta tecnología empezó realmente años atrás, en 1994, cuando la compañía Ericsson (http://www.ericsson.com/) empezó a estudiar alternativas para comunicar los teléfonos celulares con otros dispositivos. El estudio demostró que el uso de enlaces de radio seria el más adecuado, ya que no es directivo y no necesita línea de vista; eran tan obvias estas ventajas con respecto a los enlaces vía infrarrojo que son utilizados para conectar dispositivos y teléfonos celulares.
Existían muchos requerimientos para el estudio, los cuales incluían la manipulación tanto de voz como de datos, de tal manera se podrían conectar teléfonos a dispositivos de cómputo. Así es como nace la especificación de la tecnología inalámbrica conocida como Bluetooth. El origen del nombre de esta tecnología proviene de un Vikingo de origen Danés Harald Blatand (Bluetooth) quien en el siglo décimo unificó Dinamarca y Noruega.
El nombre fue adoptado por Ericsson, quien espera que Bluetooth unifique las telecomunicaciones y la industria del cómputo.
1.2 Bluetooth SIG
El Bluetooth SIG (Special Interest Group, http://www.bluetooth.com/) es un grupo de compañías trabajando juntas para promover y definir la especificación Bluetooth.
Bluetooth SIG fue fundado en Febrero de 1998 por las siguientes compañías: Ericsson, Intel, IBM, Toshiba y Nokia. En Mayo de 1998, se anuncia públicamente el Bluetooh SIG y se invita a otras compañías para que se unan a éste.
Fue en julio de 1999 cuando el SIG publica la versión 1.0 de la especificación de Bluetooth.
En diciembre de 1999, se unen otras compañías tales como Microsoft, Lucent, 3com y Motorola.
1.3 Una realidad futurista
La tecnología Bluetooth es el resultado de la unión de esfuerzos y logros de nueve compañías líderes de la industria de telecomunicaciones e informática (3Com, Ericsson, Intel, IBM, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia y Toshiba). Más de 1,300 fabricantes, procedentes de todo el mundo y de diferentes áreas de negocio, se han unido actualmente a la familia Bluetooth. Esto ha posibilitado que dicha tecnología sea el prototipo industrial que mayor y más rápido crecimiento haya experimentado jamás. Se cree que antes del 2002, la tecnología Bluetooth será incorporada en cientos de millones de dispositivos electrónicos.
El estándar podría consolidarse de forma generalizada si consigue superar uno de sus principales inconvenientes, su comercialización. Es decir, hasta ahora, el acoplamiento de los aparatos tecnológicos tanto en su aspecto puramente estético como en términos de facilidad de uso, representa un obstáculo para su comercialización a gran escala.
Otro de los problemas que enfrenta es que algunos fabricantes han retrasado su adquisición de productos disponibles en el mercado. Al parecer, su optimismo les impidió ser objetivos en cuanto al tiempo que tardarían en desarrollar los productos y sus costes.
A pesar de todo, ya se están realizando los primeros ensayos en centros públicos, como hoteles, áreas comerciales y aeropuertos. Algunos pasajeros ya pueden acceder a Internet desde las salas de espera de ciertas compañías aéreas y, posteriormente, abonar sus facturas, registrarse e incluso, abrir la puerta de su habitación de hotel utilizando un PDA.
El estándar también encuentra posibilidades en la industria del automóvil, en medicina (eliminando la complejidad de cables que suelen conectase a los enfermos), como mando a distancia universal, para conectar electrodomésticos o cámaras de seguridad, para pagos en hipermercados... Y un inmenso etcétera. Sólo hay que echarle un poco de imaginación.
1.4 Bluetooth... una forma diferente de conectarse al mundo.
Sobre Bluetooth y su tecnología hay que tener en cuenta los siguientes elementos: elimina los cables y las conexiones entre los dispositivos móviles y los fijos. Facilita la transmisión y la recepción de comunicación de datos y de voz. Ofrece la posibilidad de conexión remota como si de una red se tratase, y permite una sincronía integral entre cualquier tipo de dispositivo.
Bluetooth es una tecnología, y por lo tanto integra, aúna y soporta elementos tan dispares como necesarios: hardware, software y determinados requerimientos de interoperabilidad.
Una tecnología necesaria para poder permitir la interrelación de las nuevas tecnologías emergentes con el mundo de Internet. Bluetooth es mucho más que una tecnología avanzada para dispositivos móviles. Es la integración de las comunicaciones más allá de un soporte físico predeterminado, y un intento por facilitar el acceso móvil desde cualquier parte de mundo.
El desarrollo de las tecnologías hasta hace un par de años había experimentado un auge considerable en el entorno de las plataformas fijas. Velocidad, integración, soporte...
Sin embargo, el advenimiento de la telefonía móvil, su desarrollo y ulterior despegue plenipotenciario permitieron comprender las posibilidades que este tipo de dispositivos podría permitir de cara a un uso intensivo de las comunicaciones más allá de los soportes tradicionales.
1.5 La necesidad de un estándar.
Cuando se pretende crear un estándar, son demasiadas las cosas que hay que tener en cuenta. Y para ello, Bluetooth creó en su día The SIG, como elemento de trabajo cooperativo que garantizara y velara por el trabajo a favor de esta especificación tecnológica, con el fin de promover una completa interoperabilidad entre las empresas participantes, entre los elementos integrados resultantes, y todo ello al objeto de conseguir una tecnología propia pero manteniendo el mismo interés común.
El modelo de "empleo" o de "uso" de esta tecnología es sobradamente conocido. Sin embargo el problema estriba en el solapamiento de la funcionalidad de cada uno de los dispositivos. Una solución a conjunta a elementos individuales.
Pero a partir de un desarrollo basado en el estudio de perfiles, con el fin de reducir el número de opciones y establecer una serie de parámetros que se erigen como la base de trabajo, y que también establecen los procedimientos a tener en cuenta para los futuros estándares tecnológicos.
La experiencia común del usuario es algo que ya está definido. Un ejemplo de esto es que un mouse para PC no necesita establecer una comunicación con unos auriculares, y sin embargo existen multitud de diferentes modelos en el mercado. En definitiva, se busca la relatividad pero no la interdependencia. Ha de haber coexistencia de tecnología, pero ninguna de ellas debe de anular a alguna de las otras.
El perfil se convierte en una parte esencial de la SIG, puesto que todos los dispositivos han de ser comprobados y certificados en función de no sólo un perfil, sino de cientos de ellos.
De modo que el resultante obtenido garantice una certificación completa de todos los elementos y requerimientos técnicos.
Aún así, el número de perfiles sigue aumentando cuanta más alta es la participación de empresas en este proyecto, y mayor es el número de dispositivos que se pretenden interconectar.
1.6 Una conformidad necesaria
Bluetooth es un largo proceso de búsqueda orientado a establecer la forma y el modo en que habrán de trabajar los dispositivos móviles y que, en principio, fue definido en la primera versión de las especificaciones del sistema. Unas especificaciones que afectan al proceso de trabajo de las empresas de telecomunicaciones y de computadoras.
Por el momento se han establecido tres fases de trabajo que atañen a los siguientes conceptos:
Un puente a Internet, de modo que se permita un constante acceso a los contenidos y a los servicios de la red. Pero que se caracterice por reducir los tiempos de acceso, gracias a un ancho de banda que ha de ser mayor en los dispositivos de este tipo, y que se ha estado demostrando con el aumento creciente de las velocidades para este tipo de terminales.
Así, la tecnología Bluetooth permitiría una navegación en Internet sin la necesidad de cables o de periféricos. Desde cualquier punto del globo (esto podría implicar un esfuerzo notable por parte de las empresas de telecomunicaciones para erradicar los puntos negros o ciegos de recepción de la señal).
Una navegación que se podrá realizar bien desde un terminal portátil o un handheld, como desde un teléfono celular que incorpore esta tecnología. Implica también la conexión punto a punto pero eliminando las trabas actuales de los cables.
Una renovación completa de dispositivos auriculares, al objeto de permitir tanto una mejor recepción de la señal, o la interactuación con los terminales, aunque estos se
encuentren en un maletín. La idea es la de poder disponer de una oficina móvil en cualquier parte en la que se encuentre el individuo. Implícitamente, se necesita de una sincronía automática de los elementos tradicionales de la oficina (calendarios, libretas de direcciones, agendas electrónicas...), y interoperabilidad constante entre ellos. El elemento más a tener en cuenta es la actualización de todos estos elementos desde y hacia cualquier dispositivo que se esté utilizando, y en cualquier dirección (bien desde el dispositivo móvil hacia el PC, como en un proceso inverso). La tecnología infrarroja también estaría suplida por Bluetooth.
CAPITULO II. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA.
2.1 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.
2.2 ESPECIFICACIONES
2.2.1 El funcionamiento del estándar
Cada dispositivo Bluetooth está equipado con un microchip (tranceiver) que transmite y recibe en la frecuencia de 2.45 GHz (2,402 hasta 2,480 en saltos de 1 MHz) que esta disponible en todo el mundo (con algunas variaciones de ancho de banda en diferentes
países, como pasa en España, Francia y Japón) y que no necesita licencia. Además de los canales de datos, están disponibles tres canales de voz a 64 kbit/s. Cada dispositivo tiene una dirección única de 48 bits, basada en el estándar IEEE 802.11 para LAN inalámbrica, que le permite formar, temporalmente, parte de una piconet. Las conexiones son uno a uno con un rango máximo de 10 metros, aunque utilizando amplificadores se puede llegar hasta los 100 metros, aunque se introduce alguna distorsión.
Los datos se pueden intercambiar a velocidades de hasta 1 Mbit/s. Un esquema de
"frequency hop" (saltos de frecuencia aleatorios) permite a los dispositivos comunicarse inclusive en áreas donde existe una gran interferencia electromagnética; además de que se provee de mecanismos de encriptación (con longitud de la clave de hasta 64 bits) y autenticación, para controlar la conexión y evitar que cualquier dispositivo, no autorizado, pueda acceder a los datos o modificarlos. El manejo de la clave se hace a nivel de la capa de aplicación.
Bluetooth se ha diseñado para operar en un ambiente multi-usuario. Los dispositivos pueden habilitarse para comunicarse entre sí e intercambiar datos de una forma transparente al usuario. Hasta ocho usuarios o dispositivos pueden formar una "piconet" y hasta diez "piconets" pueden co-existir en la misma área de cobertura. Dado que cada enlace es codificado y protegido contra interferencia y pérdida de enlace, Bluetooth puede considerarse como una red inalámbrica de corto alcance muy segura.
En cuanto a interferencias con otros dispositivos, hay que tener cuidado con los que operan en la misma banda. Por ejemplo, lo mismo que está prohibido el uso de teléfonos móviles en los aviones, se puede prohibir el uso de cualquier otro dispositivo que incorpore un chip Bluetooth, ya que podría interferir con los elemento de navegación, pero esto es más complicado puesto que ha sido diseñado para mantener una comunicación continua, incluso en movimiento, y dentro de maletines, no percibiéndose el usuario (por descuido) ni la tripulación de la nave, de que se está utilizando.
Especificaciones:
• Banda de Frecuencia: 2.4 GHz (Banda ISM)
• Potencia del transmisor: 1 mW para un alcance de 10 m, 100 mW para un alcance de hasta 100 m.
• Tecnología: Espectro Expandido y Saltos en Frecuencia (FHSS)
• Canales máximos de voz: 3 por piconet
• Canales máximos de datos: 7 por piconet
• Velocidad de datos: hasta 721 kbit/s por piconet
• Rango esperado del sistema: 10 metros (40 pies)
• Número de dispositivos: 8 por piconet y hasta 10 piconets
• Alimentación: 2,7 voltios
• Consumo de potencia: desde 30 uA a 30 mA transmitiendo
• Tamaño del Módulo: 0.5 pulgadas cuadradas (9x9 mm)
• Interferencia: Bluetooth minimiza la interferencia potencial al emplear saltos rápidos en frecuencia÷1600 veces por segundo
El protocolo bandabase que utiliza Bluetooth combina las técnicas de conmutación de circuitos y de paquetes y para asegurar que los paquetes llegan en orden. La velocidad para un canal asimétrico de datos puede llegar a 721 kbit/s en un sentido y 57,6 kbit/s en el otro, o 432, 6 kbit/s en ambos sentidos si el enlace es simétrico.
Un aspecto muy importante, dado lo reducido chip, ya que va a ir incorporado en dispositivos portátiles y alimentado con baterías, es que tenga un consumo de potencia muy reducido (hasta un 97% menos que un teléfono móvil). Si los dispositivos Bluetooth no intercambian datos, entonces establecen el modo de "espera" para ahorrar energía, quedando a la escucha de mensajes.
2.2.2 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.
2.2.3 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.(figura 2.2.3)
Fig. 2.2.3 Arquitectura de Hardware
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.
2.2.4 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).(Figura 2.2.4)
Fig. 2.2.4 Arquitectura de Software
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.
2.3 Redes Bluetooth
La topología de las redes Bluetooth puede ser punto-a-punto o punto-a-multipunto.
(Figura 2.3)
Fig.2.3 Red Piconet Bluetooth
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.
2.3.1 Piconets
Si un equipo se encuentra dentro del radio de cobertura de otro, éstos pueden establecer conexión entre ellos. En principio sólo son necesarias un par de unidades con las mismas características de hardware para establecer un enlace. Dos o más unidades Bluetooth que comparten un mismo canal forman una piconet. Para regular el tráfico en el canal, una de las unidades participantes se convertirá en maestra, pero por definición, la unidad que establece la piconet asume éste papel y todos los demás serán esclavos. Los participantes podrían intercambiar los papeles si una unidad esclava quisiera asumir el papel de maestra. Sin embargo sólo puede haber un maestro en la piconet al mismo tiempo.
Cada unidad de la piconet utiliza su identidad maestra y reloj nativo para seguir en el canal de salto. Cuando se establece la conexión, se añade un ajuste de reloj a la própia frecuencia de reloj nativa de la unidad esclava para poder sincronizarse con el reloj nativo del maestro. El reloj nativo mantiene siempre constante su frecuencia, sin embargo los ajustes producidos por las unidades esclavas para sincronizarse con el maestro, sólo son válidos mientras dura la conexión.
Como ya hemos comentado, las unidades maestras controlan en tráfico del canal, por lo que estas tienen la capacidad para reservar slots en los enlaces SCO. Para los enlaces ACL,
se utiliza un esquema de sondeo. A una esclava sólo se le permite enviar un slot a un maestro cuando ésta se ha dirigido por su dirección MAC (medio de control de acceso) en el procedimiento de slot maestro-esclavo.
Éste tipo de slot implica un sondeo por parte del esclavo, por lo que, en un tráfico normal de paquetes, este es enviado a una urna del esclavo automáticamente. Si la información del esclavo no está disponible, el maestro puede utilizar un paquete de sondeo para sondear al esclavo explícitamente.
Los paquetes de sondeo consisten únicamente en uno de acceso y otro de cabecera. Éste esquema de sondeo central elimina las colisiones entre las transmisiones de los esclavos.
2.3.2 Estableciendo conexión.
De un conjunto total de 79 (23) portadoras del salto, un subconjunto de 32(16) portadoras activas han sido definidas. El subconjunto, que es seleccionado pseudo-aleatóriamente, se define por una única identidad.
Acerca de la secuencia de activación de las portadoras, se establece que, cada una de ellas visitará cada salto de portadora una sola vez, con una longitud de la secuencia de 32 (16) saltos. En cada uno de los 2.048 (1.028) saltos, las unidades que se encuentran en modo standby (en espera) mueven sus saltos de portadora siguiendo la secuencia de las unidades activas. El reloj de la unidad activa siempre determina la secuencia de activación.
Durante la recepción de los intervalos, en los últimos 18 slots o 11,25 ms, las unidades escuchan una simple portadora de salto de activación y correlacionan las señales entrantes con el código de acceso derivado de su propia identidad. Si los triggers son correlativos, esto es, si la mayoría de los bits recibidos coinciden con el código de acceso, la unidad se auto-activa e invoca un procedimiento de ajuste de conexión. Sin embargo si estas señales no coinciden, la unidad vuelve al estado de reposo hasta el siguiente evento activo.
Para establecer la piconet, la unidad maestra debe conocer la identidad del resto de unidades que están en modo standby en su radio de cobertura. El maestro o aquella unidad que inicia la piconet transmite el código de acceso continuamente en periodos de 10 ms, que son recibidas por el resto de unidades que se encuentran en standby. El tren de 10 ms. de códigos de acceso de diferentes saltos de portadora, se transmite repetidamente hasta que el receptor responde o bien se excede el tiempo de respuesta.
Cuando una unidad emisora y una receptora seleccionan la misma portadora de salto, la receptora recibe el código de acceso y devuelve una confirmación de recibo de la señal, es entonces cuando la unidad emisora envía un paquete de datos que contiene su identidad y frecuencia de reloj actual. Después de que el receptor acepta éste paquete, ajustará su reloj para seleccionar el canal de salto correcto determinado por emisor. De éste modo se establece una piconet en la que la unidad emisora actúa como maestra y la receptora como esclava. Después de haber recibido los paquetes de datos con los códigos de acceso, la unidad maestra debe esperar un procedimiento de requerimiento por parte de las esclavas, diferente al proceso de activación, para poder seleccionar una unidad específica con la que comunicarse.
El número máximo de unidades que pueden participar activamente en una simple piconet es de 8, un maestro y siete esclavos, por lo que la dirección MCA del paquete de cabecera que se utiliza para distinguir a cada unidad dentro de la piconet, se limita a tres bits.
2.3.3 Scatternet
Los equipos que comparten un mismo canal sólo pueden utilizar una parte de su capacidad de este. Aunque los canales tienen un ancho de banda de un 1Mhz, cuantos más usuarios se incorporan a la piconet, disminuye la capacidad hasta unos 10 kbit/s más o menos. Teniendo en cuenta que el ancho de banda medio disponible es de unos 80 Mhz en Europa y USA (excepto en España y Francia), éste no puede ser utilizado eficazmente, cuando cada unidad ocupa una parte del mismo canal de salto de 1Mhz. Para poder
solucionar éste problema se adoptó una solución de la que nace el concepto de scatternet.
Las unidades que se encuentran en el mismo radio de cobertura pueden establecer potencialmente comunicaciones entre ellas. Sin embargo, sólo aquellas unidades que realmente quieran intercambiar información comparten un mismo canal creando la piconet. Éste hecho permite que se creen varias piconets en áreas de cobertura superpuestas. A un grupo de piconets se le llama scatternet. El rendimiento, en conjunto e individualmente de los usuarios de una scatternet es mayor que el que tiene cada usuario cuando participa en un mismo canal de 1 Mhz. Además, estadísticamente se obtienen ganancias por multiplexión y rechazo de canales salto. Debido a que individualmente cada piconet tiene un salto de frecuencia diferente, diferentes piconets pueden usar simultáneamente diferentes canales de salto.
Hemos de tener en cuenta que cuantas más piconets se añaden a la scatternet el rendimiento del sistema FH disminuye poco a poco, habiendo una reducción por termino medio del 10%. Sin embargo el rendimiento que finalmente se obtiene de múltiples piconets supera al de una simple piconet.
2.3.4 Comunicación inter-piconet
En un conjunto de varias piconets, éstas seleccionan diferentes saltos de frecuencia y están controladas por diferentes maestros, por lo que si un mismo canal de salto es compartido temporalmente por piconets independientes, los paquetes de datos podrán ser distinguidos por el código de acceso que les precede, que es único en cada piconet.
La sincronización de varias piconets no está permitida en la banda ISM. Sin embargo, las unidades pueden participar en diferentes piconets en base a un sistema TDM (división de tiempo múltiplexada). Esto es, una unidad participa secuencialmente en diferentes piconets, a condición de que ésta este sólo activa en una al mismo tiempo. Una unidad al incorporarse a una nueva piconet debe modificar el offset (ajuste interno) de su reloj para
minimizar la deriva entre su reloj nativo y el del, por lo que gracias a éste sistema se puede participar en varias piconets realizando cada vez los ajustes correspondientes una vez conocidos los diferentes parámetros de la piconet.
Cuando una unidad abandona una piconet, la esclava informa el maestro actual que ésta no estará disponible por un determinado periodo, que será en el que estará activa en otra piconet. Durante su ausencia, el tráfico en la piconet entre el maestro y otros esclavos continúa igualmente.
De la misma manera que una esclava puede cambiar de una piconet a otra, una maestra también lo puede hacer, con la diferencia de que el tráfico de la piconet se suspende hasta la vuelta de la unidad maestra. La maestra que entra en una nueva piconet, en principio, lo hace como esclava, a no ser que posteriormente ésta solicite actuar como maestra.
2.4 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.
2.5 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.
2.6 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.
2.7 La interfase aérea Bluetooth
El primer objetivo para los productos Bluetooth de primera generación eran los entornos de la gente de negocios que viaja frecuentemente. Por lo que se debería pensar en
integrar el chip de radio Bluetooth en equipos como: PCS portátiles, teléfonos móviles, PDAs y auriculares. Esto originaba una serie de cuestiones previas que deberían solucionarse tales como:
• El sistema debería operar en todo el mundo.
• El emisor de radio deberá consumir poca energía, ya que debe integrarse en equipos alimentados por baterías.
• La conexión deberá soportar voz y datos, y por lo tanto aplicaciones multimedia.
2.7.1 Banda de frecuencia libre
Para poder operar en todo el mundo es necesaria una banda de frecuencia abierta a cualquier sistema de radio independientemente del lugar del planeta donde nos encontremos. Sólo la banda ISM (médico-científica internacional) de 2,45 Ghz cumple con éste requisito, con rangos que van de los 2.400 Mhz a los 2.500 Mhz, y solo con algunas restricciones en países como Francia, España y Japón.
2.7.2 Salto de frecuencia
Debido a que la banda ISM está abierta a cualquiera, el sistema de radio Bluetooth deberá estar preparado para evitar las múltiples interferencias que se pudieran producir. Éstas pueden ser evitadas utilizando un sistema que busque una parte no utilizada del espectro o un sistema de salto de frecuencia. En los sistemas de radio Bluetooth se suele utilizar el método de salto de frecuencia debido a que ésta tecnología puede ser integrada en equipos de baja potencia y bajo coste. Éste sistema divide la banda de frecuencia en varios canales de salto, donde, los transceptores, durante la conexión van cambiando de uno a otro canal de salto de manera pseudo-aleatoria.
Con esto se consigue que el ancho de banda instantáneo sea muy pequeño y también una propagación efectiva sobre el total de ancho de banda. En conclusión, con el sistema FH
(Salto de frecuencia), se pueden conseguir transceptores de banda estrecha con una gran inmunidad a las interferencias.
2.7.3 Definición de canal
Bluetooth utiliza un sistema FH/TDD (salto de frecuencia/división de tiempo duplex), en el que el canal queda dividido en intervalos de 625 µs, llamados slots, donde cada salto de frecuencia es ocupado por un slot. Esto da lugar a una frecuencia de salto de 1600 veces por segundo, en la que un paquete de datos ocupa ocupar un slot para la emisión y otro para la recepción y que pueden ser usados alternativamente, dando lugar a un esquema de tipo TDD.
FIG. 2.7.3 Canal de uso de Bluetooth
Dos o más unidades Bluetooth pueden compartir el mismo canal dentro de una piconet, donde una unidad actúa como maestra, controlando el tráfico de datos en la piconet que se genera entre las demás unidades, donde estas actúan como esclavas, enviando y recibiendo señales hacia el maestro.
El salto de frecuencia del canal está determinado por la secuencia de la señal, es decir, el orden en que llegan los saltos y por la fase de ésta secuencia. En Bluetooth, la secuencia queda fijada por la identidad de la unidad maestra de la piconet (un código único para cada equipo), y por su frecuencia de reloj.
Por lo que, para que una unidad esclava pueda sincronizarse con una unidad maestra, ésta primera debe añadir un ajuste a su propio reloj nativo y así poder compartir la misma portadora de salto.
FIG. 2.7.3 b Sincronia del canal 1
En países donde la banda está abierta a 80 canales o más, espaciados todos ellos a 1 Mhz., se han definido 79 saltos de portadora, y en aquellos donde la banda es más estrecha se han definido 23 saltos.
2.7.4 Definición de paquete
La información que se intercambia entre dos unidades Bluetooth se realiza mediante un conjunto de slots que forman un paquete de datos. Cada paquete comienza con un código de acceso de 72 bits, que se deriva de la identidad maestra, seguido de un paquete de datos de cabecera de 54 bits. Éste contiene importante información de control, como tres bits de acceso de dirección, tipo de paquete, bits de control de flujo, bits para la retransmisión automática de la pregunta, y chequeo de errores de campos de cabeza.
Finalmente, el paquete que contiene la información, que puede seguir al de cabeza, tiene una longitud de 0 a 2745 bits. En cualquier caso, cada paquete que se intercambia en el canal está precedido por el código de acceso.
FIG.2.7.4 Definición de paquete
Los receptores de la piconet comparan las señales que reciben con el código de acceso, si éstas no coinciden, el paquete recibido no es considerado como válido en el canal y el resto de su contenido es ignorado.
2.7.5 Definición de enlace físico
En la especificación Bluetooth se han definido dos tipos de enlace que permitan soportar incluso aplicaciones multimedia:
• Enlace de sincronización de conexión orientada (SCO)
• Enlace asíncrono de baja conexión (ACL)
Los enlaces SCO soportan conexiones asimétricas, punto a punto, usadas normalmente en conexiones de voz, estos enlaces están definidos en el canal, reservándose dos slots consecutivos (envío y retorno) en intervalos fijos. Los enlaces ACL soportan conmutaciones punto a punto simétricas o asimétricas, típicamente usadas en la transmisión de datos.
Un conjunto de paquetes se han definido para cada tipo de enlace físico:
• Para los enlaces SCO, existen tres tipos de slot simple, cada uno con una portadora a una velocidad de 64 kbit/s. La transmisión de voz se realiza sin ningún mecanismo de protección, pero si el intervalo de las señales en el enlace SCO
disminuye, se puede seleccionar una velocidad de corrección de envio de 1/3 o 2/3.
• Para los enlaces ACL, se han definido el slot-1, slot-3, slot-5. Cualquiera de los datos pueden ser enviados protegidos o sin proteger con una velocidad de corrección de 2/3. La máxima velocidad de envío es de 721 kbit/s en una dirección y 57.6 kbit/s en la otra.
2.7.6 Inmunidad a las interferencias
Como se mencionó anteriormente Bluetooth opera en una banda de frecuencia que está sujeta a considerables interferencias, por lo que el sistema ha sido optimizado para evitar éstas interferencias. En este caso La técnica de salto de frecuencia es aplicada a una alta velocidad y una corta longitud de los paquetes (1600 saltos/segundo, para slots-simples).
Los paquetes de datos están protegido por un esquema ARQ (repetición automática de consulta), en el cual los paquetes perdidos son automáticamente retransmitidos, aun así, con este sistema, si un paquete de datos no llegase a su destino, sólo una pequeña parte de la información se perdería. La voz no se retransmite nunca, sin embargo, se utiliza un esquema de codificación muy robusto.
Éste esquema, que está basado en una modulación variable de declive delta (CSVD), que sigue la forma de la onda de audio y es muy resistente a los errores de bits. Éstos errores son percibidos como ruido de fondo, que se intensifica si los errores aumentan.
2.8 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.
2.9 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 de 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.(Figura 2.4)
Fig. 2.9 Competencia de Bluetooth
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, estas 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.
2.10 IrDA versus Bluetooth
A primera vista podrá parecer que las tecnologías de IrDA y Bluetooth se complementan la una a la otra en el mercado. Los análisis de la industria se han preguntado abiertamente si ambas tecnologías pueden sobrevivir, dado que las dos proporcionan la conexión sin cable
de bajo alcance. Pero si se examinan los beneficios de cada tecnología, se puede observar que tanto Bluetooth como IrDA son fundamentales para el mercado.
Cada tecnología tiene sus ventajas y desventajas, y ninguna puede completar todas las necesidades de los usuarios. De hecho Bluetooth y IrDA juntas, crean un avance importante en la historia de la conexión sin cable de bajo alcance.
2.10.1 ¿Qúe es IrDA?
La IrDA, Asociación de datos por infrarrojos, especifica tres standards de comunicación por infrarrojos:
• La IrDA-Data
• IrDA control
• Un nuevo emergente standard llamado ALr
A continuacion se analiza el IrDA Data y su relación con el Bluetooth. Para este propósito, con IrDa nos referimos al standard de IrDA-Data.
En general, IrDa se usa para proporcionar tecnología de conexión sin radio para aparatos que normalmente usarían cables para su conexión, IrDA es un punto a punto, estrecho ángulo (30º conos), un standard de conexión de datos diseñado para operar en una distancia de 0 a 1 metro y a una velocidad de 9600 bps a 16 Mbps
Como características generales del IrDA podemos señalar:
• Comprobada conexión mundial universal sin cable.
• Base instalada de más de 50 millones de unidades.
• Amplio abanico de plataformas de soporte hardware y software.
• Diseño de recambios para cables point-to-point.
• Adaptación compatible con futuros standards.
• Cono de ángulo estrecho de 30º en una aplicación point-and-shoot (sin interferencias con otros equipos eléctricos y bajo un nivel de seguridad para los aparatos estáticos).
• Alto grado de datos; 4Mbts en la actualidad y 16 Mbts en desarrollo.
El uso del IrDa consiste en transmitir datos por los siguientes aparatos:
• Notebook, desktop y handheld para PCs
• Impresoras
• Teléfonos y buscas
• Módems
• Cámaras
• Aparatos de acceso a LAN
• Equipo médico industrial
• Relojes
Con una instalación mundial de más de 50 millones de unidades y creciendo un 40%
anualmente, IrDA está ampliamente disponible en ordenadores personales periféricos, sistemas fijos y aparatos de todo tipo.
En suma, el amplio uso y la aceptación de los standards IrDA y sus robustas soluciones, han acelerado la adopción de las especificaciones de IrDa por parte de otras organizaciones de standards.
La adopción universal y la implementación a nivel mundial de las especificaciones IrDA, garantiza un puerto universal de hardware y una rápida y emergente interoperatividad de software.
2.10.2 ¿Qué es Bluetooth?
Bluetooth es una propuesta de especificación de radiofrecuencia por transmisión de corto alcance, transmisión de datos de punto a multipunto. Bluetooth puede transmitir a través de objetos sólidos no metálicos. Su cable de unión nominal es de 10 cm a 10 m en teoría, pero se puede extender a 100 m mediante el incremento de transmisión de energía.
Basado en un bajo coste, en la unión de radio de corto alcance y facilitada por las conexiones ad-hoc para los entornos de conexión móvil y fija.
Las características generales del Bluetooth incluyen:
• Opera en una banda 2.4 GHz de la Industria Científica Médica (ISM).
• Usa la frecuencia de salto FH, con espectro extendido el cual divide la banda de frecuencia en un número de canales de salto. Durante la conexión, los transmisores de radio saltan de un canal a otro de forma aleatoria.
• Soporta más de ocho aparatos en una piconet (dos o más unidades de Bluetooth comparten un canal).
• Construido con seguridad interna.
• Sin línea de señal de transmisión entre carteras y maletines.
• Omnidireccional.
• Contiene servicios sincrónicos y asincrónicos; de fácil integración de TCP-IP.
• Reguladas por gobiernos internacionales
Bluetooth permitirá a los usuarios conectarse a un amplio rango de ordenadores y aparatos de telecomunicación sin necesidad de comprar, llevar, o conectar cables.
Proporciona oportunidades para rapidez, conexiones ad-hoc, y en el futuro, la posibilidad de automáticas e inconscientes conexiones entre aparatos.
La eficiencia de la energía de la radiotecnología, puede usarse en muchos de los mismos servicios que usa IR:
• Teléfonos y buscas
• Módems
• Aparatos de acceso LAN
• Servidores
• Notebook, desktop, y handheld para PC
Bluetooth permite a los aparatos portátiles la conexión y la comunicación sin cable vía corto alcance, y las redes ad-hoc.
Es una interface universal de radio en la frecuencia de banda 2.45 GHz y que ha conseguido el soporte de Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba, Intel, y otros muchos productores.
Para funcionar con unas bases a nivel mundial, Bluetooth necesita una frecuencia de radio de libre licencia y abierta a cualquier radio. la banda ISM 2.45 GHz, satisface estos requerimientos aunque debe adaptarse a las interferencias de los pequeños monitores, a las de los mandos de garajes, teléfonos sin cables, microondas, que también usan la misma frecuencia.
2.10.3 Aplicaciones IrDa y Bluetooth sobrepuestas
Muchas de las aplicaciones definidas por IrDA son también definidas por Bluetooth. Ahora bien, hay situaciones y condiciones donde el IrDA se adapta mejor a hora de la transmisión de datos y viceversa.
IrDA y Bluetooth consideran el intercambio de datos como una función imprescindible.
El intercambio de datos puede ser tan simple como empujar una tarjeta de negocios
desde un móvil a un PDA, o tan sofisticado como la sincronización de la información personal entre un PDA y un PC.
Bluetooth y IrDA especifican estas aplicaciones, así como el intercambio de datos. Ambos usan la misma capa de protocolo (OBEX) para implementar estas aplicaciones.
Es la intención de IrDA y Bluetooth, utilizar las mismas aplicaciones de intercambio de datos cuando sea apropiado. Usando el mismo nivel de protocolo superior, es posible una única aplicación para poner en funcionamiento a Bluetooth y IrDA.
Podría parecer que si IrDA y Bluetooth pueden contener las mismas aplicaciones por qué dos tecnologías.
La respuesta radica en el hecho de que cada tecnología tiene sus más y sus menos.
Afortunadamente los muchos escenarios en los que IrDA se queda corto, son aquellos en los que Bluetooth se excede y al revés.
Un escenario de intercambio común de datos es uno en el que se producirá el intercambio en un espacio contenido en otros equipos.
Un ejemplo es el intercambio electrónico de la tarjeta de negocios. Dos personas se encuentran para intercambiarse tarjetas de negocio face to face en una amplia sala de conferencias. Muchos otros llevan aparatos sin cable que también se encuentran en la habitación, posiblemente intentando hacer lo mismo.
Esta es la situación en la que el IrDA es más amplio. El bajo alcance del estrecho ángulo de IrDA, permite al usuario desear, en un estilo de point-and-shoot en recipiente intencionado. La cercana proximidad de la otra persona, es natural en un situación de intercambio de tarjetas de negocios, mientras es señado de un aparato a otro.
El limitado ángulo del IrDA permite a otros desarrollar una actividad similar sin interferencias.
El corto alcance y el estrecho ángulo del IrDA proporciona una forma simple de seguridad y un uso natural.
Esta misma situación es una debilidad para Bluetooth. Con sus características omnidireccionales, tiene problemas para descubrir el recipiente de intención. No permite al usuario señalar simplemente al recipiente de intención.
Un aparato Bluetooth puede realizar una operación de descubrimiento de consumición de tiempo, que encontrará a muchos de los otros aparatos en la habitación. La cercana proximidad del recipiente de intención no ayudará. El usuario estará obligado a elegir entre un listado de aparatos descubiertos.
Elegir el aparato adecuado, probablemente requerirá información especial de la otra persona, por ejemplo, la dirección del aparato de 48 bits, o el apodo. Además Bluetooth tiene capacidades multipunto y de esta forma utiliza los mecanismos de seguridad para prevenir el acceso sin autorización.
Los dos usuarios intentando realizar un intercambio de tarjetas, usando Bluetooth necesitarían tomar además, medidas de seguridad.
En otras situaciones de intercambio de datos es la mejor elección.
La habilidad de Bluetooth para penetrar objetos sólidos y su capacidad de movilidad máxima en la piconet, permite aplicaciones de intercambio de datos que son imposibles o difíciles con la IrDA.