05 - Bluetooth

Introdução

O IEEE 802.15, mas conhecido como Bluetooth, é mantido atualmente pela SIG (Bluetooth Special Interest Group). O SIG é um grupo fundado em 1998, que desenvolve a tecnologia Bluetooth para seus aparelhos. Como integrantes deste grupo existenm grandes empresas de diversos segmentos, tais como: computação, música, telecomunicações, etc.
O Bluetooth é um protocolo que possibilita a conexão e a troca de informação entre dispostivos, como celulares, computadores, impressoras, dentre outros. Esta comunicação ocorre através de uma frequência de rádio com curto alcance.
Uma rede Bluetooth é dita ad-hoc, uma rede que se caracteriza pela ausência de infra-estrutura física. A responsabilidade por organizar e controlar a rede fica dividida entre os dispositivos.

Conceitos básicos

O sistema Bluetooth é baseado no padrão IEEE 802.15.1, sendo utilizado para troca de dados à curtas distâncias, enquadrando-se como rede pessoal (WPAN). Foi conceitualmente desenvolvido para ser uma versão wireless do barramento serial RS-232. Uma das grandes vantagens é que pode conectar diversos dispositivos simultâneamente, sem grandes problemas com sincronização. A comunicação usa ondas curtas, na faixa entre 2400 e 2480 MHz, utilizando espalhamento espectral por salto em frequência (FHSS).

Os dispostivos Bluetooth são divididos em 3 classes:

• • Classe 1: possui um alcance de 100m, na teoria, visto que na prática nunca nos encontramos em um ambiente livre de obstáculos.
  • Classe 2: são os mais usados atualmente, sendo encontrado na maioria dos celulares e dispositivos portáteis. Possui alcance de 10m.
  • Classe 3: raramente encontrada. Possui alcance de 1m.

A conexão entre dispositivos é feita através de um relacionamento mestre/escravo. O dispositivo mestre é aquele que inicia a conexão, podendo conectar-se a até sete dispositivos escravos ativos simultâneamente, ou ainda a até 255 dispositivos escravos inativos, que podem ser acionados a qualquer instante de acordo com a necessidade. Essas conexões ativas formam um grupo de rede denominado Piconet. Piconet é uma rede ad-hoc, que utiliza os protocolos da tecnologia Bluetooth para prover a conexão entre dispositivos.

Redes Piconet distintas podem ainda conectar-se, através dispositivos que agem como pontes, formando uma Scatternet.

Na figura, os dispositivos mestres estão marcados em vermelho, os escravos em verde e os inativos em azul.

O primeiro passo para promover uma conexão Bluetooth é a varredura. Qualquer dispositivo pode realizar a varredura para identificar outros dispositivos para conexão, e fica a cargo da configuração do dispositivo aceitar ou não a requisição de conexão. Caso o dispositivo que esteja tentando a conexão souber o endereço do dispositivo que se queira conectar, o mesmo vai sempre responder as requisições. Porém, o uso dos dispositivos ficam aguardando a aceitação do proprietário ou o pareamento(emparelhamento). O emparelhamento consiste em estabelecer uma conexão segura e transparente entre dois dispositivos através de uma senha, compartilhada entre os dois.

Todos os dispositivos que constituem a tecnologia Bluetooth possuem um número único constituído de 48 bits que serve como identificação, no formato de 00:00:00:00:00:00. Quando é estabelecida a conexão entre dispositivos, uma série de informações são apresentadas para os dispositivos participantes: classe do dispositivo, lista de serviços disponíveis, características, fabricantes, etc., além do número no formato apresentado que geralmente é substituído por algum nome dado ao dispositvo (somente na sua apresentação).

Fornecedores/desenvolvedores

O SIG (Bluetooth Special Interest Group) é a orgaização que gerencia o desenvolvimento dos padrões Bluetooth e o licenciamento das tecnologias e marcas para os fabricantes, sendo que esta organização em si não faz, produz ou vende produtos com tecnologia Bluetooth. É uma associação privada, sem fins lucrativos, fundada em 1998, sendo que sua sede é em Kirkland, Whashington. O atual CEO é Michael W. Foley.

O SIG também apresenta outros escritórios em Hong Kong, Taiwan, Pequim, Seoul, Tóquio e Malmö, Suécia.

Esta associação é a proprietária das marcas e dos direitos relacionados ao Bluetooth. Para que uma empresa possa utilizar essas marcas e ter acesso aos arquivos de desenvolvimento da tecnologia, ela deve se associar ao SIG. (Existem alguns arquivos de desenvolvimento livres para o público, e podem ser encontrados no domínio bluetooth.org).

Atualmente, além da equipe profissional, o SIG conta com mais de 13000 empresas-membros, que participam em vários grupos de trabalho para a produção de novos documentos de padronização e análise da qualidade da tecnologia em novos produtos.

Os membros do SIG participam em grupos de estudo, grupos de especialistas, grupos de trabalho e comitês. Os grupos de estudo são responsáveis por desenvolver pesquisas nas várias áreas que possam contribuir para o desenvolvimento do Bluetooth. Os especialistas lidam com questões de importância técnica para todos os aspectos do desenvolvimento do Bluetooth. Já os grupos de trabalho são responsáveis por desenvolver novas especificações e aprimorar as especificações já adotadas. Por fim, os comitês lidam com questões de licenciamento, marketing e revisão, incluindo desenvolvimento e manutenção do processo de qualidade.

Membros

Qualquer empresa que deseje incorporar a tecnologia Bluetooth nos seus produtos deve se tornar membro do SIG. Há três classes de membros, totalizando mais de 13 mil. Além das empresas, indivíduos específicos de empresas-membro podem participar.

• Membros Promotores

Estes são os membros mais ativos do SIG e tem influência considerável sobre estratégias e direçoes técnicas do Bluetooth como um todo. Os atuais membros promotores são Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba (fundadoras), além de Motorola (1999), Lenovo (2005) e Microsoft (2008). Cada um destes membros tem uma cadeira (e um voto) no quadro de diretores e no quadro de revisão de qualidade (o corpo responsável por desenvolver e manter o processo de qualificação). Estas empresas devem manter várias equipes nos vários grupos de trabalho e comitês que formam o SIG.

• Membros Associados

Os membros associados renovam seu vínculo anualmente, e a sua contribuição financeira depende do rendimento da empresa. As empresas com rendimento anual superior a 100 milhões de dólares devem contribuir com 35 mil dólares anuais. Por outro lado, as empresas com rendimento inferior a 100 milhões devem contribuir com 7500 dólares anuais. Estes membros tem acesso direto às especificações mais recentes do Bluetooth e são elegíveis para trabalhar nos grupos de trabalho e comitês, uma oportunidade para benchmarking da tecnologia com os membros promotores.

• Membro Adotante

É uma categoria de membro gratuita e possibilita ao membro usar as especificações Bluetooh publicadas e logos. Esses membros não tem acesso mais cedo às especificações não publicadas, como os associados, e não podem trabalhar nos grupos de trabalho e comitês, que direcionam o desenvolvimento da tecnologia.

• Universidades

Universidades são aceitas como membros. A pessoa que registra a instituição deve ter poder e autoridade para aceitar os termos da parceria em nome da escola. Estudantes que quiserem ter acesso às especificações não podem registrar sua instituição, mas devem criar contas de usuário no domínio do SIG, bluetooth.org, que será associada a uma instituição membro.

Cronologia

O Bluetooth foi originalmente desenvolvido para ser um substituto wireless para o barramento serial RS-232, em 1994, Por Japp Haartsen e Sven Mattisson, que trabalhavam para a Ericsson, na Suécia. A especificação é baseada em FHSS. As especificações inicialmente desenvolvidas foram formalizadas pelo SIG, formalmente anunciado em 20 de maio de 1998. Todas as versões dos padrões Bluetooth são projetados para ter compatibilidade com as versões anteriores; isso permite que a versão mais recente possa se comunicar com todas as outras versões anteriores.

• Bluetooth 1.0 e 1.0B

As versões 1.0 e 1.0B tiveram muitos problemas, e os fabricantes tiveram dificuldades de fazer seus produtos interoperáveis. Estas versões também incluiam transmissão obrigatória do endereço do hardware do dispositivo (BD_ADDR) no processo de conexão, o que foi um grande ponto contra para alguns serviços que planejavam utilizar a tecnologia.

• Bluetooth 1.1

Ratificado como o padrão IEEE 802.15.1-2002, trouxe soluções para vários erros encontrados nas versões 1.0 e 1.0B. Além disso, adicionou suporte para canais não-criptografados e a funcionalidade RSSI - Received Signal Strength Indicator, que possibilitava conhecer a qualidade da conexão.

• Bluetooth 1.2

Esta versão foi compatível com a versão 1.1, sendo ratificada como o padrão IEEE 802.15.1-2003. Dentre as suas grandes melhorias, podemos citar: busca e conexão mais velozres, FHSS adaptativo, que aumenta a resistência do dispositivo à interferência ao evitar usar frequências muito povoadas para a sequência de salto, maiores taxas de transmissão (até 721 Kbps), Extended Synchronous Connections (eSCO), que melhorou a qualidade de enlaces de áudio através da retransmissão de pacotes corrompidos, além de introduzir controle de fluxo e modos de retransmissão.

• Bluetooth 2.0 + EDR

Esta versão de especificação do núcleo Bluetooth foi lançada em 2004 e era compatível com a versão 1.2 A principal diferença foi a introdução de Enhanced Data Rate (EDR), ou seja, taxas mais altas de transmissão de dados, da ordem de 2,1 Mbps práticos (3 Mbps nominais). A EDR usa uma combinação de GFSK e PSK, o que o possibilita prover menos consumo de energia através da redução do ciclo de trabalho.

• Bluetooth 2.1 + EDR

A especificação para o núcleo do Bluetooth versão 2.1 + EDR é totalmente compatível com as versões anteriores, e foi adotada pelo SIG em 26 de julho de 2007. A grande evolução desta versão foi o SSP (secure simple pairing, ou paridade simples segura): isso tornou possível a experiência de paridade entre dispositivos Bluetooth, ao mesmo tempo em que incrementou o uso e a força da segurança. Outras evoluções interessantes foram a EIR (Extended inquiry response), que provê mais informações durante o procedimento de busca, de forma a permitir uma filtragem melhor dos dispositivos antes da conexão, além da redução do consumo no modo baixa potência.

• Bluetooth 3.0 + HS

Esta versão, 3.0 + HS foi adotada pelo SIG em 21 de abril de 2009. Esta versão suporta taxas de transmissão teóricas de até 24 Mbps, mas não através do enlace Bluetooth propriamente dito. Ao invés disto, o enlace é usado para negociação e estabelecimento da chamada, e o tráfego de alta velocidade é carregado sobre um enlace 802.11. Seu grande avanço é o AMP, uma adição ao 802.11 para transporte em alta velocidade. O HS da especificação se refere justamente ao suporte do Bluetooth para transferência de dados em alta velocidade via 802.11.

• Bluetooth 4.0

O SIG completou a especificação do núcleo Bluetooth versão 4,0, que inclui protocolos de Bluetooth Clássico, Bluetooth de alta velocidade (baseado em Wi Fi) e Bluetooth de baixa energia, sendo adotada em 30 de junho de 2010.

Pontos relevantes

• Tecnologia privada aberta (de propriedade de um grupo, mas aberta para o público);
• WPAN (baixo alcance)
• Frequência de 2,45 Mhz
• Relação mestre/escravo
• Rede ad-hoc
• Pareamento