Compreendendo a confiabilidade da tecnologia Bluetooth
A tecnologia Bluetooth obtém confiabilidade por meio das maneiras sofisticadas em que usa o rádio para codificar e comunicar dados. O esquema de modulação usado pelo Bluetooth para codificar dados digitais, conhecido como Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK), funciona bem em caso de interferência e aplica um filtro de suavização ao sinal que reduz o ruído.
E, em vez de usar um único canal de rádio, o Bluetooth usa uma série de técnicas de espectro de propagação, mais notavelmente, Adaptive Frequency Hopping (AFH), o que significa que os pacotes são transmitidos usando uma sequência aleatória de até 40 canais de rádio distintos, para que a comunicação não seja afetada por um ou mais canais sujeitos a interferência. Os protocolos usados pelo Bluetooth incluem confirmações, detecção de erros e, às vezes, até esquemas de correção de erros proativos.
O que queremos dizer com confiabilidade?
Em termos simples, a comunicação é considerada confiável se os dados transmitidos forem os mesmos dados recebidos por um dispositivo de destino. Podemos tornar nossa definição mais matizada com os requisitos relacionados à latência ou incluindo uma tolerância máxima para uma pequena porcentagem de falhas
Quais são os maiores desafios do Bluetooth em fornecer comunicação confiável?
A tecnologia Bluetooth usa a banda de rádio ISM de 2,4 GHz, que também é usada por Wi-Fi, telefones sem fio e até fornos de microondas. Os dispositivos Bluetooth estão em quase todos os lugares e em números cada vez maiores também, portanto, compartilhar a banda ISM com um grande número de dispositivos e várias tecnologias sem fio é um dos principais desafios.
Outras tecnologias sem fio usam um único canal de rádio configurado dentro da banda ISM, mas o Bluetooth usa técnicas de espalhamento espectral, como salto de frequência adaptável, que reduz a probabilidade de colisões de pacotes. Das várias tecnologias sem fio de baixo consumo de energia, o Bluetooth usa a taxa de símbolo mais rápida (o equivalente analógico da taxa de bits) e os pacotes são pequenos. Isso também reduz a probabilidade de colisões de pacotes, pois os pacotes ficam no ar por um breve período de tempo.
Você pode elaborar mais sobre o salto de frequência adaptativo (AFH)?
A banda de rádio ISM abrange a faixa de frequências começando em 2400 MHz e terminando em 2483,5 MHz. O Bluetooth Low Energy (LE) divide esse intervalo em 40 canais, cada um com 2 MHz de largura. Quando dois dispositivos estão conectados e se comunicando, os pacotes são transmitidos e recebidos em um canal selecionado aleatoriamente. Periodicamente, às vezes a cada 7,5 ms, o canal selecionado usado por ambos os dispositivos muda para um novo canal. Os dispositivos medem o desempenho de cada canal e, se for detectado um número significativo de erros, os dispositivos são excluídos do processo de seleção de canais.
Dessa forma, o algoritmo de salto de frequência se adapta e evita partes da banda ISM que estão atualmente sofrendo interferência. A combinação de salto de frequência para espalhar a comunicação por toda a banda ISM e a maneira como o AFH se adapta às condições atuais torna a comunicação Bluetooth confiável, mesmo em ambientes de rádio bastante hostis.
Quais são as outras técnicas para garantir uma comunicação confiável?
Os recursos de confiabilidade estão presentes na maioria das camadas da pilha Bluetooth, desde a camada física na parte inferior até as camadas superiores, como o protocolo de atributos e a maneira como as mensagens funcionam em uma rede mesh Bluetooth. A comunicação confiável é alcançada por meio dos efeitos coletivos das várias técnicas.
Por exemplo, os pacotes Bluetooth sempre incluem uma verificação de redundância cíclica (CRC), que permite que erros nos dados recebidos sejam detectados. Os pacotes criptografados também incluem uma verificação de integridade da mensagem (MIC), que fornece uma proteção criptográfica contra adulteração deliberada de pacotes, em oposição a alterações causadas por condições ambientais. É possível usar uma técnica chamada Forward Error Correction (FEC) também e isso permite que o dispositivo receptor conserte erros de dados dinamicamente, aumentando drasticamente o alcance no processo, pois significa que os pacotes Bluetooth podem ser decodificados na relação sinal / ruído mais baixa experimentada por mais tempo distâncias de um transmissor.
Os dispositivos receptores podem solicitar dinamicamente ao dispositivo transmissor que ajuste sua potência de transmissão para que permaneça em um nível ideal. Os protocolos usam técnicas como reconhecimentos, transações e controle de fluxo para abordar vários tipos de problemas de confiabilidade. E a tecnologia de malha Bluetooth usa técnicas como várias transmissões de mensagens e entrega de vários caminhos pela rede para garantir que as mensagens cheguem aos destinos pretendidos, talvez do outro lado de um grande edifício.
A tecnologia Bluetooth é confiável por design.
- Martin Woolley, gerente sênior de relações com o desenvolvedor, EMEA, em SIG Bluetooth.