La tecnología mesh (mallada) permite conectar dispositivos Bluetooth para formar una gran red. Al ampliar Bluetooth 4.0 con mesh, muchos dispositivos ahora se pueden unir en una red y, por lo tanto, comunicarse entre ellos sobre largas distancias de una manera eficiente y segura. Por último, si bien no menos importante, es posible crear escenarios de aplicación completamente nuevos al cumplir los estándares de la industria en términos de seguridad, fiabilidad y escalabilidad.
El Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) introdujo un estándar para la transferencia de datos inalámbrica en el año 2000: Bluetooth Basic Rate (BR) / Enhanced Data Rate (EDR). En 2010, Bluetooth SIG buscó mejorar dicho estándar con la definición de Bluetooth Low Energy (BLE), que hacía posible el envío de datos con bajo consumo de energía. La demanda de esta tecnología de comunicación inalámbrica es alta, también como consecuencia de la expectativa de mejoras y nuevos desarrollos. El éxito de BLE se debe principalmente a su mínimo consumo. Pero el protocolo BLE también tiene sus inconvenientes.
Sólo existe posibilidad de tres tipos de comunicación: entre dos dispositivos individuales (comunicación punto a punto, bidireccional y 1:1, Figura 1), entre un dispositivo y muchos otros (comunicación uno a muchos, bidireccional y 1:m, Figura 2) o comunicación en la que los datos de un dispositivo se envían Autores: Felix Graf, Product Sales Manager Wireless, Rutronik continuamente al entorno sin tener un destinatario específico (comunicación broadcast, Figura 3).
Durante la transmisión, todos los dispositivos BLE en el entorno pueden recibir los datos, pero no pueden responder. La desventaja de estas topologías reside en que toda la red cae si el maestro (rol central en configuración en estrella) que está transfiriendo los datos falla.
La tecnología de red perfecta
En julio de 2017, Bluetooth SIG introdujo Bluetooth mesh, una tecnología de comunicación inalámbrica mejorada y basada en el protocolo de comunicación Bluetooth Low Energy que se puede usar opcionalmente. Con Bluetooth mesh, es posible crear una gran red de conexiones muchos a muchos (m:m, Figura 4) a lo largo de un área física con hasta 32.000 participantes de red. La transferencia sigue incluso si el dispositivo que envía originalmente el mensaje no se encuentra en el rango de radio directo. Además, la tecnología de red Bluetooth mesh 1.0 permite la comunicación entre dispositivos de diferentes marcas, algo que no era posible con las anteriores soluciones propias, como CSRmeshTM. Otros beneficios son una transferencia de datos robusta y segura y un aumento de la eficiencia energética. Estas características hacen que Bluetooth mesh sea una tecnología de red perfecta para muchas áreas de aplicación, como automatización de edificios, redes de sensores, centros de producción industrial o seguimiento de bienes. En términos generales, Bluetooth mesh está especialmente indicada en todas aquellas aplicaciones que requieren comunicación entre varios dispositivos con un mínimo de datos.
¿Cómo funciona una red Bluetooth mesh?
Bluetooth mesh trabaja como un sistema de mensajería en el que los propios mensajes se distribuyen de acuerdo al principio de publishing and subscribing. El envío de mensajes a un dispositivo con una dirección específica se denomina publishing, mientras que subscribing es la configuración de los dispositivos para que una determinada dirección se asigne al dispositivo. Entonces, este dispositivo sólo puede recibir mensajes si se han enviado a la dirección específica. Un ejemplo: la instalación de la iluminación de un auditorio con Bluetooth mesh. Todas las bombillas se configuran para recibir la suscripción a “hall lighting”. Si el mensaje “on” se manda a la dirección “hall lighting” vía un conmutador BT mesh se encienden todas las bombillas registradas bajo “hall lighting”. La transferencia de datos en Bluetooth mesh se conoce como “flooding”.
Esto significa que no hay una ruta especial para el mensaje en toda la red hasta el esclavo (receptor). El mensaje se envía a todos los dispositivos al alcance y, entonces, se transmite hasta que llega al esclavo correcto. Debido al elevado número de participantes de red, es posible superar los obstáculos sin necesidad de usar tecnología sub-GHz más lenta y no estandarizada globalmente, como sucedía anteriormente. Incluso si el dispositivo que enviaba originalmente el mensaje (maestro) está fuera del rango de radio, el mensaje llega al esclavo correcto. Si la red fuera estrecha por la densidad de participantes, las conexiones se pueden asegurar con redundancia, lo que supone que los datos encontrarían su destino incluso si un solo participante no pudiera funcionar como relé. Esta propiedad de reparación automática (self-healing) propicia que Bluetooth mesh sea una de las redes más fiables y garantiza, por primera vez, su uso global en la industria. Los dispositivos en una red Bluetooth mesh se denominan nodos. Hay cuatro tipos diferentes de nodos que – además de enviar y recibir – proporcionan funciones adicionales:
- Nodos de relé: Envían los mensajes recibidos al siguiente dispositivo. La transferencia se produce usando los denominados “hops” (saltos), con Bluetooth mesh soportando un máximo de 127 saltos.
- Nodos de baja potencia: Algunos dispositivos, como sensores, necesitan ser extremadamente eficientes. Los nodos de baja potencia trabajan junto a uno o más nodos denominados “amigos”.
- Nodos amigos: Aquí hay energía suficiente, por ejemplo, a través de la conexión a las fuentes de alimentación. Estos nodos amigos, trabajan con los nodos de baja potencia, almacenan los mensajes y los envían solamente cuando se solicita mediante un nodo de baja potencia. • Nodos proxy: Ofrecen la interfaz GATT (perfil de atributo genérico) para dispositivos BLE sin la pila Bluetooth mesh. Esto también permite la comunicación entre BLE mesh y un nodo BLE normal. En la capa de acceso del modelo OSI, se puede determinar si habría que devolver o no un mensaje de confirmación (acknoledgment) al maestro tras recibir el mensaje.
¿Es segura Bluetooth mesh?
Organizar una gran red con muchos dispositivos plantea un enorme riesgo en la transferencia (segura) de datos. La seguridad, por lo tanto, es prioritaria a la hora de desarrollar Bluetooth mesh. Para este fin, Bluetooth SIG describe una especificación estricta. Todas las funciones de seguridad en una red Bluetooth mesh son obligatorias. Sin embargo, la vulnerabilidad de seguridad en Bluetooth Secure Simple Pairing y LE Secure Connections identificada por investigadores del Instituto de Tecnología de Israel también afecta a Bluetooth mesh, ya que se basa en la pila BLE. Algunos fabricantes con productos afectados ya ofrecen una actualización de firmware o están en proceso de solventar el problema. Rutronik ha recopilado estos productos en su catálogo para registrar el estado de posibles actualizaciones de firmware: https://rutronik-tec.com/bluetoothsecurity- vulnerability-status/ Las principales características de seguridad son las siguientes:
- Cifrado y autenticación: Todos los mensajes de la red Bluetooth mesh se encriptan y autentifican.
- Separación de ámbitos de seguridad: Existen tres aspectos de seguridad diferentes en una red Bluetooth mesh: seguridad en la aplicación, en la red y en el dispositivo. Estos elementos se gestionan independientemente unos de otros y tienen sus propias claves de seguridad: 1. Clave de aplicación (AppKey): Garantiza la seguridad de los datos relativos a aplicaciones específicas, por ejemplo, en sistemas de iluminación o cámaras. 2. Clave de red (NetKey): Las claves de red se aplican a todos los dispositivos en la red, garantizando una transferencia de datos segura. 3. Clave de dispositivo (DevKey): Cada nodo posee una clave de dispositivo exclusiva, que se puede usar para añadir dispositivos a la red.
- Aislamiento de área: La red Bluetooth mesh se divide en subredes, las cuales se distinguen y aseguran criptográficamente. • Refresco de clave: Todas las claves de seguridad en la red Bluetooth mesh se pueden cambiar durante un proceso de refresco de clave.
- Ofuscación de mensaje: Este mecanismo de privacidad de datos dificulta extremadamente el rastreo de los nodos de la red y, por consiguiente, es casi imposible seguir los mensajes enviados.
- Protección de ataque por repetición (replay): Las funciones de seguridad protegen la red ante ataques por repetición (los datos recogidos previamente se utilizan para autenticación y control de acceso → robo de identidad).
- Protección de ataque trashcan: Los nodos se pueden eliminar de la red de manera segura para impedir ataques trashcan (lectura de información de red importante de nodos invalidados).
- Provisión de dispositivo seguro: Los nuevos nodos se pueden incorporar a la red Bluetooth mesh en un proceso seguro. Todas estas funciones de seguridad intensiva hacen que Bluetooth mesh sea una solución más que interesante en aquellas aplicaciones que requieren una comunicación con baja tasa de datos entre múltiples dispositivos. Además, Bluetooth mesh resulta ideal en nuevas áreas como mantenimiento predictivo o agricultura/granjas inteligentes.
La implementación de una red mallada de sensores inalámbricos en líneas de montaje puede advertir a los profesionales de mantenimiento con bastante antelación de un posible fallo en una máquina. O, en el sector agrícola, los datos de humedad o temperatura del terreno o del aire se pueden trasferir directamente a un teléfono inteligente sin necesidad de un gateway. También contribuye a aumentar la eficiencia en el uso de agua y fertilizantes y reducir la presencia de pesticidas: sólo se toman determinadas medidas si los valores registrados se encuentran por debajo de un límite establecido. En los hogares inteligentes, por ejemplo, el sistema de iluminación podría contar con sensores que detectan la presencia de personas y, por lo tanto, garantizan que las luces sólo se encienden cuando hay alguien en la habitación.
Bluetooth mesh también se puede emplear en actividades deportivas: los sensores integrados en las zapatillas de los atletas pueden obtener datos de rendimiento, que se pueden enviar vía un maestro Bluetooth mesh de un atleta a otro hasta llegar al entrenador para su posterior evaluación. Otra ventaja: El entorno no es importante para la tecnología BLE. Innumerables aplicaciones son concebibles gracias al cumplimiento de los requisitos industriales por parte de mesh especificación 1.0 y posterior y están presentes en hospitales, factorías, oficinas, universidades y hogares. Bluetooth mesh bien merece ser evaluada en entornos donde la comunicación inalámbrica, segura y robusta entre un gran número de dispositivos necesite de nuevas aplicaciones.
