Bluetooth 5.3 - ¿Qué novedades tiene?

Rubén Castro, 28 julio 2022

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Uno de las ventajas de la tecnología Bluetooth es que ha sido capaz de actualizarse progresivamente de manera más o menos transparente para los usuarios. Gracias a eso, más de 20 años después de su primera implementación, Bluetooth sigue siendo una de las tecnologías más populares y está muy presente en todo tipo de dispositivos. Fue en 2016 cuando llegó la última gran actualización (5.0), pero desde entonces hemos visto algunas mejoras significativas (5.1, 5.2 y 5.3).

El último en llegar es el Bluetooth 5.3, la versión más reciente de esta especificación y que podemos empezar a disfrutar, ya que los fabricantes lo están incluyendo en los últimos smartphones y auriculares presentados, durante este segundo trimestre de 2022.

Qué novedades tiene el Bluetooth 5.3

Las especificaciones básicas de Bluetooth v5.3, publicadas a mediados de julio de 2021, son la última versión de Bluetooth, el protocolo inalámbrico de corto alcance número uno. Esta nueva versión introduce varias mejoras en las características y una nueva función. Las mejoras incluyen la mejora de la publicidad periódica y la mejora de la clasificación de canales. Bluetooth 5.3 también integra una nueva función llamada Connection Subrating.

Estas mejoras y la nueva función abren las puertas a una mejor experiencia de usuario, una mayor fiabilidad y una mayor eficiencia energética en muchos productos con Bluetooth Low Energy. Ideal para dispositivos IoT como los mandos de las puertas, las luces Bluetooth, los dispositivos médicos portátiles, etc.

Mejora de la publicidad periódica

La publicidad periódica se basa en los anuncios extendidos, que es una función básica introducida en Bluetooth 5. Es una forma de comunicación de difusión unidireccional en la que el emisor envía paquetes de publicidad a un intervalo fijo. Uno o varios escáneres en el rango de RF pueden escuchar estos datos publicitarios sin ninguna forma de acuse de recibo (comunicación sin conexión). Esto hace que la comunicación de difusión sea flexible, pero poco fiable. Por ello, algunos emisores recurren a aumentar la probabilidad de que sus paquetes sean recibidos introduciendo la redundancia, emitiendo copias duplicadas de los mismos datos varias veces seguidas.

La nueva mejora consiste en la introducción del campo AdvDataInfo (ADI), que puede incluirse en los paquetes publicitarios periódicos, lo que permite un procesamiento más eficiente de los datos redundantes.

La pila de Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE) está formada por el controlador Bluetooth LE y el host Bluetooth LE. Sin el campo AdvDataInfo, todos los paquetes publicitarios periódicos son comunicados por el controlador al host en el lado del escáner, incluyendo copias duplicadas de paquetes ya recibidos. Esto puede conducir a un desperdicio de energía de procesamiento en el lado del escáner.

Al permitir que el emisor incluya el campo AdvDataInfo en los paquetes publicitarios periódicos, los escáneres pueden ahora detectar inmediatamente cuando reciben un duplicado de un paquete recibido previamente y descartarlo en el controlador en lugar de pasarlo al host. Cuanto antes pueda un escáner identificar y descartar los paquetes redundantes, menos energía gastará en procesar esos paquetes redundantes y más tiempo podrá dedicar a escanear otros canales. En otras palabras, no procesar los paquetes redundantes no sólo supone un ahorro de energía, sino que también puede aumentar el ciclo de trabajo de RX de uno de los otros canales.

Con la mejora de la publicidad periódica de Bluetooth 5.3, cualquier producto Bluetooth LE que utilice publicidad periódica puede ahora disfrutar de ventajas de ahorro de energía en los dispositivos receptores.

Mejoras en el control del tamaño de la clave de cifrado

Los nuevos y mejorados comandos de la interfaz del controlador del host (HCI) proporcionan métodos más eficientes para que los hosts se aseguren de que se utiliza una longitud de clave mínima aceptable para cifrar una conexión entre dispositivos Bluetooth Classic (BR/EDR). Estas mejoras de HCI pueden mejorar la eficacia de la señalización en muchos productos Bluetooth Classic, ya que el uso del cifrado es obligatorio o muy recomendable en todas las conexiones Bluetooth BR/EDR.

Los dispositivos inalámbricos Bluetooth suelen utilizar el cifrado para garantizar que terceros no autorizados no puedan acceder a los datos que se transmiten entre dos dispositivos conectados. Un factor clave que determina la fuerza de la protección proporcionada es el tamaño, o la longitud, de la clave que se utiliza para cifrar los datos. En Bluetooth Classic (BR/EDR), el tamaño de la clave utilizada para cifrar los datos es negociado por los dos controladores durante el establecimiento de la conexión. Posteriormente, los anfitriones deben consultar a sus controladores para asegurarse de que se ha seleccionado una clave de una longitud mínima aceptable y, si no es así, los anfitriones pueden optar por no enviar datos a través de la conexión. Aunque este método puede garantizar que los datos no se transmitan a través de conexiones que los hosts no consideran debidamente protegidas, no es el más eficiente.

Para mejorar la situación, la versión 5.3 de la especificación del núcleo de Bluetooth introduce un nuevo comando opcional de la interfaz del controlador del host (HCI) (Set Min Encryption Key Size) que permite a un host especificar el tamaño mínimo de la clave que un controlador puede aceptar al establecer una conexión con otro dispositivo. Además, el actual comando HCI que los controladores utilizan para informar a los hosts cuando la configuración de cifrado de una conexión existente ha sido modificada (Encryption Change Event) se ha mejorado para incluir el tamaño de la clave de la conexión modificada, mejorando la eficiencia de la señalización al eliminar la necesidad de que un host consulte posteriormente al controlador para descubrir esa información.

Mejora de la clasificación de canales

Una de las muchas técnicas utilizadas por Bluetooth LE para superar las interferencias de radio es el salto de frecuencia adaptativo (AFH). Bluetooth LE divide la banda de frecuencias ISM de 2,4 GHz en 40 canales y cambia rápidamente entre la mayoría de esos canales cuando transmite paquetes. Para reducir aún más la probabilidad de interferencias, Bluetooth LE adapta una secuencia de saltos (mapa de canales). Los canales se clasifican, los canales ocupados o muy ruidosos se etiquetan como “malos” y se evitan al enviar paquetes, mientras que los canales menos concurridos se etiquetan como “buenos”.

Antes de la mejora de la clasificación de canales de Bluetooth 5.3, cuando se establece una conexión Bluetooth LE entre un dispositivo central y un dispositivo periférico, sólo el central participa en el proceso de clasificación de canales. Esto puede no ser un problema si el dispositivo central y el periférico están muy cerca físicamente, ya que es muy probable que experimenten las mismas condiciones de RF. Sin embargo, si la central y los dispositivos periféricos no están cerca, podrían experimentar diferentes condiciones de RF. Por lo tanto, cuando la clasificación de los canales la realiza únicamente el dispositivo central, es posible que el mapa de canales contenga canales clasificados como “buenos” que no son una opción adecuada para las condiciones de RF del periférico remoto. En esta situación, existe la posibilidad de que se produzcan colisiones de paquetes, se pierda la conexión y, en general, el rendimiento se vea afectado negativamente.

Con la mejora de la clasificación de canales de Bluetooth 5.3, tanto el dispositivo periférico como la central participan en el proceso de clasificación de canales. El dispositivo periférico puede ahora informar de sus condiciones de RF y sugerir clasificaciones de canales al dispositivo central para que también se tengan en cuenta al actualizar el mapa de canales del dispositivo central. La mejora de la clasificación de canales permite a ambos dispositivos determinar qué canales tienen un buen rendimiento y son “buenos”.

Todas las comunicaciones orientadas a la conexión Bluetooth LE pueden beneficiarse de la Mejora de la Clasificación de Canales para mejorar el rendimiento inalámbrico en términos de rendimiento y fiabilidad, y reducir la probabilidad de colisiones de paquetes.

Función de subclasificación de la conexión (nueva función)

Las conexiones Bluetooth LE ofrecen una forma muy flexible de adaptarse a los cambios dinámicos de los requisitos en términos de rendimiento de datos y potencia.

  • Una conexión de alto ciclo de trabajo logra un mayor rendimiento de datos a costa de un mayor consumo de energía
  • Mientras que una conexión de bajo ciclo de trabajo ahorra energía a costa del rendimiento de datos

El ciclo de trabajo de una conexión Bluetooth LE puede cambiarse dinámicamente a través de lo que se conoce como procedimiento de actualización de la conexión. Por ejemplo, un dispositivo sensor periférico con lecturas estables (dentro de un intervalo predefinido) podría seleccionar inicialmente una conexión de bajo ciclo de trabajo para ahorrar energía. Sin embargo, cuando las lecturas del sensor están fuera del intervalo estable predefinido, podría reforzar la supervisión y cambiar ahora a una conexión de ciclo de trabajo más alto, a través de un procedimiento de actualización de la conexión, para cargar eficazmente los datos del sensor a un dispositivo central.

Antes de Bluetooth 5.3, el procedimiento de actualización de la conexión podía tardar mucho tiempo en finalizar. Pasar de una conexión de ciclo de trabajo alto a una de ciclo de trabajo bajo y viceversa podía llevar un tiempo considerable. Esto podría afectar negativamente a la experiencia del usuario en algunos casos de uso.

La nueva función de subrepresentación de conexiones Bluetooth 5.3 permite cambiar rápidamente entre ciclos de trabajo bajos y altos de las conexiones Bluetooth LE, lo que mejora la experiencia del usuario en determinados casos de uso. Permite un cambio más rápido entre los ciclos de trabajo altos y bajos, lo que permite al dispositivo volver al estado de ahorro de energía más rápidamente. Las conexiones subestimadas también son capaces de manejar tasas de paquetes variables o tráfico en ráfagas de manera más eficiente.

Entre los casos de uso que se espera que se beneficien de las conexiones subralladas están los productos de audio Bluetooth LE, como los audífonos, los productos de sensores Bluetooth y otros.

Otra novedad en los dispositivos - Bluetooth Dual Inteligente

Sin estar incluida en esta especificación, pero llegando al mismo tiempo, muchos dispositivos están añadiendo la función Bluetooth Dual Inteligente, que permite establecer conexiones simultáneas, tanto en su estado normal como en BLE. Así, los dispositivos que cuenten con esta función podrán conectar de forma inalámbrica hasta dos smartphones o tablets a un altavoz o auricular, etc.

Fuentes

  1. bluetooth.com
  2. bluetooth.com