La tecnología Bluetooth ha revolucionado las comunicaciones inalámbricas entre dispositivos por sus características de ubicuidad y sencillez. Permite que los dispositivos se comuniquen sin cables manteniendo altos niveles de seguridad. Debido a su bajo consumo y bajo coste, Bluetooth ha desempeñado un papel fundamental en la evolución de las aplicaciones, desde los dispositivos de alta velocidad para automóviles hasta los complejos dispositivos médicos.
La facilidad y la aceptación global de la tecnología Bluetooth hacen que cualquier dispositivo con Bluetooth pueda conectarse con otros dispositivos situados en las proximidades mediante un proceso conocido como emparejamiento. El emparejamiento permite a los dispositivos establecer una comunicación full dúplex transmitiendo datos y voz a través de redes ad hoc de corto alcance conocidas como piconets que pueden enlazar hasta ocho dispositivos. Un dispositivo actúa como dispositivo maestro, mientras que el resto de los dispositivos de la red/piconet son dispositivos esclavos. El dispositivo maestro actúa como concentrador, y los dispositivos esclavos se comunican a través del dispositivo maestro para comunicarse entre sí. Otra característica importante de la tecnología Bluetooth es su uso de saltos de frecuencia para reducir el impacto de las interferencias.
Las capacidades full dúplex de la tecnología Bluetooth proporcionan a los usuarios funciones innovadoras como conectar un teléfono con un altavoz de música Bluetooth, recibir llamadas mientras se conduce un coche, conectar dos ordenadores portátiles para compartir archivos y conectar una consola de juegos con un mando de juegos con Bluetooth, por nombrar algunos casos de uso.
Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy es la versión inteligente y de bajo consumo de la tecnología inalámbrica Bluetooth. Ya está desempeñando un papel importante en la transformación de los aparatos inteligentes en aparatos más inteligentes al hacerlos compactos, asequibles y menos complejos.
Bluetooth Low Energy, también comercializado como Bluetooth Smart, comenzó como parte de la especificación principal de Bluetooth 4.0. Diseñado inicialmente por Nokia como Wibree antes de ser adoptado por el Grupo de Interés Especial (SIG) de Bluetooth, su objetivo inicial era proporcionar un estándar de radio con el menor consumo de energía posible, optimizado específicamente para el bajo coste, el bajo ancho de banda, el bajo consumo y la baja complejidad.
Estos objetivos de diseño son evidentes a través de la especificación principal, que intenta hacer de BLE un auténtico estándar de bajo consumo, diseñado para ser realmente implementado por los fabricantes de semiconductores y utilizado en aplicaciones del mundo real ajustadas en energía con un presupuesto mínimo. Ya es una tecnología ampliamente adoptada que puede pretender funcionar durante un largo periodo de tiempo con una sola pila de botón.
Aunque BLE es una tecnología superior por sus propios méritos, lo que ha impulsado su fenomenal tasa de adopción es que es la tecnología adecuada, con los compromisos adecuados, en el momento adecuado. Para ser un estándar relativamente joven, el número de diseños de productos que ya incluyen BLE lo sitúa muy por delante de otras tecnologías inalámbricas en el mismo punto de sus ciclos de lanzamiento.
Los retos a los que se enfrentaba el Bluetooth clásico eran el rápido agotamiento de la batería y la frecuente pérdida de la conexión, lo que exigía emparejar y volver a emparejar con frecuencia. Ser capaz de resolver estos problemas es una de las razones del rápido crecimiento de BLE. El fenomenal crecimiento de los teléfonos inteligentes, las tabletas y la informática móvil también ha impulsado su adopción. La adopción temprana y activa de BLE por parte de los pesos pesados de la industria de la telefonía móvil abrió las puertas a una mayor implantación de BLE. Esto, a su vez, ha empujado a los fabricantes de semiconductores a destinar sus limitados recursos a la tecnología que consideraban con más posibilidades de prosperar a largo plazo.
Aunque los mercados de los móviles y las tabletas son cada vez más maduros, la necesidad de conectividad entre el mundo exterior y estos dispositivos tiene un enorme potencial de crecimiento. Ofrece a los proveedores de periféricos una oportunidad única para desarrollar dispositivos innovadores que resuelvan problemas que los consumidores quizá ni siquiera se den cuenta de que tienen en la actualidad. Son muchas las ventajas que han convergido en torno a BLE, creando una oportunidad para que los diseñadores de productos pequeños y ágiles accedan a un mercado potencialmente masivo con productos específicos para cada tarea, creativos e innovadores con un presupuesto de diseño relativamente modesto. BLE también permite a estos desarrolladores diseñar hoy productos viables que pueden hablar con cualquier plataforma móvil moderna utilizando chips, herramientas y estándares de fácil acceso.
Características
1. El menor consumo de energía
Todo, desde el diseño físico hasta los modelos de uso, está diseñado para mantener el consumo de energía al mínimo. Para reducir el consumo de energía, un dispositivo BLE se mantiene en modo de suspensión la mayor parte del tiempo. Cuando se produce un evento, el dispositivo se despierta y se transfiere un breve mensaje a una pasarela, un PC o un smartphone. El consumo de energía máximo/pico es inferior a 15 mA y el consumo medio es de aproximadamente 1 μA. El consumo de energía activa se reduce a una décima parte del consumo de energía del Bluetooth clásico. En aplicaciones de bajo ciclo de trabajo, una pila de botón podría proporcionar entre 5 y 10 años de funcionamiento fiable.
2. Rentabilidad y compatibilidad
Para ofrecer compatibilidad con la tecnología Bluetooth clásica y rentabilidad para los dispositivos pequeños que funcionan con batería, hay dos tipos de chipset:
- Tecnología de modo dual con funcionalidad BLE y Bluetooth clásica
- Tecnología BLE independiente optimizada para dispositivos pequeños que funcionan con batería y cuyo objetivo es el bajo coste y el bajo consumo de energía
- Transferencias de datos – BLE soporta paquetes de datos muy cortos (8 octetos como mínimo hasta 27 octetos como máximo) que se transfieren a 1 Mbps. Todas las conexiones utilizan una clasificación avanzada de sniff-sub para lograr ciclos de trabajo ultrabajos para mantener el consumo de energía al mínimo.
- Salto de frecuencia – BLE utiliza el AFH común a todas las versiones de la tecnología Bluetooth para minimizar la interferencia de otras tecnologías en la banda ISM de 2,4 GHz. Las ventajas de la multitrayectoria eficiente aumentan los presupuestos de los enlaces y el alcance operativo efectivo, además de optimizar el consumo de energía.
- Control del host – BLE coloca una cantidad significativa de inteligencia en el controlador. Esto permite que el host duerma durante períodos más largos de tiempo y sea despertado por el controlador sólo cuando el host necesita realizar alguna acción. Esto permite el mayor ahorro de corriente ya que el procesador del host suele consumir más energía que el controlador BLE.
- Latencia – BLE puede soportar la configuración de la conexión y la transferencia de datos en tan sólo 3 ms. Esto permite que una aplicación establezca una conexión y transfiera datos autenticados en sólo unos milisegundos para una breve ráfaga de comunicación antes de cortar rápidamente la conexión.
- Alcance – Un mayor índice de modulación permite un alcance máximo para BLE de más de 100 metros.
- Robustez – BLE utiliza un fuerte CRC de 24 bits en todos los paquetes para garantizar la máxima robustez frente a las interferencias.
- Fuerte seguridad – La encriptación completa AES-128 mediante CCM proporciona una fuerte encriptación y autenticación de los paquetes de datos para que las comunicaciones sean seguras.
- Topología – BLE utiliza una dirección de acceso de 32 bits en cada paquete para cada esclavo, lo que permite conectar miles de millones de dispositivos. La tecnología está optimizada para conexiones de uno a uno, al tiempo que permite conexiones de uno a muchos utilizando una topología de estrella.
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3. Robustez, seguridad y fiabilidad
La tecnología BLE utiliza la misma tecnología de salto de frecuencia adaptable (AFH) que la tecnología Bluetooth clásica. Esto permite que BLE logre una transmisión robusta en los entornos de RF «ruidosos» que se encuentran en las aplicaciones domésticas, industriales y médicas. Para minimizar el coste y el consumo de energía del uso de AFH, la tecnología BLE ha reducido el número de canales a 40 canales de 2 MHz de ancho en lugar de los 79 canales de 1 MHz de ancho utilizados con la tecnología Bluetooth clásica.
4. Coexistencia inalámbrica
La tecnología Bluetooth, la LAN inalámbrica, el IEEE 802.15.4/ZigBee y varias radios propietarias utilizan la banda de 2,4 GHz de Medicina Científica Industrial (ISM) libre de licencia. Con tantas tecnologías compartiendo el mismo espacio radioeléctrico, las interferencias pueden reducir el rendimiento inalámbrico (es decir, aumentar la latencia y disminuir el rendimiento) debido a la necesidad de corrección de errores y retransmisión. En aplicaciones exigentes, las interferencias pueden reducirse mediante la planificación de frecuencias y el diseño de antenas especiales. Como tanto la tecnología Bluetooth clásica como la tecnología BLE utilizan AFH, que minimiza las interferencias con otras tecnologías de radio, la transmisión Bluetooth es robusta y fiable.
5. Rango de conexión
La tecnología BLE tiene una modulación ligeramente diferente a la tecnología Bluetooth clásica. Esta diferenciación de modulación ofrece un alcance de hasta 300 metros con un conjunto de chips de radio de 10 dBm (máximo de BLE).
6. Facilidad de uso e integración
Una piconet BLE se basa normalmente en un maestro conectado a una serie de esclavos. Un dispositivo es maestro o esclavo, pero nunca ambos. El maestro controla la frecuencia con la que los esclavos pueden comunicarse, y el esclavo sólo se comunica a petición del maestro. Una nueva característica que añade BLE con respecto a la tecnología Bluetooth clásica es la función de «publicidad». Con esta función, un dispositivo que actúa como esclavo puede anunciar que tiene algo que transmitir al maestro. Un mensaje publicitario también puede incluir un evento o un valor de medición.
Detalles técnicos
Aplicaciones
Debido a su omnipresente despliegue en dispositivos portátiles, el BLE permite aplicaciones totalmente nuevas en todos los sectores. Por ejemplo, considere las diferentes formas en que BLE puede ser utilizado en una feria comercial para aumentar la eficacia de la inversión de una empresa en el encuentro con nuevos clientes:
1. Gamificación – El BLE puede utilizarse para animar a los asistentes a explorar las zonas menos populares del stand de una feria ofreciéndoles recompensas especiales por descubrir balizas estratégicamente colocadas en esas zonas.
2. Patrocinios – Aproveche las balizas para obtener ingresos adicionales enviando notificaciones que inciten a los asistentes a visitar el stand más cercano cuando pasen por una zona determinada del recinto ferial. Este puede ser un servicio premium que se ofrezca a los patrocinadores.
3. Mapeo de calor – Con acceso a estadísticas en tiempo real, los beacons pueden reconocer puntos conflictivos y enviar alertas a los gestores del evento sobre los lugares que están saturados y son más propensos a las brechas de seguridad.
4. Entrega de contenido – Los asistentes pueden evitar la larga espera para recibir una copia de las diapositivas de la presentación por correo electrónico. Las balizas BLE pueden reconocer a los asistentes a una sesión y entregar automáticamente las diapositivas, los libros electrónicos y otros materiales colaterales durante o inmediatamente después de la sesión.
5. Registro automático: los organizadores de eventos pueden recopilar fácilmente información sobre el número de personas que asisten a un evento o una feria y ver sus perfiles en tiempo real configurando balizas para simular el registro en la entrada del lugar de la conferencia. Esto no requiere ninguna interacción manual por parte de los usuarios. Si un usuario ha descargado la aplicación y ha activado el Bluetooth en su dispositivo móvil, la aplicación hará el check-in automáticamente en cuanto el usuario entre en el recinto.
Ya existe un ecosistema maduro para el desarrollo de BLE. Los desarrolladores tienen acceso a una amplia gama de chips y módulos que pueden acelerar el desarrollo tanto de hardware como de software de dispositivos con BLE. Por ejemplo, Cypress ofrece su procesador PSoC 4 BLE basado en el núcleo ARM Cortex-M0 que integra frontales analógicos, lógica digital, CapSense y una radio Bluetooth LE para un enfoque de un solo chip para BLE. Para los fabricantes de equipos originales que prefieren un módulo totalmente integrado, el módulo EZ-BLE PRoC de Cypress es un módulo BLE certificado y programable de 10×10×1,8 mm diseñado para facilitar el uso y reducir el tiempo de comercialización construido en torno al chip PRoC BLE de Cypress.
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