¿Qué es Bluetooth Mesh y cómo funciona?

Bluetooth Mesh es una auténtica innovación de BLE, que compite con las tecnologías Zigbee y Thread compatibles con redes en malla. Esto es posible gracias a la interconexión de nodos. Estos nodos actúan como puntos en una red descentralizada, compartiendo datos y ampliando el alcance y las capacidades de la red. En sus inicios, se anticipaba la magnitud de la adopción de esta nueva tecnología de malla; proyecciones realizadas desde su lanzamiento en 2017. Muchos hablaban de que las "redes de malla BLE" se convertirían en realidad en pocos años. A pesar de su potencial, no ha experimentado el crecimiento explosivo de otras tecnologías BLE. 

¿Qué es la tecnología de malla Bluetooth?

Bluetooth Mesh es Bluetooth combinado con redes en malla.

La red en malla, también conocida como "red multisalto", es una topología de red. En una red en malla, los datos pueden viajar desde cualquier dispositivo a todos los demás, logrando una comunicación de muchos a muchos. Incluso si un dispositivo falla, la red sigue funcionando.

Bluetooth Mesh utiliza Bluetooth de bajo consumo (BLE), incluido en Bluetooth 4.0. En 2017, se lanzó la versión oficial de Bluetooth Mesh 1.0 (la más reciente hasta la fecha). Cabe aclarar que BLE Mesh no es una nueva tecnología de comunicación inalámbrica, sino una tecnología de red. Utiliza y se basa en BLE, y utiliza su pila de protocolos de comunicación.

Las redes de malla Bluetooth utilizan inundación gestionada. Los dispositivos pueden comunicarse uno a uno, uno a muchos o muchos a muchos. Al usar el protocolo BLE para la comunicación entre diferentes nodos de red, se forma una red sin zonas muertas de comunicación. Todo esto permite que los mensajes viajen a mayor distancia que el Bluetooth tradicional.

¿Cómo funciona la malla Bluetooth?

A diferencia de las conexiones uno a uno tradicionales, la malla Bluetooth crea una red donde los mensajes pueden pasar de un dispositivo a otro hasta llegar a su destino. Pueden existir una o más rutas entre dos nodos del dispositivo. La malla Bluetooth BLE funciona transmitiendo mensajes a todos los nodos cercanos, que a su vez los retransmiten. Este proceso continúa hasta que el mensaje llega a su destino.

Esta "inundación controlada" garantiza que los mensajes lleguen a sus destinatarios incluso si algunos dispositivos están fuera del alcance directo o apagados. Los dispositivos pueden enviar mensajes a direcciones específicas y otros pueden suscribirse para recibirlos. Este patrón de publicación-suscripción permite una comunicación grupal eficiente.

Los fundamentos de Malla Bluetooth Estratégico

Después de comprender el funcionamiento de Bluetooth Mesh, es importante comprender algunos términos y conceptos técnicos clave de esta tecnología. Analicemos algunos de ellos:

• NodesCuando un dispositivo Bluetooth se une a una red Bluetooth Mesh, se convierte en un «nodo». El nodo es un participante de la red BLE Mesh.
• ElementosCada nodo se compone de uno o más elementos. Un elemento es como una unidad funcional dentro del nodo. Cada nodo tiene al menos un elemento, pero puede tener varios si realiza varias funciones.
• ModelosLos elementos contienen "modelos" que definen comportamientos o servicios específicos del nodo. Los modelos tienen números de identificación únicos y determinan lo que un nodo puede hacer. Existen modelos estándar definidos por el SIG de Bluetooth que cubren muchos escenarios comunes.
• Mensaje:Cuando se envían mensajes entre nodos, se filtran en función de los elementos y modelos coincidentes.
• Direcciones:Las direcciones se utilizan para identificar el origen y el destino de los mensajes.

Tipos de nodos:

En una red en malla Bluetooth, hay varios tipos de nodos, cada uno con roles específicos:

• Nodos de retransmisiónLos mensajes se envían a nodos en radio de alcance directo del nodo emisor. Algunos nodos funcionan como "repetidores". Los repetidores retransmiten los mensajes para que puedan viajar más lejos, en varios "saltos".
• Nodos amigos y nodos de bajo consumoLas LPN tienen una alta limitación de potencia. Para evitar un ciclo de trabajo más alto al recibir mensajes, una LPN se asocia con un nodo amigo. Los nodos amigos almacenan mensajes para sus LPN y los reenvían cuando la LPN realiza sondeos ocasionales.
• Nodos proxy:Los dispositivos Bluetooth de bajo consumo, como los teléfonos inteligentes, pueden conectarse a una red en malla a través de un nodo proxy.

Para conocer conceptos más fundamentales, puedes consultar el Glosario de malla Bluetooth.

La arquitectura del sistema de malla BLE

La arquitectura del protocolo BLE Mesh consta de siete capas, basadas en la especificación principal de BLE, con la que ya está familiarizado. Sin embargo, añade funcionalidades sofisticadas en las capas superiores para crear una red de dispositivos interconectados. BLE Mesh depende de la disponibilidad de la pila de protocolos BLE.

De abajo a arriba, las capas son las siguientes:

1. Capa portadora
2. Capa de Red (IP)
3. Capa de transporte inferior
4. Capa de transporte superior
5. Capa de acceso
6. Capa de modelo
7. Capa de aplicación

La capa portadora define cómo se envían y reciben los mensajes mediante la pila de protocolos BLE subyacente. Admite dos métodos: Portador de Publicidad (PB-ADV) y Portador GATT (PB-GATT). Varias capas intermedias gestionan tareas críticas, como el cifrado y descifrado de datos, la gestión de la configuración de red, la segmentación y el reensamblado de mensajes, etc. Estas capas garantizan que los mensajes lleguen a sus destinos previstos, incluso si necesitan atravesar varios dispositivos.

La capa de modelo define escenarios de usuario típicos y estandarizados, como el control de la iluminación o la lectura de sensores. La capa de aplicación, ubicada en la parte superior, organiza estos modelos en aplicaciones útiles con las que los usuarios finales pueden interactuar.

Beneficios y limitaciones de las redes en malla BLE

La malla BLE satisface las demandas de conectividad inteligente: a gran escala, de bajo consumo, flexible y segura. Sin embargo, no es una solución universal y, como cualquier tecnología, tiene sus fortalezas y debilidades.

Ventajas de las redes en malla BLE

• Bajo Consumo De EnergíaLa malla BLE, al igual que otros sistemas BLE, se caracteriza por su bajo consumo de energía. Por lo tanto, una red en malla funciona bien al cubrir grandes áreas y ahorrar energía.
• Resiliencia de la redEn una red Bluetooth en malla, los nodos de los dispositivos pueden desconectarse sin mayor impacto. Si un dispositivo se desconecta, el nodo inicial seguirá transmitiendo los datos. El destinatario recibirá el paquete con un breve retraso.
• Flexibilidad y auto-reconfiguraciónLa red en malla se reconfigura automáticamente. Esta flexibilidad a veces es más importante que la velocidad garantizada y los retrasos más cortos.
• Movilidad de nodosEn una red en malla BLE, los nodos pueden cambiar de posición sin alterar la estructura ni perder datos en tránsito. Los datos solo no llegarán a su destino si los nodos se alejan del alcance del receptor.
• CompatibilidadLos nodos de malla BLE pueden comunicarse con dispositivos Bluetooth 4.x y 5.x. Los dispositivos Bluetooth 4.x pueden recibir mensajes, pero no pueden convertirse en nodos completos de la red.
• Integración de BeaconLa malla BLE funciona en estrecha colaboración con las balizas Bluetooth. Estas balizas pueden utilizarse en posicionamiento en interiores y exteriores, redes de sensores y otras aplicaciones.

Limitaciones de redes en malla BLE

• Bajo rendimiento de datosBluetooth Mesh tiene velocidades de transferencia de datos limitadas. Está limitada a aproximadamente 1 megabit por segundo, o incluso menos. Esto significa que no es adecuada para aplicaciones que requieren una transferencia de datos más rápida.
• Alta latenciaBluetooth Mesh utiliza "inundación gestionada", por lo que los mensajes se envían a todos los dispositivos de la red. Puede tardar bastante tiempo en llegar a todos los dispositivos y obtener respuestas. Cuantos más nodos haya, mayor será el tiempo de respuesta.
• Consumo de energíaAunque se suele pensar que Bluetooth consume menos energía que otras tecnologías, esto no siempre es cierto en una red en malla. En una red en malla, hay muchos dispositivos. Los dispositivos que realizan más tareas consumen más batería. Esto se debe a que deben estar siempre atentos a los mensajes y enviándolos a otros dispositivos.
• Gestión de redes complejasConfigurar y administrar una red de malla Bluetooth es complicado y requiere amplios conocimientos especializados.

Bluetooth mcarne vs oTher ttecnologías

Además de la malla BLE, otras tecnologías de redes en malla populares incluyen Zigbee y Thread. Estas tecnologías comparten muchas similitudes con la malla BLE.

Thread, presentado en 2014, es un protocolo de red en malla basado en IPv6 para IoT. Admite hasta 32 enrutadores por red y 511 dispositivos por enrutador, ideal para redes en malla de alta densidad. Como solución direccionable por IP, Thread se integra fácilmente con aplicaciones basadas en IPv6 y ofrece altas velocidades de datos para sistemas IoT locales.

Zigbee apareció mucho antes, en 1998, y se estandarizó en 2003. Es una red inalámbrica de bajo consumo y bajo ancho de banda. Entre sus aplicaciones más populares se incluyen la domótica, los dispositivos médicos y las aplicaciones industriales. Tiene una velocidad máxima de 250 kbps y admite diversas frecuencias y rangos de potencia. Zigbee suele requerir una puerta de enlace, por lo que rara vez se integra en la electrónica de consumo.

Principales diferencias entre Thread, Zigbee y Bluetooth mesh:

• Base de protocolo:BLE mesh utiliza Bluetooth en lugar del Protocolo de Internet, mientras que Thread y Zigbee están basados en IP.
• Bandas de FrecuenciaLa malla BLE opera en la banda de 2.4 GHz. Zigbee puede usar las bandas de 2.4 GHz, 915 MHz u 868 MHz, según la región. Thread también opera en la banda de 2.4 GHz.
• Enfoque de mensajería:BLE Mesh utiliza mensajes de inundación administrados, mientras que Zigbee y Thread utilizan mecanismos de enrutamiento.
• el uso de RAM:Los dispositivos Zigbee y Thread requieren más RAM para almacenar tablas de enrutamiento.
• Densidad de la redLa malla BLE funciona mejor en redes de malla de baja densidad gracias a su enfoque de inundación. Zigbee y Thread son más adecuados para redes de alta densidad.
• Máximo soporte de dispositivosThread admite hasta 511 dispositivos por enrutador, con un máximo de 32 enrutadores por red. Zigbee, en teoría, admite hasta 65,000 32,000 nodos en una sola red. La malla BLE admite más de XNUMX XNUMX nodos.

¿Por qué utilizar nuestros dispositivos Bluetooth Mesh?

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Preguntas frecuentes sobre Bluetooth Mesh

¿Cuántos dispositivos puede admitir una red Bluetooth Mesh?

Una sola red Bluetooth Mesh puede admitir hasta 32,767 dispositivos.

¿Pueden las redes Bluetooth Mesh interactuar con dispositivos Bluetooth que no sean de malla?

Sí, a través de nodos proxy, las redes Bluetooth Mesh pueden interactuar con dispositivos Bluetooth Low Energy normales.