Estándares y tecnología Bluetooth

Bluetooth para IoT

Bluetooth® es un protocolo de red de área personal inalámbrica (PAN) diseñado para comunicarse a distancias relativamente cortas, (hasta un kilómetro en algunos casos) dependiendo de factores como la sensibilidad del receptor, la potencia de transmisión y la ganancia de la antena. Funciona en la gama de frecuencias de 2,4 GHz, que está libre de licencias, en todo el mundo.

La tecnología Bluetooth se creó originalmente para sustituir los cables de datos RS-232 necesarios para conectar los ordenadores personales y los teléfonos móviles a sus accesorios y periféricos, como altavoces, auriculares y teclados. Sin embargo, ha crecido más allá de la imaginación de cualquiera para dar soporte a una amplia gama de casos de uso, desde los sistemas móviles de punto de venta hasta los wearables, pasando por la gestión del tráfico y las aplicaciones industriales.

Breve historia del Bluetooth

Bluetooth comenzó en 1998 con el lanzamiento del Grupo de Interés Especial de Bluetooth (SIG), una asociación comercial sin ánimo de lucro que surgió de una asociación entre cinco empresas: Ericsson, IBM, Intel, Nokia y Toshiba. El primer producto comercial se presentó un año después. Gracias a su comodidad, flexibilidad y bajo coste, Bluetooth se hizo rápidamente popular y se ha convertido en algo casi universal en productos de consumo como teléfonos móviles y ordenadores portátiles. También es una característica estándar en prácticamente todos los coches nuevos, para apoyar los sistemas de infoentretenimiento del vehículo y permitir las llamadas de manos libres para los conductores.

SIG ha crecido desde el grupo original de cinco a más de 35.000 empresas miembros en todo el mundo, procedentes de sectores como las telecomunicaciones, la informática, las redes y la electrónica de consumo. La organización tiene su sede en Kirkland, Washington.

La tecnología Bluetooth hoy en día

Tras conseguir una amplia aceptación en los mercados de consumo, los nuevos protocolos Bluetooth han permitido que la tecnología asuma un papel importante en el Internet de las cosas (IoT). Las plataformas de desarrollo de Digi son compatibles con Bluetooth para garantizar que los desarrolladores puedan integrar esta tecnología en sus diseños con facilidad. Por ejemplo, la familia Digi ConnectCore® de módulos de sistema en línea viene precertificada para la conectividad Bluetooth. El SDK Digi XBee® Mobile ayuda a los clientes a diseñar aplicaciones Bluetooth que interactúan con los módulosDigi XBee 3.

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Actualmente, Bluetooth está disponible en tres protocolos diferentes, cada uno de los cuales es óptimo para determinados casos de uso. Y aunque Bluetooth se diseñó originalmente para un uso de corto alcance, las últimas versiones son capaces de transmitir señales de hasta una milla. Los tres protocolos disponibles actualmente son: Bluetooth Classic, Bluetooth Low Energy (BLE) y Bluetooth Mesh.

Casos de uso y ejemplos de aplicación de Bluetooth Classic

El protocolo Bluetooth Classic está diseñado para dispositivos que pueden recargarse diaria o semanalmente, por lo que es el más adecuado para redes de tamaño limitado. Está diseñado para transmitir datos de alto rendimiento a una velocidad de hasta 2,1 Mbps en distancias cortas. Al haber sido diseñado inicialmente para sustituir a los cables periféricos de corto alcance, Bluetooth Classic no suele ser escalable para aplicaciones de IoT como las redes de sensores que albergan cientos de dispositivos.

Casos de uso y ejemplos de aplicación de Bluetooth Low Energy (BLE)

Bluetooth Low Energy (originalmente llamado Bluetooth Smart) admite conexiones de bajo ancho de banda en distancias cortas en aplicaciones que no necesitan manejar grandes flujos de datos y en las que las baterías pueden durar meses o incluso años. BLE se actualiza constantemente. Ahora, con Bluetooth 5.0, BLE es uno de los protocolos inalámbricos más omnipresentes en todo el mundo.

Los dispositivos Bluetooth de baja energía pueden funcionar con pequeñas pilas de botón, lo que convierte a BLE en una buena opción para los dispositivos que sólo transmiten pequeñas cantidades de datos y necesitan funcionar sin vigilancia durante largos periodos de tiempo. Esta funcionalidad es compatible con una serie de dispositivos médicos, wearables e implantables, como audífonos y desfibriladores.

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El BLE también es una opción popular para aplicaciones como balizas de localización, balanzas digitales, monitores de temperatura, controladores de iluminación y otras aplicaciones de bajo ancho de banda que funcionan con baterías, así como para productos de consumo como electrodomésticos, monitores de fitness, relojes inteligentes y mandos a distancia de decodificadores de televisión. El balizamiento en BLE está diseñado para apoyar los sistemas de posicionamiento en interiores que pueden ayudar a las personas a determinar su ubicación dentro de una tienda minorista, centro comercial u otro edificio, así como para supervisar el rendimiento del sistema y los umbrales de tolerancia.

Los dispositivos y chips BLE pueden ser muy rentables. Al tratarse de un protocolo punto a punto, el tamaño físico de las redes se limita al alcance tradicional de Bluetooth de unos 30 pies, aunque esta métrica varía mucho en función de los factores comentados anteriormente. (En el sitio web de Bluetooth se puede encontrar un excelente análisis de las variables que afectan al alcance de Bluetooth). Sin embargo, BLE tiene una capacidad de ancho de banda muy inferior a la de Bluetooth Classic, lo que lo hace inadecuado para el volumen de datos que supone la transmisión de medios.

Las soluciones de desarrollo de Digi que ofrecen soporte para Bluetooth Low Energy incluyen los módulos Digi ConnectCore 6UL, Digi ConnectCore 8X y Digi ConnectCore 8M Nano. Además, los módulosDigi XBee 3 integran BLE como opción de conectividad inalámbrica para los desarrolladores que deseen conectar sus aplicaciones a dispositivos móviles, permitiendo el uso de un teléfono o una tableta para configurar y probar redes inalámbricas.

Casos de uso y ejemplos de aplicación de Bluetooth Mesh

Bluetooth Mesh (BT Mesh), que se lanzó en 2017, amplía el BLE punto a punto para crear redes de malla en las que los nodos actúan como relés para ampliar la red más allá del alcance de cualquier dispositivo. Las redes formadas como malla pueden reenviar y enrutar mensajes a destinos mucho más allá de su alcance nominal, formando redes físicas muy grandes que pueden escalar hasta incluir cientos de dispositivos. Las redes se autoforman y se autorreparan, con soporte para dormir para los dispositivos finales en una relación padre/hijo de almacenamiento y reenvío similar a la de Zigbee. Bluetooth Mesh también ofrece un bajo coste, un bajo consumo de energía y una buena seguridad.

Las redes Bluetooth Mesh son capaces de controlar, supervisar y automatizar cientos de dispositivos conectados para gestionar edificios inteligentes y una serie de otras aplicaciones industriales IoT (IIoT). Bluetooth Mesh se diseñó inicialmente para el mercado de la iluminación y, dado que los nodos del router necesitan recibir energía de forma continua, la iluminación es una aplicación excelente, ya que la mayoría de las luces tienen acceso a energía a tiempo completo. Las redes de sensores también pueden ser soportadas por Bluetooth Mesh, pero los propios sensores deben ser implementados en lugares donde se disponga de energía a tiempo completo.

Bluetooth para aplicaciones IoT

El Bluetooth, en sus diferentes variantes, se utiliza actualmente en una diversa y creciente variedad de aplicaciones en IoT . He aquí algunos ejemplos de los numerosos casos de uso de Bluetooth.

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  • Seguimiento de activos y servicios de localización: Las soluciones de servicios de localización en tiempo real (RTLS) se utilizan para el seguimiento de activos y personas, ya sea para localizar equipos y trabajadores en una fábrica o almacén, o dispositivos médicos y personal en un hospital.
  • Automatización de edificios: La conectividad inalámbrica por Bluetooth en la automatización centralizada de los sistemas esenciales de los edificios -como la iluminación, la seguridad y la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado (HVAC)- puede ayudar a conservar la energía, reducir los costes de funcionamiento y prolongar la vida útil de los sistemas principales de un edificio.
  • Monitorización del estado: Las redes de sensores desplegadas a escala en una fábrica permiten supervisar en tiempo real el rendimiento del sistema para reducir el mantenimiento, mejorar la actualización de las aplicaciones y aumentar la eficiencia operativa general.
  • Monitorización de tanques: La conectividad Bluetooth es útil para las notificaciones críticas, como en las aplicaciones de monitorización de tanques y válvulas que emplean dispositivos como Digi Connect® Sensor+. Proporciona a los instaladores, técnicos o conductores locales información instantánea de los valores de los sensores a través de Bluetooth.
  • Sistemas inteligentes de gestión del tráfico (ITS): Los dispositivos Bluetooth detectados en los vehículos que pasan pueden proporcionar información como el número y la velocidad de los vehículos en la carretera para apoyar aplicaciones como la actualización de la señalización de la carretera en tiempo real, el control de tráfico adaptativo y el enrutamiento de los vehículos de emergencia. Los routers Digi TX54 y Digi TX64 pueden realizar el "escaneo Bluetooth" para estas aplicaciones. Además, los routers con capacidades Bluetooth pueden proporcionar conectividad y comunicaciones de datos para los equipos de mantenimiento del sistema de tráfico.
  • Aplicaciones médicas: Las capacidades inalámbricas de Bluetooth para la monitorización y el diagnóstico de pacientes hacen que la información crítica esté inmediatamente disponible para los cuidadores y el personal médico. Los casos de uso médico incluyen dispositivos portátiles para ayudar a diagnosticar condiciones, administrar medicamentos y transmitir información del paciente.
  • Localización de contactos: La pandemia COVID-19 demostró que la tecnología puede ayudar a detener la propagación del virus. La tecnología Bluetooth puede ayudar a rastrear los contactos de forma precisa, para poder rastrear, registrar y enviar datos en tiempo real para una respuesta rápida.
  • Aplicaciones de alquiler y uso compartido de bicicletas: Los empleados que controlan y mantienen las bicicletas y patinetes de alquiler en ciudades o zonas turísticas pueden utilizar aplicaciones Bluetooth sobre el terreno para comprobar las baterías y otros sistemas. El alquiler de bicicletas y patinetes en la ciudad es otro caso de uso, ya que se utilizan dispositivos Digi XBee Cellular LTE-M/NB-IoT con balizamiento Bluetooth.
  • Parques solares y eólicos: La mayoría de las instalaciones de parques solares o eólicos incluyen módulos de radio conectados a cada panel solar o turbina. Mediante Bluetooth, los técnicos pueden tomar lecturas para evaluar los valores actuales, la productividad o la necesidad de servicio.
  • Sistemas de validación de entradas: Los eventos deportivos, los conciertos y otros acontecimientos con gran afluencia de público pueden utilizar lectores equipados con Bluetooth para validar las entradas con códigos de barras o códigos QR.
  • Localización: Los sistemas de posicionamiento en interiores por Bluetooth (IPS) se han convertido rápidamente en el estándar para superar los retos de cobertura en interiores del GPS, ayudando a los visitantes a orientarse en grandes espacios públicos, desde aeropuertos y estaciones de tren hasta museos y estadios deportivos.

Creación de aplicaciones Bluetooth con el SDK para móviles Digi XBee

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La serieDigi XBee 3 de módems celulares incluye Bluetooth Low Energy integrado para la configuración local y el control a través de dispositivos móviles. Digi ofrece el SDKDigi XBee (kit de desarrollo de software) Mobile para ayudar a los ingenieros a acelerar el diseño y el desarrollo de aplicaciones Bluetooth con XBee. El SDK móvil Digi XBee es un conjunto de bibliotecas, ejemplos de código y documentación que ayuda a simplificar el proceso de creación de aplicaciones móviles iOS y Android que interactúan con los módulos Digi XBee 3 a través de Bluetooth.

La incorporación de Bluetooth a una aplicación de IoT añade un gran valor a la puesta en marcha, la configuración y la resolución de problemas de una red. Pero la creación de una aplicación móvil para integrar una aplicación IoT y un dispositivo móvil puede ser complicada, ya que el diseño de una aplicación móvil con Bluetooth implica una autenticación y un cifrado complejos. El SDK para móviles de Digi XBee proporciona el soporte necesario para simplificar y agilizar estos procesos.

Crecimiento de Bluetooth y oportunidades de futuro

Se espera que la tecnología Bluetooth se distribuya anualmente en más de 6.000 millones de dispositivos de aquí a 2025, según el informe Bluetooth Market Update 2021 del Bluetooth SIG. El informe señala que los principales casos de uso y necesidades del mercado de Bluetooth en la actualidad son la transmisión de audio, la transferencia de datos, los servicios de localización y las redes de dispositivos. Además, la organización predice:

  • 10% CAGR entre 2021 y 2025
  • El 70% de los dispositivos con Bluetooth en 2025 serán periféricos
  • Crecimiento de 3 veces en los envíos anuales de dispositivos Bluetooth LE monomodo desde 2021 hasta 2025

Cualquier organización que diseñe, construya o se beneficie de la conectividad inalámbrica en la web IoT necesita incluir Bluetooth en su planificación a corto y largo plazo. Es cierto que Bluetooth es sólo una de las diversas tecnologías inalámbricas del mercado. Sin embargo, con tantos sectores que aprovechan sus ventajas -como la rentabilidad, la seguridad y la facilidad de uso-, es importante que todas las organizaciones evalúen los posibles casos de uso de la integración de Bluetooth para impulsar nuevas funcionalidades y el retorno de la inversión.

Póngase en contacto con Digi hoy mismo para hablar del lugar que ocupa el Bluetooth en su próximo proyecto de IoT , o para obtener apoyo en el diseño y el desarrollo para llevar su idea al mercado.

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