Bluetooth es un estándar de tecnología inalámbrica de corto alcance que permite la conexión y comunicación entre dispositivos a distancias de hasta 100 metros. La clave de Bluetooth reside en su pila de protocolos que define todo el sistema Bluetooth desde la capa de radio hasta la aplicación de alto nivel.
La pila de protocolos Bluetooth consta de cinco capas: la capa de radio, la capa de banda base, la capa de enlace, la capa de protocolo de adaptación y control de enlace lógico (L2CAP) y la capa de aplicación.
Radio Layer maneja la modulación, transmisión y recepción de señales de radio Bluetooth sin procesar en la banda ISM de 2,4 GHz. Define los requisitos para los circuitos transceptores de radio. Las diferentes versiones de Bluetooth funcionan en diferentes rangos de frecuencia y utilizan diferentes esquemas de modulación. Por ejemplo, Bluetooth Low Energy utiliza modulación por cambio de frecuencia gaussiana, mientras que Bluetooth clásico utiliza modulación por cambio de frecuencia gaussiana inicialmente y cambia a modulación por cambio de fase más adelante.
La capa de banda base se encuentra sobre la capa de radio y gestiona los enlaces físicos de RF entre dispositivos Bluetooth. Maneja la configuración de canales, sincronización de paquetes, control de energía, ARQ y funciones de seguridad como autenticación y cifrado. El protocolo Baseband define procedimientos de consulta y localización que permiten que los dispositivos se descubran y se conecten entre sí. También define la lógica para los roles maestro-esclavo, distribución de relojes y secuencias de salto.
La capa de enlace proporciona segmentación, reensamblaje y control de flujo de paquetes de datos. Garantiza la integridad de los datos a través de la interfaz aérea mediante comprobaciones CRC. La capa de enlace utiliza la gestión de latencia esclava para reducir el consumo de energía en los dispositivos esclavos. Define la estructura de una piconet Bluetooth que tiene 1 maestro conectado a hasta 7 esclavos activos.
L2CAP proporciona multiplexación de protocolos para admitir protocolos de nivel superior. Segmenta y vuelve a ensamblar datos de la capa de aplicación en paquetes de banda base. L2CAP también maneja la calidad del servicio al proporcionar canales priorizados con tarifas de datos garantizadas. Define máquinas de estado de protocolo y procedimientos para la configuración de canales y el establecimiento de conexiones entre dos dispositivos.
La capa de aplicación superior define los protocolos y perfiles adoptados que permiten la creación de aplicaciones Bluetooth. Los ejemplos de protocolos adoptados incluyen PAN para redes Bluetooth, intercambio de objetos para sincronización de datos y protocolo de control de telefonía para auriculares Bluetooth. Los perfiles estándar definen especificaciones para servicios Bluetooth como transferencia de archivos, telefonía inalámbrica, dispositivos de interfaz humana y muchos más.
En resumen, la arquitectura bien definida de la pila de protocolos Bluetooth es clave para permitir conexiones inalámbricas sólidas. Cada capa tiene responsabilidades específicas relacionadas con el hardware de nivel inferior, la transmisión de radio, las conexiones o las aplicaciones de alto nivel. El diseño de pila modular permitió que Bluetooth creciera desde su enfoque inicial en el reemplazo de cables hasta admitir dispositivos sensores de Internet de las cosas y redes inalámbricas completas en la actualidad.