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

Si prefiere algo con antecedentes más sustanciales, http://www.howstuffworks.com/blu… tienen una respuesta decente, pero tendrá que revisar todo el texto.

Pero si prefieres 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, al igual que las citas, nuestro transceptor sabe que es muy selectivo y, con la ayuda de un filtro muy estrecho que elimina todas las frecuencias no relacionadas, lentamente encontrará algo.
Pero pocos conocen las lenguas extrañas que habla este dispositivo, porque habla en digital. Y debido a que era tan extraño, sus ingenieros creadores le regalaron tener una velocidad 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, finalmente lo hizo, y encontró un destello, si no una pequeña sonrisa en una tierra lejana, y ajustó frenéticamente su código para que coincida con el recibido. Como puede ver, todos los conversadores digitales tienen un código individual que usan cada vez que hablan, para difundir aún más las señales no deseadas y la interferencia (http://en.wikipedia.org/wiki/Spr…).

Sin embargo, los maestros análogos estaban furiosos con sus hijos pródigos y preguntaron:
‘¿Por qué quieres usar tanto ancho de banda solo para ofuscar tus tontas 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 que nadie hubiera entendido nada de lo que estaba sucediendo. Y si no estaban contentos, aún podían hablar a su manera triste y anticuada. Sin embargo, sabían que la mayoría de los ancianos ni siquiera se molestarían en hablar tan rápido, porque su voz aguda ( frecuencia ) nunca penetraría más que unas pocas paredes. No interesaba mucho sus voces fuertes (alta potencia de transmisión, mientras que Bluetooth usa típicamente <100mW) para desperdiciarlo en distancias de conversación tan serviles. Entonces hicieron lo que mejor sabían, y lentamente se marchitaron, olvidados en el polvo, en el sótano de un viejo radioaficionado, hasta que sus dioses decidieron que es mejor dejarlos para aplicaciones aeroespaciales.

Muy pronto, los jóvenes comenzaron a intercambiar identificaciones 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 forma de saber quién era quién, por lo que decidieron enviarse un PIN, un regalo mágico enviado por sus dioses.
Y se introdujo el PIN, y se siguieron más preguntas, y comenzaron a descubrir más y más capacidades ( servicios ) entre sí: quién sabía que podía simular un terminal de interfaz en serie de la vieja escuela (puerto COM virtual) como su padre, y que él era de una familia de músicos prodigiosa (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 idioma antiguo de la conmutación de datos por paquetes Ethernet . No fue al azar, porque ya ves, todos eran descendientes de un módem de confianza …

Pasaron muchos ciclos y se cambiaron, enviaron, descartaron y retrasaron muchos más paquetes, y los dos realmente se enamoraron el uno del otro.
Entonces decidieron formalizar la relación e iniciar un matrimonio . Ahora sabían cómo encontrarse cuando estaban cerca.

Pero 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 sucediendo. Dioses en acción, los dos estaban separados, por lo que hubo un punto en el que toda su charla se desvaneció en la charla de fondo, ya que sus oídos no eran tan sensibles (sensibilidad Rx en dBm).

Pasaron muchos teracycles, nuestro sauce llorón sentado en su dominio, una vez reina de su tierra, bendecida con el poder de Internet móvil y la transmisión de audio. Ahora no tenía ninguno, y su amante no se encontraba por ningún lado.

Entonces 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 ubicuidad, bajo consumo y bajo costo. La especificación Bluetooth define una estructura uniforme para una amplia gama de dispositivos para conectarse y comunicarse entre sí.
Cuando dos dispositivos habilitados para Bluetooth se conectan entre sí, esto se llama emparejamiento. La estructura y la aceptación global de la tecnología Bluetooth significa que cualquier dispositivo con Bluetooth, en casi cualquier parte del mundo, puede conectarse a otros dispositivos con Bluetooth ubicados cerca uno del otro.
Las conexiones entre dispositivos electrónicos habilitados para Bluetooth permiten que estos dispositivos se comuniquen de forma inalámbrica a través de redes ad hoc de corto alcance conocidas como piconets. Las piconetas se establecen de forma dinámica y automática a medida que los dispositivos con Bluetooth entran y salen de la proximidad de la radio, lo que significa que puede conectarse fácilmente cuando y donde sea conveniente para usted.
Cada dispositivo en una piconet también puede comunicarse simultáneamente con hasta otros siete dispositivos dentro de esa única piconet y cada dispositivo también puede pertenecer a varias piconets simultáneamente. Esto significa que las formas en que puede conectar sus dispositivos Bluetooth son casi ilimitadas.
Una fortaleza fundamental de la tecnología inalámbrica Bluetooth es la capacidad de manejar simultáneamente las transmisiones de datos y voz. que proporciona a los usuarios una variedad de soluciones innovadoras, como auriculares manos libres para llamadas de voz, capacidades de impresión y fax, y sincronización para PC y teléfonos móviles, solo por nombrar 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 soportar los casos de uso de sus soluciones.
Especificación del núcleo de Bluetooth
A diferencia de otros estándares inalámbricos, la especificación Bluetooth Core proporciona a los desarrolladores de productos definiciones de capa de enlace y de capa de aplicación, que admiten aplicaciones de datos y voz. Para obtener más información sobre la especificación de Bluetooth Core, visite nuestro (se requiere el inicio de sesión de miembro para algunas secciones del sitio).
Espectro
La tecnología Bluetooth opera en la banda industrial, científica y médica (ISM) sin licencia a una frecuencia de 2.4 a 2.485 GHz, utilizando un espectro extendido, salto de frecuencia, señal full-duplex a una velocidad nominal de 1600 hops / 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 adaptativa (AFH) de la tecnología Bluetooth fue diseñada para reducir la interferencia entre tecnologías inalámbricas que comparten el espectro de 2.4 GHz. AFH funciona 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 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 básica exige un rango mínimo, no hay un límite y los fabricantes pueden ajustar su implementación para admitir el caso de uso que están habilitando.
El alcance 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 energía y ayuda en la seguridad de las radios.
La tecnología Bluetooth de baja energía, optimizada para dispositivos que requieren la máxima duración de la batería en lugar de una alta velocidad de transferencia de datos, consume entre 1/2 y 1/100 la potencia de la tecnología Bluetooth clásica.
Información técnica de Bluetooth
Si es ingeniero, gerente de producto o cualquier otra persona que busca información técnica detallada.
. Encontrará una gran sección de Recursos técnicos (se requiere el inicio de sesión del miembro) que cubre las pruebas y la calificación, los perfiles, la Especificación básica de Bluetooth y mucho más.
Bluetooth SIG ejecuta este sitio web, que está dedicado a los miembros y sirve como la fuente definitiva de información sobre programas, iniciativas y desarrollo de tecnología inalámbrica Bluetooth SIG de Bluetooth. Si está asociado con una empresa miembro o está interesado en la membresía Bluetooth SIG.

  • Un Bluetooth usa ondas de radio en lugar de cables para conectarse a un teléfono o computadora.
  • Un producto Bluetooth, como un auricular o un 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 sí, deben 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 tecnología Bluetooth.
  • La red varía de dos a ocho dispositivos conectados. Cuando se establece una red, un dispositivo toma el rol de maestro mientras que todos los demás dispositivos actúan como esclavos.
  • Las piconetas se establecen de forma dinámica y automática a medida que los dispositivos Bluetooth entran y salen de la proximidad de la radio.

Para 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 Bluetooth (o capa física) opera en la banda ISM sin licencia centrada en 2,4 gigahercios (el mismo rango de frecuencias utilizado por microondas y Wi-Fi). El sistema central emplea un transceptor de salto de frecuencia para combatir interferencias y desvanecimientos.
Los dispositivos Bluetooth se administran utilizando una topología de RF conocida como “topología en estrella”. Un grupo de dispositivos sincronizados de esta manera forma una piconeta, 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 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 demás dispositivos en su piconet se conocen como esclavos. Esto podría incluir sus auriculares, receptor GPS, reproductor de MP3, estéreo del automóvil, etc.
Los dispositivos en una piconet usan un patrón de salto de frecuencia específico, que el dispositivo maestro determina algorítmicamente. El patrón de salto básico es un orden 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 interferentes. La técnica de salto adaptativo mejora la coexistencia de la tecnología Bluetooth con sistemas ISM estáticos (sin salto), como las redes Wi-Fi, cuando se encuentran 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 ubicados en estas ranuras. El salto de frecuencia tiene lugar entre la transmisión o 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 sincrónico y asincrónico, 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 manos libres, mientras que el tráfico asincrónico 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 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 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 indagador determine y muestre la naturaleza del dispositivo que ha reconocido su señal.
Supongamos 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 comienza estableciendo 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 sea consciente de nada más que la tarea que está tratando de 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 ( espectro ensanchado por salto de frecuencia ), que consiste en dividir la banda de frecuencia de 2.402-2.480 GHz en 79 canales (llamados saltos ) cada 1MHz de ancho, y luego transmitir la señal usando una secuencia de canales conocido por las estaciones de envío y recepción.

Por lo tanto, al cambiar de canal con una frecuencia de 1600 veces por segundo, el estándar Bluetooth puede evitar interferencias con otras señales de radio.

Principio de comunicación

El estándar Bluetooth se basa en un modo operativo maestro / esclavo. El término ” piconet ” se utiliza para referirse a la red formada por un dispositivo y todos los dispositivos que se encuentran dentro de su alcance. Pueden coexistir hasta 10 piconets dentro de un área de cobertura única. Un maestro se puede conectar simultáneamente a hasta 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.

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 unan entre sí para formar una red más amplia, llamada ” red de dispersión “, utilizando ciertos dispositivos que actúan como un puente entre las dos piconets.

Establecer conexiones

Establecer una conexión entre dos dispositivos Bluetooth sigue un procedimiento relativamente complicado destinado a garantizar una cierta cantidad de seguridad, como sigue:

  • Modo pasivo
  • Consulta: Encontrar puntos de acceso
  • Paginación: sincronización con puntos de acceso
  • Descubrimiento del servicio de punto de acceso
  • Crear 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 encontrados 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 utilizando una técnica llamada paginación , que implica principalmente sincronizar su reloj y frecuencia con el punto de acceso.

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

Al final de esta fase de descubrimiento del servicio, 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 se han diseñado para conectarse a un puerto estándar, independiente del hardware utilizado. Por ejemplo, ciertos programas de navegación de carreteras se han diseñado para conectarse a cualquier dispositivo GPS Bluetooth (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 llamado emparejamiento , que restringe el acceso solo a usuarios autorizados, para darle a la piconeta una cierta medida de protección. El emparejamiento se realiza con una clave de cifrado comúnmente conocida 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 solicitar al usuario que 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 (canales) diferentes centradas en 2,45 GHz, separadas de la radio, la televisión y los teléfonos celulares, y reservadas para su uso por dispositivos industriales, científicos y médicos. El mayor punto a favor de Bluetooth, es el transmisor de corto alcance. Lo que te da una mejor calidad.

Bluetooth es un método de intercambio de datos de corto alcance. Utiliza ondas de radio de ultra alta frecuencia 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 similar a Wi-Fi, solo con una frecuencia de operador diferente y un protocolo diferente. También rango potencialmente más corto.

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

De todos modos, estos datos modulados tienen un formato particular que los módulos Bluetooth entienden; 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 bluetooth.

solo eche un vistazo si está interesado …