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.