O que é bluetooth, como funciona e quais as suas versões?

O Bluetooth é uma forma de tecnologia sem fio usada para transmitir dados em distâncias relativamente curtas, de um dispositivo para outro, e pode ser incorporado em uma variedade de dispositivos. Os dados podem variar de uma simples instrução - um smartphone informando a uma lâmpada inteligente paa acender, por exemplo - até pequenos arquivos, como documentos de texto e aplicativos de largura de banda mais ampla, como streaming de áudio de alta definição.

O Bluetooth ajudou os mercados multibilionários de alto-falantes e fones de ouvido sem fio, bem como diversos outros dispositivos, desde smartphones a carros. A tecnologia também é usada por controles de console de videogame sem fio, dispositivos de rastreamento e a tecnologia vestível como smartwatches, rastreadores fitness e aparelhos auditivos.

De onde vem o nome do Bluetooth?

A tecnologia foi batizada em homenagem ao rei dinamarquês do século 10, Harald Bluetooth, que uniu as tribos da Dinamarca da mesma forma que os desenvolvedores do Bluetooth esperavam que a tecnologia unisse dispositivos antes não conectados.

O desenvolvimento do Bluetooth começou no Ericsson Mobile da Suécia, em 1989, quando a Ericsson e a IBM exploraram a ideia de conectar sem fio um telefone celular a um notebook, dando ao computador uma conexão de rede celular.

Desde o início havia o acordo de que a tecnologia seria um padrão aberto da indústria, o que significa que qualquer pessoa poderia usá-la. Logo após o início do desenvolvimento, a Intel, a Toshiba e a Nokia juntaram-se à Ericsson e à IBM, antes que o Bluetooth Special Interest Group (SIG) fosse formado em 1998.

Como funciona uma conexão Bluetooth

Os dispositivos Bluetooth operam em 79 frequências diferentes no espectro de ondas de rádio de 2,45 GHz. Quando dois dispositivos desejam se conectar, digamos um smartphone ao uma smartband, eles escolhem um dos 79 canais aleatoriamente, ou tentam um diferente se este já estiver ocupado por outro par de dispositivos próximos.

Depois que um par de dispositivos for 'emparelhado', eles se lembrarão um do outro, a menos que você diga a eles para esquecer. É por isso que seu smartphone irá (ou pelo menos deveria) conectar-se automaticamente sempre que você liga seu fone de ouvido sem fio, já que os dois dispositivos se conhecem e confiam um no outro.

Diferentes versões de Bluetooth

Desde o advento da versão 1.0 em 1999, o Bluetooth passou por muitas revisões em sua tecnologia. Embora seu objetivo original fosse substituir a comunicação serial com fio, os métodos de transmissão evoluíram a cada iteração do Bluetooth, como podemos ver abaixo.

Versão 1.0 - 3.0: Bluetooth Classic

Quando falamos sobre cada iteração do Bluetooth, três fatores ajudam a distinguir entre as diferentes versões: alcance, velocidade de dados e consumo de energia. Esses fatores são determinados pelo esquema de modulação e pelo pacote de dados usado.

Quando a primeira versão do Bluetooth foi lançada, ela abriu caminho para os fones de ouvido sem fio, alto-falantes e controles de jogos que usamos hoje. No entanto, naquela época o Bluetooth 1.0 era muito mais lento do que o que temos agora. As velocidades de dados limitavam-se a 1 Mbps, e o alcance atingiu apenas 10 metros.

A primeira versão do Bluetooth usava um esquema de modulação chamado Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK). Com GFSK, a portadora modulada muda entre duas frequências representando 1s e 0s.

Quando o Bluetooth 2.0 foi lançado, o GFSK foi escolhido em favor de dois novos esquemas: p / 4-DQPSK e 8DPSK, que usava mudanças na fase das formas de onda para transportar informações, em oposição à modulação de frequência.

Esses dois esquemas resultaram em velocidades de dados sem precedentes de 2 Mbps e 3 Mbps, respectivamente. O Bluetooth 3.0 melhorou ainda mais as velocidades de dados com a adição de 802.11 para até 24 Mbps de transferência de dados, embora essa não fosse uma parte obrigatória da especificação 3.0.

Os resultados foram revolucionários. Soluções sem fio de curto alcance agora podiam fornecer conexão confiável e de alta velocidade, abrindo possibilidades de grande avanço tecnológico em dispositivos sem fio. No entanto, um fator significativo ainda impedia as primeiras versões do Bluetooth de integração generalizada com a IoT: o consumo de energia.

Por causa da grande quantidade de energia necessária das versões 1.0 - 3.0 do Bluetooth, também conhecidas como Bluetooth Classic, pequenos dispositivos continuariam a sofrer com a curta duração da bateria, tornando as primeiras versões do Bluetooth impraticáveis ​​para uso de IoT.

Versões 4.0 - 5.0: Bluetooth de baixa energia

Para atender à crescente demanda por conectividade sem fio entre pequenos dispositivos, o Bluetooth 4.0 foi apresentado ao mercado com uma nova categoria de Bluetooth: Bluetooth Low Energy (BLE). Voltado para aplicações que requerem baixo consumo de energia, o BLE retorna a uma taxa de transferência de dados inferior de 1Mbps usando o esquema de modulação GFSK.

Embora a taxa de transferência máxima de dados do BLE de 1 Mbps possa não ser adequada para produtos que requerem um fluxo contínuo de dados, como fones de ouvido sem fio, outros aplicativos IoT precisam apenas enviar pequenos bits de dados periodicamente.

Um exemplo são os wearables fitness que transmitem pequenas quantidades de dados de temperatura para o seu smartphone apenas quando solicitados (de um aplicativo móvel, talvez). Com o foco em manter as demandas de energia baixas, o Bluetooth Low Energy torna viáveis ​​muitas aplicações IoT operadas por bateria de célula tipo moeda (por exemplo, beacons).

A versão mais recente do protocolo é o Bluetooth 5, um aprimoramento dos padrões BLE anteriores. Ele ainda é voltado para aplicativos de baixa potência, mas melhora a faixa e a taxa de dados do BLE. Ao contrário da versão 4.0, o Bluetooth 5 oferece quatro taxas de dados diferentes para acomodar uma variedade de faixas de transmissão: 2Mbps, 1Mbps, 500kbps, 125kbps.

Como um aumento no alcance de transmissão requer uma redução na taxa de dados, a taxa de dados mais baixa de 125 kbps foi adicionada para oferecer suporte a aplicativos que se beneficiam mais de um alcance aprimorado. Um exemplo é que os sensores minúsculos não são necessários para enviar grandes quantidades de dados, portanto, assim reduzem a taxa de dados, permitindo que esses sensores transfiram informações em até 240 metros.

Em contraste, a opção de transmitir dados a 2 Mbps é voltada para aplicações em que o alcance deve ser curto, mas pode se beneficiar muito com o aumento na velocidade dos dados. A flexibilidade em velocidades de dados oferecida pelo Bluetooth 5 permite que produtos de baixa potência enviem dados ainda mais sofisticados ao usuário final.