Tecnologia Bluetooth

Introdução

O Bluetooth é uma tecnologia que permite uma comunicação simples, rápida, segura e barata entre computadores, smartphones, telefones celulares, mouses, teclados, fones de ouvido, impressoras e outros dispositivos, utilizando ondas de rádio no lugar de cabos. Assim, é possível fazer com que dois ou mais dispositivos comecem a trocar informações com uma simples aproximação entre eles. Que tal saber um pouco sobre como o Bluetooth funciona e conhecer mais algumas de suas características? É o que você verá nas próximas linhas.

O que é Bluetooth

Bluetooth é um padrão global de comunicação sem fio e de baixo consumo de energia que permite a transmissão de dados entre dispositivos compatíveis com a tecnologia. Para isso, uma combinação de hardware e software é utilizada para permitir que essa comunicação ocorra entre os mais diferentes tipos de aparelhos. A transmissão de dados é feita através de radiofrequência, permitindo que um dispositivo detecte o outro independente de suas posições, desde que estejam dentro do limite de proximidade.

Para que seja possível atender aos mais variados tipos de dispositivos, o alcance máximo do Bluetooth foi dividido em três classes:

Classe 1: potência máxima de 100 mW, alcance de até 100 metros;
Classe 2: potência máxima de 2,5 mW, alcance de até 10 metros;
Classe 3: potência máxima de 1 mW, alcance de até 1 metro.

Isso significa que um aparelho com Bluetooth classe 3 só conseguirá se comunicar com outro se a distância entre ambos for inferior a 1 metro, por exemplo. Neste caso, a distância pode parecer inutilizável, mas é suficiente para conectar um fone de ouvido a um telefone celular pendurado na cintura de uma pessoa. É importante frisar, no entanto, que dispositivos de classes diferentes podem se comunicar sem qualquer problema, bastando respeitar o limite daquele que possui um alcance menor.

A velocidade de transmissão de dados no Bluetooth é baixa: até a versão 1.2, a taxa pode alcançar, no máximo, 1 Mbps. Na versão 2.0, esse valor passou para até 3 Mbps. Embora essas taxas sejam curtas, são suficientes para uma conexão satisfatória entre a maioria dos dispositivos. Todavia, a busca por velocidades maiores é constante, como prova a chegada da versão 3.0, capaz de atingir taxas de até 24 Mbps.

Surgimento do Bluetooth

A história do Bluetooth começa em meados de 1994. Na época, a empresa Ericsson começou a estudar a viabilidade de desenvolver uma tecnologia que permitisse a comunicação entre telefones celulares e acessórios utilizando sinais de rádio de baixo custo, ao invés dos tradicionais cabos. O estudo era feito com base em um projeto que investigava o uso de mecanismos de comunicação em redes de telefones celulares, que resultou em um sistema de rádio de curto alcance que recebeu o nome MCLink. Com a evolução do projeto, a Ericsson percebeu que o MCLink poderia dar certo, já que o seu principal atrativo era uma implementação relativamente fácil e barata.

Em 1997, o projeto começou a despertar o interesse de outras empresas que, logo, passaram a fornecer apoio. Por conta disso, em 1998 foi criado o consórcio Bluetooth SIG (Special Interest Group), formado pelas empresas Ericsson, Intel, IBM, Toshiba e Nokia. Note que esse grupo é composto por dois "gigantes" das telecomunicações (Ericsson e Nokia), dois nomes de peso na fabricação de PCs (IBM e Toshiba) e a líder no desenvolvimento de chips e processadores (Intel). Essa diversidade foi utilizada para permitir o desenvolvimento de padrões que garantissem o uso e a interoperabilidade da tecnologia nos mais variados dispositivos.

A partir daí, o Bluetooth começou a virar realidade, inclusive pela adoção desse nome. A denominaçãoBluetooth é uma homenagem a um rei dinamarquês chamado Harald Blåtand, mais conhecido comoHarald Bluetooth (Haroldo Dente-Azul). Um de seus grandes feitos foi a unificação da Dinamarca, e é em alusão a esse fato que o nome Bluetooth foi escolhido, como que para dizer que a tecnologia proporciona a unificação de variados dispositivos. O logotipo do Bluetooth é a junção de dois símbolos nórdicos que correspondem às iniciais de Harald.

Frequência e comunicação

O Bluetooth é uma tecnologia criada para funcionar no mundo todo, razão pela qual se fez necessária a adoção de uma frequência de rádio aberta, que seja padrão em qualquer lugar do planeta. A faixa ISM (Industrial, Scientific, Medical), que opera à frequência de 2,45 GHz, é a que me mais se aproxima dessa necessidade e é utilizada em vários países, com variações que vão de 2,4 GHz à 2,5 GHz.

Como a faixa ISM é aberta, isto é, pode ser utilizada por qualquer sistema de comunicação, é necessário garantir que o sinal do Bluetooth não sofra e não gere interferências. O esquema de comunicação FH-CDMA (Frequency Hopping -Code-Division Multiple Access), utilizado pelo Bluetooth, permite tal proteção, já que faz com que a frequência seja dividida em vários canais. O dispositivo que estabelece a conexão vai mudando de um canal para outro de maneira muito rápida. Esse esquema é chamado "salto de frequência" (frequency hopping). Isso faz com que a largura de banda da frequência seja muito pequena, diminuindo sensivelmente as chances de uma interferência. No Bluetooth, pode-se utilizar até 79 frequências (ou 23, dependendo do país) dentro da faixa ISM, cada uma espaçada da outra por 1 MHz.

Como um dispositivo se comunicando por Bluetooth pode tanto receber quanto transmitir dados (modofull-duplex), a transmissão é alternada entre slots para transmitir e slots para receber, um esquema denominado FH/TDD (Frequency Hopping/Time-Division Duplex). Esses slots são canais divididos em períodos de 625 µs (microssegundos). Cada salto de frequência deve ser ocupado por um slot, logo, em 1 segundo, tem-se 1600 saltos.

No que se refere ao enlace, isto é, à ligação entre o emissor e receptor, o Bluetooth faz uso, basicamente, de dois padrões: SCO (Synchronous Connection-Oriented) e ACL (AsynchronousConnection-Less). O primeiro estabelece um link sincronizado entre o dispositivo master e o dispositivo escravo, onde é feito uma reserva de slots para cada um. Assim, o SCO acaba sendo utilizado principalmente em aplicações de envio contínuo de dados, como voz. Por funcionar dessa forma, o SCO não permite a retransmissão de pacotes de dados perdidos. Quando ocorre perda em uma transmissão de áudio, por exemplo, o dispositivo receptor acaba reproduzindo som com ruído. A taxa de transmissão de dados no modo SCO é de 432 Kbps, sendo de 64 Kbps para voz.

O padrão ACL, por sua vez, estabelece um link entre um dispositivo master e os dispositivos slave existentes em sua rede. Esse link é assíncrono, já que utiliza os slots previamente livres. Ao contrário do SCO, o ACL permite o re-envio de pacotes de dados perdidos, garantindo a integridade das informações trocadas entre os dispositivos. Assim, acaba sendo útil para aplicações que envolvam transferência de arquivos, por exemplo. A velocidade de transmissão de dados no modo ACL é de até 721 Kbps.

Redes Bluetooth

Quando dois ou mais dispositivos se comunicam através de uma conexão Bluetooth, eles formam uma rede denominada piconet. Nessa comunicação, o dispositivo que iniciou a conexão assume o papel demaster (mestre), enquanto que os demais dispositivos se tornam slave (escravos). Cabe ao master a tarefa de regular a transmissão de dados entre a rede e o sincronismo entre os dispositivos.

Cada piconet pode suportar até 8 dispositivos (um master e 7 slave), no entanto, é possível fazer com esse número seja maior através da sobreposição de piconets. Em poucas palavras, isso significa fazer com que uma piconet se comunique com outra dentro de um limite de alcance, esquema esse denominado scatternet. Note que um dispositivo slave pode fazer parte de mais de uma piconet ao mesmo tempo, no entanto, um master só pode ocupar essa posição em uma única piconet.

Para que cada dispositivo saiba quais outros fazem parte de sua piconet, é necessário fazer uso de um esquema de identificação. Para isso, um dispositivo que deseja estabelecer uma conexão em uma piconet já existente pode emitir um sinal denominado Inquiry. Os dispositivos que recebem o sinal respondem com um pacote FHS (Frequency Hopping Synchronization) informando a sua identificação e os dados de sincronismo da piconet. Com base nessas informações, o dispositivo pode então emitir um sinal chamadoPage para estabelecer uma conexão com outro dispositivo.

Como o Bluetooth é uma tecnologia que também oferece como vantagem economia de energia, um terceiro sinal denominado Scan é utilizado para fazer com que os dispositivos que estiverem ociosos entrem em stand-by, isto é, operem em um modo de descanso, poupando eletricidade. Todavia, dispositivos neste estado são obrigados a "acordar" periodicamente para checar se há outros aparelhos tentando estabelecer conexão.

Versões do Bluetooth

O Bluetooth é uma tecnologia em constante evolução, o que faz com que suas especificações mudem e novas versões surjam com o tempo. Até o momento do fechamento deste artigo no InfoWester, as versões disponíveis eram:

- Bluetooth 1.0: a versão 1.0 (e a versão 1.0B) representa as primeiras especificações do Bluetooth. Por ser a primeira, os fabricantes encontravam problemas que dificultavam a implementação e a interoperabilidade entre dispositivos com Bluetooth;

- Bluetooth 1.1: lançada em fevereiro de 2001, a versão 1.1 representa o estabelecimento do Bluetooth como um padrão IEEE 802.15. Nela, muitos problemas encontrados na versão 1.0B foram solucionados e o suporte ao sistema RSSI foi implementado;

- Bluetooth 1.2: lançada em novembro de 2003, a versão 1.2 tem como principais novidades conexões mais rápidas, melhor proteção contra interferências, suporte aperfeiçoado a scatternets e processamento de voz mais avançado;

- Bluetooth 2.0: lançada em novembro de 2004, a versão 2.0 trouxe importantes aperfeiçoamentos ao Bluetooth: diminuição do consumo de energia, aumento na velocidade de transmissão de dados para 3 Mbps (2.1 Mbps efetivos), correção às falhas existentes na versão 1.2 e melhor comunicação entre os dispositivos;

- Bluetooth 2.1: lançada em agosto de 2007, a versão 2.1 tem como principais destaques o acréscimo de mais informações nos sinais Inquiry (permitindo uma seleção melhorada dos dispositivos antes de estabelecer uma conexão), melhorias nos procedimentos de segurança (inclusive nos recursos de criptografia) e melhor gerenciamento do consumo de energia;

- Bluetooth 3.0: versão lançada em abril de 2009, tem como principal atrativo taxas altas de velocidade de transferência de dados. Dispositivos compatíveis podem atingir a marca de 24 Mbps de transferência. O "truque" para atingir taxas tão elevadas está na incorporação de transmissões 802.11 (saiba mais sobre isso neste artigo sobre Wi-Fi). Outra vantagem é o controle mais inteligente do gasto de energia exigido para as conexões. O Bluetooth 3.0 é compatível com as versões anteriores da tecnologia;

- Bluetooth 4.0: as especificações desta versão foram anunciadas em meados de dezembro de 2009 e o seu principal diferencial não é velocidade, mas sim economia de energia. Esse novo padrão é capaz de exigir muito menos eletricidade quando o dispositivo está ocioso, recurso especialmente interessante, por exemplo, para telefones celulares que consomem muita energia quando o Bluetooth permanece ativado, mas não em uso. A velocidade padrão de transferência de dados do Bluetooth 4.0 é de 1 Mbps.

O fato de haver várias versões não significa que um dispositivo com uma versão atual não funcione com outro com uma versão inferior, embora possam haver exceções. Todavia, se um dispositivo 2.0 for conectado a outro de versão 1.2, por exemplo, a velocidade da transmissão de dados será limitada à taxa suportada por este último.

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