Publicado en la Revista RED Julio 2002.

Introducción

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, modems, 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. Origenes
La versión 1.0 de la especificación Bluetooth fue liberada en 1999, pero el desarrollo de esta tecnología empezó realmente 5 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.

Algunas de las principales características técnicas de Bluetooth son las siguientes:

  Â»   Los dispositivos en una picocelda comparten un canal de comunicación de datos común. El canal tiene una capacidad total de 1 Mbps. Los encabezados y el control de llamada consumen cerca del 20% de esta capacidad; motivo por el cual el máximo caudal eficaz es de 780 Kbps.

  Â»   En los Estados Unidos y Europa, el intervalo de frecuencia de operación es de 2,400 a 2,483.5 MHz, con 79 canales de RF de 1 MHz. En la practica, el intervalo de frecuencias es de 2,402 a 2,480 MHz. En México el intervalo de frecuencias va de 2,450 MHz a 2,485.5 MHz. En Japón, el intervalo de frecuencia es de 2,472 a 2,497 MHz con 23 canales de RF de 1 MHz.

  Â»   Un canal de datos salta aleatoriamente 1,600 veces por segundo los 79 (o 23) canales de RF.

  Â»   Cada canal está dividido en ranuras de tiempo de 625 microsegundos cada una.

  Â»   Una picocelda tiene un dispositivo maestro y hasta siete dispositivos esclavos. Un dispositivo maestro transmite en ranuras de tiempo pares, los esclavos en ranuras de tiempo impares.

  Â»   Los paquetes pueden tener una magnitud de hasta 5 ranuras de tiempo.

  Â»   Los datos en un paquete pueden ser de hasta 2,745 bits de longitud.

  Â»   Existen actualmente dos tipos de transferencia de datos entre dispositivos: Los orientados a conexión de tipo síncrono (SCO, Synchronous Connection Oriented) y los orientados a no-conexión de tipo asíncrono (ACL, Asynchronous Connectionless).

  Â»   En una picocelda, puede hacer hasta tres enlaces SCO de 64,000 bits cada uno. Para evitar problemas de sincronización y colisión, los enlaces SCO utilizan ranuras de tiempo reservadas asignadas por la estación maestra.

  Â»   Un dispositivo maestro puede soportar hasta tres enlaces SCO con uno, dos o tres dispositivos esclavos.

  »   Las ranuras no reservadas para los enlaces SCO pueden ser usadas para enlaces ACL.

  »   Un maestro y un esclavo pueden compartir un enlace ACL
  »   Un enlace ACL puede ser punto-punto (maestro a un esclavo) o multipunto (maestro a todos los esclavos).

  »   Un ACL esclavo puede sólo transmitir cuando se lo solicite un maestro

Bluetooth permite manipular simultáneamente transmisiones de voz y datos. Es capaz de soportar un canal de datos asíncrono y hasta tres canales de voz asíncronos o un canal que soporte ambos, voz y datos. La capacidad combinada con los dispositivos del tipo "ad hoc" permiten soluciones superiores para dispositivos móviles y aplicaciones de Internet. Esta combinación permite soluciones innovativas como un dispositivo de manos libres para llamadas de voz, impresión a máquinas de fax y sincronización automática a PDAs, laptops y aplicaciones de libreta de direcciones de teléfonos celulares.

La especificación Bluetooth

La especificación de Bluetooth cubre desde el transceptor de radio hasta varias interfaces de protocolos basados tanto en hardware como en software. Algunos elementos clave y protocolos de la arquitectura de Bluetooth son descritos a continuación. Control de enlace: el hardware del control de enlace controla la transmisión y recepción de radio así como el procesamiento de la señal digital requerida para el protocolo de bandabase. Sus funciones incluyen establecimientos de conexiones, soporte para enlaces asíncronos (datos) y síncronos (voz), corrección de error y autentificación. El microcódigo del administrador de enlaces desempeña funciones a bajo nivel para el establecimiento de enlaces, autentificación y configuración de los enlaces.

Topología de la red: los dispositivos Bluetooth son generalmente organizados en grupos de 2 a 8 llamados picoceldas o picoredes, consistente de un dispositivo maestro y uno o más dispositivos esclavos. Un dispositivo puede pertenecer a mas de una picocelda y comportarse como un esclavo en ambas o un maestro en una picocelda y como esclavo en otra.

Como Bluetooth opera en una banda de uso libre conocida como ISM (Industrial, Scientific, and Medical) donde otros dispositivos de uso común la utilizan como es el caso de puertas de cocheras, teléfonos inalámbricos, hornos de microondas, sólo por nombrar algunos. Para que los dispositivos Bluetooth puedan coexistir y operar confiablemente con los otros dispositivos, cada picocelda es sincronizada a una frecuencia especifica del patrón de salto por frecuencia. Este patrón, que salta a 1,600 frecuencias diferentes por segundo, es único para una picocelda en particular. Cada "salto" de frecuencia es una ranura de tiempo durante la cual los paquetes de datos son transferidos. Un paquete puede abarcar hasta 5 ranuras de tiempo, en la cual la frecuencia permanece constante durante la duración de esa transferencia.

Si los dispositivos van a saltar a las nuevas frecuencias después de cada paquete, ellos deben ponerse de acuerdo en la secuencia de las frecuencias que utilizarán. Como los dispositivos Bluetooth operan en 2 modos: como maestro y como esclavo. Si el maestro asigna la secuencia de salto de frecuencia. Los esclavos sincronizan al dispositivo maestro en tiempo y frecuencia seguido de la secuencia de salto del dispositivo maestro.

Enlaces de banda base: La bandabase de Bluetooth provee canales de transmisión para voz y datos y es capaz de soportar un enlace asíncrono de datos y hasta tres enlaces de voz asíncronos (o un enlace soportando ambos). Los enlaces orientados a conexión síncronos (SCO) son típicamente empleados para transmisiones de voz. Esos enlaces son conexiones simétricas punto a punto que reservan ranuras de tiempo para garantizar la transmisión a tiempo. Al dispositivo esclavo siempre se le permitirá responder durante la ranura de tiempo inmediatamente seguido de una transmisión tipo SCO del maestro. Un dispositivo maestro puede soportar hasta tres enlaces SCO a uno o varios esclavos, pero un solo esclavo puede soportar sólo enlaces SCO para diferentes dispositivos maestros. Los paquetes SCO nunca son retransmitidos.

Los enlaces orientados a no-conexión (ACL, Asynchronous Connectionless) son típicamente empleados para transmisión de datos. Las transmisiones sobre estos enlaces son establecidas en base por ranura (en ranuras no reservadas para enlaces SCO). Los enlaces ACL soportan transferencias punto-multipunto de datos asíncronos como síncronos. Después de una transmisión ACL del maestro, sólo el dispositivo esclavo direccionado puede responder durante la siguiente ranura de tiempo o si el dispositivo no está direccionado, los paquetes son considerados como mensajes difundidos (broadcast). La mayoría de los enlaces ACL incluyen retransmisión de paquetes. Administrador de enlaces: La máquina de estado de bandabase es controlada por el administrador de enlaces. Este microcódigo provee el control del enlace basado en hardware para configuración, seguridad y control de enlaces. Sus capacidades incluyen autentificación y servicios de seguridad, monitoreo de calidad de servicio y control del estado de bandabase. El administrador de enlaces se comunica con los demás utilizando el protocolo LMP (Link Management Protocol), el cual utiliza los servicios básicos de bandabase. Los paquetes LMP, los cuales son enviados sobre los enlaces ACL, son diferenciados de los paquetes L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) por un bit en el encabezado del ACL. Ellos son siempre enviados como paquetes de una ranura y una prioridad alta que los paquetes L2CAP. Esto ayuda el aseguramiento de la integridad del enlace bajo una alta demanda de tráfico.

Tendencias

Además del continuo desarrollo de perfiles, Bluetooth SIG y las compañías que la integran están trabajando en otros frentes para mejorar la especificación. Estos incluyen asuntos relacionados con la interoperatibilidad, el soporte de velocidades más altas y el mejoramiento en aspectos relacionados con la seguridad. Microsoft, miembro de Bluetooth SIG, tiene planeado incorporar en su siguiente versión del sistema operativo XP el soporte de Bluetooth incorporando la pila de protocolos y perfiles para la comunicación de dispositivos dentro de una red del tipo WPAN.

Por lo pronto, en abril del 2002 Microsoft liberó el primer ratón y teclado inalámbrico que se comunicará con una computadora personal vía tecnología Bluetooth. La ratificación de Bluetooth por la IEEE en el mes de marzo del 2002 es un triunfo importante para el Bluetooth SIG, el cual a luchado por mucho tiempo por ser un protagonista de la sopa de letras de los estándares de redes inalámbricas en el mundo. Esta ratificación le dará a Bluetooth más credibilidad y permitirá más desarrollos en la industria encaminados a satisfacer necesidades más especificas de los usuarios finales a un bajo costo y buen desempeño.