¿Cómo funciona Bluetooth? ¿Cuál es la ciencia detrás de esto?

Si prefieres algo con más antecedentes, tienen una respuesta decente, pero tendrás que revisar todo el texto.

Pero si quieres un cuento de hadas:
Érase una vez la inicialización . Ambos transceptores bluetooth (transmisor-receptor) fueron habilitados . Entonces, uno de los dispositivos inició un proceso de descubrimiento . Barrió todas las bandas en el rango de 2.4GHz. Miró y miró y encontró un montón de basura e interferencia de teléfonos celulares, Wi-Fi, hornos de microondas y algunas otras antenas.

Pero el pequeño demonio es astuto, y muy parecido a una cita, nuestro transceptor sabe que es muy selectivo, y con la ayuda de un filtro muy estrecho que elimina todas las frecuencias no relacionadas, poco a poco encontrará algo.
Pero pocos conocen las extrañas lenguas que habla este dispositivo, porque habla en digital. Y debido a que era tan extraño, sus ingenieros creadores lo regalaron por tener una tasa de chip (http://en.wikipedia.org/wiki/Chi…) y mirar y mirar a intervalos aleatorios para determinar si alguien también estaba hablando Digital en este mundo lento y analógico.

Después de muchas pruebas, eventualmente lo hizo, y encontró un destello, si no una pequeña sonrisa en una tierra lejana, y ajustó frenéticamente su código para que coincidiera con el recibido. Como ve, todos los interlocutores digitales tienen un código individual que utilizan cada vez que hablan, para difundir aún más las señales no deseadas y las interferencias (http://en.wikipedia.org/wiki/Spr…).

Sin embargo, los maestros analógicos estaban furiosos con sus hijos pródigos, y preguntaron:
‘¿Por qué quieres usar tanto ancho de banda solo para ofuscar tus estúpidas cartas de amor?’
Pero no debían ser escuchados, porque los dos amantes ya estaban paralizados con su nueva forma de hablar entre ellos. Además, no es como si alguien hubiera entendido algo de lo que estaba pasando. Y si no estuvieran contentos todavía podrían hablar en su forma triste y anticuada. Sin embargo, sí sabían que la mayoría de los ancianos ni siquiera se molestaban en hablar tan rápido, porque su voz aguda ( frecuencia ) nunca penetraría más que unas pocas paredes. Sus voces fuertes no tenían mucho interés (alta potencia de transmisión, mientras que Bluetooth utiliza típicamente <100 mW) para desperdiciarlo en distancias tan pequeñas de conversación. Así que hicieron lo que hacen mejor, y se marchitaron lentamente, olvidados en el polvo, en un sótano de un viejo radioaficionado, hasta que sus dioses decidieron que era mejor dejarlos para aplicaciones aeroespaciales.

Muy pronto, los jóvenes comenzaron a intercambiar ID de dispositivos y números MAC , e incluso revelaron su estado social ( clase de dispositivo ) entre sí. ¡Oh, qué espléndido!
Pero cuando finalmente decidieron reunirse, realmente no había manera de saber quién era quién, así que decidieron enviarse un PIN entre sí, un regalo mágico enviado por sus dioses.
Y se introdujo el PIN, y surgieron más preguntas, y comenzaron a descubrir cada vez más capacidades ( servicios ) de los demás: quién sabía que podía simular un terminal de interfaz en serie de la vieja escuela (puerto COM virtual) como su padre, y eso pertenecía a una prodigiosa familia de músicos (transmisión PCM en vivo).
Pero había más, porque el reino de su tío era curioso, el de un teléfono móvil, y rápidamente le enseñó a su nuevo amigo cómo entender el lenguaje más antiguo del cambio de datos de paquetes de Ethernet . No fue aleatorio, porque verán, todos eran descendientes de un módem confiable …

Pasaron muchos ciclos y muchos más paquetes se intercambiaron, enviaron, descartaron y retrasaron, y los dos realmente se enamoraron el uno del otro.
Así que decidieron formalizar la relación e iniciar un emparejamiento matrimonial . Ahora sabían cómo encontrarse cada vez que estaban cerca.

Pero en un nanosegundo, los impulsos se hicieron cada vez más largos (efecto Doppler debido a que el usuario se aleja rápidamente). Su amor aún podía entenderlo, pero no sabía lo que estaba pasando. Dioses en acción, los dos estaban separados, por lo que hubo un punto en el que toda su conversación se desvaneció en una charla de fondo, ya que sus oídos no eran tan sensibles (sensibilidad de Rx en dBm).

Pasaron muchos teraciclos, nuestro sauce llorón sentado en su dominio, una vez reina de su tierra, bendecido con el poder de Internet móvil y el audio en tiempo real. Ahora ella no tenía ninguno, y su amante no estaba en ninguna parte.

Luego su voz reapareció misteriosamente, y los dos vivieron felices para siempre.

… o al menos razonablemente, hasta el producto final de la vida otorgado por sus dioses.

Fuente- UnivCritique
Las características clave de la tecnología Bluetooth son la ubicuidad, la baja potencia y el bajo costo. La especificación de Bluetooth define una estructura uniforme para que una amplia gama de dispositivos se conecten y se comuniquen entre sí.
Cuando dos dispositivos habilitados para Bluetooth se conectan entre sí, esto se denomina emparejamiento. La estructura y la aceptación global de la tecnología Bluetooth significa que cualquier dispositivo habilitado para Bluetooth, casi en cualquier parte del mundo, puede conectarse a otros dispositivos habilitados para Bluetooth ubicados uno cerca del otro.
Las conexiones entre dispositivos electrónicos habilitados para Bluetooth permiten que estos dispositivos se comuniquen de manera inalámbrica a través de redes de corto alcance, ad hoc, conocidas como piconets. Los Piconets se establecen de forma dinámica y automática a medida que los dispositivos habilitados para Bluetooth entran y salen de la proximidad de la radio, lo que significa que puede conectarse fácilmente cuando y donde sea más conveniente para usted.
Cada dispositivo en una piconet también puede comunicarse simultáneamente con hasta otros siete dispositivos dentro de esa piconet individual y cada dispositivo también puede pertenecer a varias piconets simultáneamente. Esto significa que las formas en que puede conectar sus dispositivos Bluetooth es casi ilimitada.
Una fortaleza fundamental de la tecnología inalámbrica Bluetooth es la capacidad de manejar simultáneamente las transmisiones de datos y voz. que brinda a los usuarios una variedad de soluciones innovadoras, como auriculares de manos libres para llamadas de voz, capacidades de impresión y fax, y sincronización para PC y teléfonos móviles, solo por mencionar algunos.
La gama de tecnología Bluetooth es específica de la aplicación. La Especificación Básica exige un rango mínimo de 10 metros o 30 pies, pero no hay un límite establecido y los fabricantes pueden ajustar sus implementaciones para proporcionar el rango necesario para respaldar los casos de uso de sus soluciones.
Especificación de Bluetooth Core
A diferencia de otros estándares inalámbricos, la especificación Bluetooth Core proporciona a los desarrolladores de productos definiciones de capa de enlace y capa de aplicación, que admiten aplicaciones de voz y datos. Para obtener más información sobre la especificación de Bluetooth Core, visite nuestro (es necesario iniciar sesión como miembro en algunas secciones del sitio).
Espectro
La tecnología Bluetooth funciona en la banda industrial, científica y médica (ISM) sin licencia de 2.4 a 2.485 GHz, utilizando un espectro extendido, un salto de frecuencia, una señal dúplex completa a una velocidad nominal de 1600 saltos / seg. La banda ISM de 2.4 GHz está disponible y sin licencia en la mayoría de los países.
Interferencia
La capacidad de salto de frecuencia adaptable (AFH) de la tecnología Bluetooth fue diseñada para reducir la interferencia entre tecnologías inalámbricas que comparten el espectro de 2.4 GHz. AFH trabaja dentro del espectro para aprovechar la frecuencia disponible. Esto se hace mediante la tecnología que detecta otros dispositivos en el espectro y evita las frecuencias que están utilizando. Este salto adaptativo entre 79 frecuencias a intervalos de 1 MHz proporciona un alto grado de inmunidad a la interferencia y también permite una transmisión más eficiente dentro del espectro. Para los usuarios de la tecnología Bluetooth, este salto proporciona un mayor rendimiento incluso cuando se utilizan otras tecnologías junto con la tecnología Bluetooth.
Distancia
El rango es específico de la aplicación y aunque la Especificación del núcleo exige un rango mínimo, no hay un límite y los fabricantes pueden ajustar su implementación para respaldar el caso de uso que están habilitando.
El rango puede variar según la clase de radio utilizada en una implementación:

  • Radios de clase 3: tienen un alcance de hasta 1 metro o 3 pies
  • Las radios de clase 2, que se encuentran más comúnmente en dispositivos móviles, tienen un alcance de 10 metros o 33 pies
  • Las radios de Clase 1, utilizadas principalmente en casos de uso industrial, tienen un alcance de 100 metros o 300 pies

Poder
La radio más utilizada es la Clase 2 y utiliza 2.5 mW de potencia. La tecnología Bluetooth está diseñada para tener un consumo de energía muy bajo. Esto se refuerza en la especificación al permitir que las radios se apaguen cuando están inactivas.
El MAC / PHY alternativo genérico en la versión 3.0 HS permite el descubrimiento de AMP remotos para dispositivos de alta velocidad y enciende la radio solo cuando es necesario para la transferencia de datos, lo que brinda un beneficio de optimización de potencia y ayuda a la seguridad de las radios.
La tecnología Bluetooth de baja energía, optimizada para dispositivos que requieren una duración máxima de la batería en lugar de una alta velocidad de transferencia de datos, consume entre 1/2 y 1/100 de la potencia de la tecnología Bluetooth clásica.
Información técnica de bluetooth
Si es un ingeniero, gerente de productos o cualquier otra persona que busque información técnica detallada.
. Encontrará una gran sección de Recursos técnicos (se requiere inicio de sesión de miembros) que cubre las pruebas y la calificación, los perfiles, la especificación de Bluetooth Core y mucho más.
El Bluetooth SIG ejecuta este sitio web, que está dedicado a los miembros y sirve como la fuente definitiva de información sobre los programas, las iniciativas y el desarrollo de la tecnología inalámbrica Bluetooth de Bluetooth SIG. Si está asociado con una compañía miembro o está interesado en ser miembro de Bluetooth SIG.

  • Un Bluetooth usa ondas de radio en lugar de cables o cables para conectarse a un teléfono o computadora.
  • Un producto Bluetooth, como un auricular o reloj, contiene un pequeño chip de computadora con una radio Bluetooth y un software que facilita la conexión.
  • Cuando dos dispositivos Bluetooth quieren hablar entre ellos, necesitan emparejarse.
  • La comunicación entre dispositivos Bluetooth se realiza a través de redes ad hoc de corto alcance conocidas como piconets .
  • Una piconet es una red de dispositivos conectados mediante la tecnología Bluetooth.
  • La red oscila entre dos y ocho dispositivos conectados. Cuando se establece una red, un dispositivo asume el rol de maestro, mientras que todos los demás dispositivos actúan como esclavos.
  • Los piconets se establecen de forma dinámica y automática a medida que los dispositivos Bluetooth entran y salen de la radio.

Para una mayor comprensión técnica, consulte Wikipedia.

La tecnología Bluetooth es una tecnología de comunicaciones inalámbricas de corto alcance para reemplazar los cables que conectan los dispositivos electrónicos, lo que permite que una persona tenga una conversación telefónica a través de un auricular, use un mouse inalámbrico y sincronice la información de un teléfono móvil a una PC, todo con el mismo núcleo. sistema.
El transceptor RF de Bluetooth (o capa física) funciona en la banda ISM sin licencia centrada en 2,4 gigahercios (el mismo rango de frecuencias que utilizan las microondas y la conexión Wi-Fi). El sistema central emplea un transceptor de salto de frecuencia para combatir la interferencia y el desvanecimiento.
Los dispositivos Bluetooth se administran mediante una topología de RF conocida como “topología en estrella”. Un grupo de dispositivos sincronizados de esta manera forma una piconet, que puede contener un maestro y hasta siete esclavos activos, con esclavos adicionales que no participan activamente en la red. (Un dispositivo dado también puede ser parte de una o más piconets, ya sea como maestro o como esclavo). En una piconet, el canal de radio físico es compartido por un grupo de dispositivos que están sincronizados con un reloj común y un salto de frecuencia. patrón, con el dispositivo maestro que proporciona las referencias de sincronización.
Digamos que el dispositivo maestro es su teléfono móvil. Todos los otros dispositivos en su piconet son conocidos como esclavos. Esto podría incluir los auriculares, el receptor GPS, el reproductor de MP3, el estéreo del automóvil, etc.
Los dispositivos en una piconet usan un patrón específico de salto de frecuencia, que está determinado algorítmicamente por el dispositivo maestro. El patrón de salto básico es un ordenamiento pseudoaleatorio de las 79 frecuencias en la banda ISM. El patrón de salto puede adaptarse para excluir una parte de las frecuencias que utilizan los dispositivos de interferencia. La técnica de salto adaptativo mejora la coexistencia de la tecnología Bluetooth con los sistemas ISM estáticos (sin salto), como las redes Wi-Fi, cuando están ubicadas cerca de una piconet.
El canal físico (o el enlace inalámbrico) se subdivide en unidades de tiempo conocidas como ranuras. Los datos se transmiten entre dispositivos habilitados para Bluetooth en paquetes que se ubican en estas ranuras. El salto de frecuencia tiene lugar entre la transmisión o la recepción de paquetes, por lo que los paquetes que forman una transmisión pueden enviarse a través de diferentes frecuencias dentro de la banda ISM.
El canal físico también se utiliza como transporte para uno o más enlaces lógicos que admiten el tráfico síncrono y asíncrono, así como el tráfico de difusión. Cada tipo de enlace tiene un uso específico. Por ejemplo, el tráfico sincrónico se usa para transportar datos de audio de manos libres, mientras que el tráfico asíncrono puede transportar otras formas de datos que pueden soportar una mayor variabilidad en el tiempo de entrega, como imprimir un archivo o sincronizar su calendario entre su teléfono y la computadora.
Una de las complejidades a menudo asociadas con la tecnología inalámbrica es el proceso de conexión de dispositivos inalámbricos. Los usuarios se han acostumbrado al proceso de conectar dispositivos cableados conectando un extremo de un cable a un dispositivo y el otro extremo al dispositivo complementario.
La tecnología Bluetooth utiliza los principios de “consulta” y “exploración de consulta” del dispositivo. Los dispositivos de escaneo escuchan en las frecuencias conocidas los dispositivos que están investigando activamente. Cuando se recibe una consulta, el dispositivo de escaneo envía una respuesta con la información necesaria para que el dispositivo que realiza la consulta determine y muestre la naturaleza del dispositivo que ha reconocido su señal.
Digamos que desea imprimir de forma inalámbrica una imagen desde su teléfono móvil a una impresora cercana. En este caso, vaya a la imagen en su teléfono y seleccione imprimir como una opción para enviar esa imagen. El teléfono comenzaría a buscar dispositivos en el área. La impresora (el dispositivo de escaneo) respondería a la consulta y, como resultado, aparecería en el teléfono como un dispositivo de impresión disponible. Al responder, la impresora está lista para aceptar la conexión. Cuando selecciona la impresora inalámbrica Bluetooth, el proceso de impresión se inicia al establecer conexiones en capas sucesivamente más altas de la pila de protocolos Bluetooth que, en este caso, controlan la función de impresión.
Como cualquier tecnología exitosa, toda esta complejidad continúa sin que el usuario se dé cuenta de algo más que la tarea que intenta completar, como conectar dispositivos y hablar con manos libres o escuchar música estéreo de alta calidad en auriculares inalámbricos.
(Cortesía: Scientific American)

El estándar Bluetooth, como WiFi , utiliza la técnica FHSS ( Frequency-Hopping Spread Spectrum ), que consiste en dividir la banda de frecuencia de 2.402-2.480 GHz en 79 canales (llamados saltos ) cada 1MHz de ancho, luego transmitir la señal usando una secuencia de canales. Conocido tanto por la estación emisora ​​como por la receptora.

Por lo tanto, al cambiar los canales con una frecuencia de 1600 veces por segundo, el estándar Bluetooth puede evitar la interferencia con otras señales de radio.
Al aire libre

Principio de comunicación

El estándar de Bluetooth se basa en un modo operativo maestro / esclavo. El término ” piconet ” se usa para referirse a la red formada por un dispositivo y todos los dispositivos que se encuentran dentro de su rango. Hasta 10 piconets pueden coexistir dentro de un área de cobertura única. Un maestro puede conectarse simultáneamente a un máximo de 7 dispositivos esclavos activos (255 cuando está en modo estacionado ). Los dispositivos en una piconet tienen una dirección lógica de 3 bits, para un máximo de 8 dispositivos. Los dispositivos en modo estacionado están sincronizados, pero no tienen su propia dirección física en la piconet.

Al aire libre

En realidad, en un momento dado, el dispositivo maestro solo se puede conectar a un solo esclavo a la vez. Por lo tanto, cambia rápidamente entre esclavos para que parezca que está conectado simultáneamente a todos los dispositivos esclavos.

Bluetooth permite que dos piconets se vinculen entre sí para formar una red más amplia, denominada ” scatternet “, utilizando ciertos dispositivos que actúan como un puente entre las dos piconets.

Estableciendo conexiones

El establecimiento de una conexión entre dos dispositivos Bluetooth sigue un procedimiento relativamente complicado destinado a garantizar una cierta cantidad de seguridad, de la siguiente manera:

  • Modo pasivo
  • Consulta: Encontrar puntos de acceso.
  • Paginación: Sincronización con puntos de acceso.
  • Descubrimiento del servicio de punto de acceso
  • Creando un canal con punto de acceso.
  • Emparejamiento mediante PIN (seguridad)
  • Usando la red

Durante el uso normal, un dispositivo funciona en ” modo pasivo “, lo que significa que está escuchando la red.

El establecimiento de una conexión comienza con una fase llamada ” consulta “, durante la cual el dispositivo maestro envía una solicitud de consulta a todos los dispositivos que se encuentran dentro de su rango, llamados puntos de acceso . Todos los dispositivos que reciben la consulta responden con su dirección.

El dispositivo maestro elige una dirección y se sincroniza con el punto de acceso mediante una técnica llamada localización , que principalmente implica la sincronización de su reloj y frecuencia con el punto de acceso.

Luego se establece un enlace con el punto de acceso, lo que permite al dispositivo maestro ingresar a una fase de descubrimiento del servicio de punto de acceso, utilizando un protocolo llamado SDP ( Service Discovery Protocol ).

Al final de esta fase de descubrimiento de servicios, el dispositivo maestro está listo para crear un canal de comunicación con el punto de acceso, utilizando el protocolo L2CAP .

Dependiendo de las necesidades del servicio, se puede establecer un canal adicional, llamado RFCOMM y que opera a través del canal L2CAP , para proporcionar un puerto serie virtual. De hecho, algunas aplicaciones han sido diseñadas para conectarse a un puerto estándar, independientemente del hardware utilizado. Por ejemplo, ciertos programas de navegación en la carretera han sido diseñados para conectarse a cualquier dispositivo Bluetooth GPS (GPS significa Sistema de Posicionamiento Global , un sistema de geolocalización basado en satélites para encontrar las coordenadas geográficas de un dispositivo móvil o vehículo).

El punto de acceso puede incluir un mecanismo de seguridad denominado emparejamiento , que restringe el acceso solo a usuarios autorizados, con el fin de otorgar a la piconet una cierta medida de protección. El emparejamiento se realiza con una clave de cifrado conocida comúnmente como “PIN” ( PIN significa Número de información personal ). Para hacerlo, el punto de acceso envía una solicitud de emparejamiento al dispositivo maestro. La mayoría de las veces, esto puede hacer que el usuario ingrese el PIN del punto de acceso. Si el PIN recibido es correcto, se realiza la conexión.

En modo seguro, el PIN se enviará encriptado, utilizando una segunda clave, para evitar que la señal se vea comprometida.

Cuando el emparejamiento se activa, el dispositivo maestro es libre de usar el canal de comunicación establecido de ese modo.

Bluetooth envía y recibe ondas de radio en una banda de 79 frecuencias diferentes (canales) centradas en 2,45 GHz, aparte de la radio, la televisión y los teléfonos celulares, y está reservada para el uso de dispositivos industriales, científicos y médicos. El mayor punto a favor de Bluetooth, es el transmisor de corto alcance. Lo que te da mejor calidad.

Bluetooth es un método de intercambio de datos de corto alcance. Utiliza ondas de radio de frecuencia ultra alta de onda corta (que eran muchos adjetivos). Si lees Bluetooth – Wikipedia, encontrarás muchos más adjetivos y también una mejor respuesta a tu pregunta. Si quieres algo más fácil de leer (pero solo marginalmente), puedes probar ¿Cómo funciona Bluetooth? ¿Cuál es la ciencia detrás de esto? en este mismo sitio.

Básicamente, es similar al Wi-Fi, solo que con una frecuencia de portadora diferente y un protocolo diferente. También potencialmente rango más corto.

Se trata realmente de modular y demodular datos en esta frecuencia portadora en ambas direcciones, sin interferir: ¿creo que se utilizan dos frecuencias cercanas?

De todos modos, estos datos modulados tienen algún formato particular que entienden los módulos Bluetooth; El formato se debe a algún estándar hecho por los inventores originales del protocolo.

Eso es todo.

He hecho un buen video sobre cómo funciona el bluetooth.

solo echale un vistazo si te interesa …