Primeros pasos con Bluetooth de baja energía

Prefacio

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Bluetooth Low Energy (BLE), que se introdujo como parte de la especificación Bluetooth 4.0, es una apasionante tecnología inalámbrica que ofrece a los desarrolladores de aplicaciones móviles un acceso sin precedentes al hardware externo y proporciona a los ingenieros de hardware un acceso fácil y fiable a sus dispositivos desde todos los principales sistemas operativos móviles.

El objetivo de este libro es proporcionar una comprensión sólida, práctica y de alto nivel de Bluetooth Low Energy: cómo se organizan los datos, cómo se comunican los dispositivos entre sí y las decisiones de diseño y compensaciones clave que tomaron los equipos de diseño del protocolo. Te proporcionará suficientes conocimientos sobre BLE como para abordar con confianza las API de alto nivel de la mayoría de los dispositivos integrados y sistemas operativos móviles modernos, y te permitirá entender la terminología y las convenciones de nomenclatura de la documentación técnica más detallada cuando necesites profundizar. También debería aclarar algunos de los puntos fuertes y limitaciones específicos que distinguen a BLE de otras tecnologías inalámbricas, como WiFi, NFC, Bluetooth clásico, Zigbee, etc.

Los ingenieros experimentados en firmware embebido saldrán mejor preparados para profundizar en la documentación técnica existente, y los desarrolladores de aplicaciones móviles tendrán una idea más clara de cómo se organizan los datos en los dispositivos BLE y cómo comunicarse con el hardware existente.

A quién va dirigido este libro

Este libro pretende servir a dos públicos principales:

Desarrolladores de aplicaciones móviles

En primer lugar, el libro sirve como visión conceptual de alto nivel de Bluetooth Low Energy para los desarrolladores de aplicaciones móviles que quieran diseñar aplicaciones capaces de hablar con dispositivos físicos del mundo exterior, pero a los que no les resulte especialmente fácil acercarse a las 2.600 páginas oficiales de la Especificación Básica Bluetooth 4.1.

Ingenieros integrados

En la otra cara de la moneda, el libro también está dirigido a los ingenieros tradicionales de sistemas embebidos que estén considerando Bluetooth Low Energy desde el punto de vista del diseño de productos. Si necesitas ponerte al día rápidamente sobre lo que es y no es BLE, este libro debería ayudarte a evaluar rápidamente sus puntos fuertes y débiles como protocolo inalámbrico para tu proyecto.

Cómo utilizar este libro

Este libro está organizado en tres secciones principales.

Visión general de BLE

Los cuatro primeros capítulos proporcionan una visión general de alto nivel de Bluetooth Low Energy como tecnología, explicando cómo se organizan los datos y cuáles son sus principales limitaciones, a la vez que introducen todos los conceptos clave que es probable que encuentres trabajando con BLE:

Capítulo 1, Introducción

El primer capítulo presenta los conceptos básicos del estándar inalámbrico conocido como Bluetooth Low Energy. Describe brevemente lo esencial para comprender los elementos más importantes de la tecnología y ofrece un esbozo de las distintas especificaciones y configuraciones de chip que se pueden encontrar hoy en día. Este capítulo también introduce y explica conceptos elementales fundamentales para BLE, como la difusión, las conexiones y los distintos papeles que pueden asumir los dispositivos.

Capítulo 2, Conceptos básicos de protocolo

Este capítulo se centra en la pila de protocolos en su conjunto y en las distintas entidades que pertenecen a ella. Ofrece una visión general de cada una de las capas del protocolo y sus características esenciales, filtrando los detalles de la especificación que no son directamente relevantes para los desarrolladores de aplicaciones BLE. Cada capa se describe en el contexto del papel que asume como parte del conjunto, con especial atención al impacto que puede tener en escenarios de la vida real.

Capítulo 3, GAP (Publicidad y Conexiones)

Este capítulo presenta el Perfil de Acceso Genérico (PAG), que rige tanto el proceso de publicidad como las conexiones. Ofrece una visión general de los modos y procedimientos que permiten a los dispositivos interactuar utilizando tanto paquetes publicitarios para difundir información como conexiones para intercambiar datos.

Capítulo 4, GATT (Servicios y características)

Este capítulo ofrece una visión general del Perfil Genérico de Atributos (GATT), que establece la jerarquía y el formato utilizados para representar y manipular datos en BLE. Introduce los conceptos fundamentales de servicios y características, así como los procedimientos que permiten a los dispositivos conectados intercambiar datos entre sí.

Herramientas para el desarrollo y las pruebas

Los tres capítulos siguientes presentan herramientas útiles (tanto de hardware como de software) para desarrollar o probar aplicaciones o dispositivos habilitados para BLE. Estos capítulos se centran en herramientas de bajo coste y fácil acceso para ayudarte a empezar sin invertir miles de dólares:

Capítulo 5, Plataformas hardware

Este capítulo ofrece a los diseñadores de productos una visión general de algunas de las últimas plataformas de desarrollo integradas para periféricos o productos BLE.

Capítulo 6, Herramientas de depuración

Tanto si estás diseñando tu propio dispositivo como si estás diseñando una aplicación que habla con el hardware existente, es casi seguro que tendrás muchas horas de depuración por delante. Depurar dispositivos inalámbricos es un proceso diferente al del desarrollo basado puramente en software. Este capítulo presenta algunas herramientas de depuración útiles para trabajar con BLE y ver lo que realmente se envía por el aire.

Capítulo 7, Herramientas de diseño de aplicaciones

Este capítulo presenta herramientas clave para los desarrolladores de aplicaciones móviles que trabajan con BLE. Estas herramientas te ayudarán a probar y verificar rápidamente tu software o incluso a simular dispositivos, si no tienes acceso a hardware real al principio del proceso de diseño.

Plataformas de desarrollo

Finalmente, los tres últimos capítulos presentan las principales plataformas de desarrollo con las que es probable que trabajes para BLE (iOS y Android para desarrolladores de aplicaciones, y varias plataformas integradas para diseñadores de productos e ingenieros de hardware integrado):

Capítulo 8, Programación Android

Este capítulo proporciona una visión general básica del hardware, software y procesos necesarios para implementar Bluetooth Low Energy en el sistema operativo Android.

Capítulo 9, Programación iOS

Este capítulo explora algunos de los principales marcos, clases y métodos de iOS 7 que soportan el desarrollo de aplicaciones BLE. Los ejemplos exploran el desarrollo de aplicaciones que utilizan BLE para leer el nivel de batería de un periférico y una aplicación que utiliza el iBeacon para determinar la ubicación.

Capítulo 10, Desarrollo de aplicaciones integradas

Este capítulo presenta las herramientas necesarias para compilar código para dispositivos embebidos. Utilizando el nRF51822-EK descrito en el Capítulo 5 con la cadena de herramientas GNU y el compilador cruzado para ARM, gratuitos y de código abierto, crearás un ejemplo de monitor de frecuencia cardiaca que se ejecutará de forma nativa en el SoC nRF51822.

Convenciones utilizadas en este libro

En este libro se utilizan las siguientes convenciones tipográficas:

Cursiva

Indica nuevos términos, URL, direcciones de correo electrónico, nombres de archivo y extensiones de archivo.

Constant width

Se utiliza en los listados de programas, así como dentro de los párrafos para referirse a elementos del programa como nombres de variables o funciones, bases de datos, tipos de datos, variables de entorno, sentencias y palabras clave.

Constant width bold

Muestra comandos u otros textos que deben ser tecleados literalmente por el usuario.

Constant width italic

Muestra el texto que debe sustituirse por valores proporcionados por el usuario o por valores determinados por el contexto.

Consejo

Este elemento significa un consejo, sugerencia o nota general.

Advertencia

Este elemento indica una advertencia o precaución.

Utilizar ejemplos de código

El material complementario (ejemplos de código, ejercicios, etc.) se puede descargar en https://github.com/microbuilder/IntroToBLE.

Este libro está aquí para ayudarte a hacer tu trabajo. En general, si se ofrece código de ejemplo con este libro, puedes utilizarlo en tus programas y documentación. No es necesario que te pongas en contacto con nosotros para pedirnos permiso, a menos que estés reproduciendo una parte importante del código. Por ejemplo, escribir un programa que utilice varios trozos de código de este libro no requiere permiso. Vender o distribuir un CD-ROM de ejemplos de los libros de O'Reilly sí requiere permiso. Responder a una pregunta citando este libro y el código de ejemplo no requiere permiso. Incorporar una cantidad significativa de código de ejemplo de este libro en la documentación de tu producto sí requiere permiso.

Agradecemos, pero no exigimos, la atribución. Una atribución suele incluir el título, el autor, la editorial y el ISBN. Por ejemplo"Getting Started with Bluetooth Low Energy " por Kevin Townsend, Carles Cufí, Akiba y Robert Davidson (O'Reilly). Copyright 2014 Kevin Townsend, Carles Cufí, Akiba y Robert Davidson, 978-1-491-94951-1".

Si crees que el uso que haces de los ejemplos de código no se ajusta al uso legítimo o al permiso concedido anteriormente, no dudes en ponerte en contacto con nosotros en [e-mail].

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Agradecimientos

Gracias a Clara y Judith, por su infinita paciencia y comprensión, a Ha Thach, por su inagotable ayuda en el código base CNU para el nRF51822, y a pt y Limor por ayudar a que esto sea posible día tras día.

Kevin Townsend

Gracias a Carla por aguantar los incesantes chasquidos del teclado, y a Vinayak por todo lo que he aprendido de él a lo largo de los años.

Carles Cufí

Pocas veces tengo la oportunidad de trabajar con un gran equipo, así que me gustaría dar las gracias a todos los coautores por permitirme participar en este proyecto y a todo el personal de O'Reilly por darme una idea de todo el trabajo que conlleva la elaboración de un libro. También me gustaría dar las gracias a la comunidad mundial de hackers y hackerspaces por proporcionarme inspiración constante y el impulso de aprender más para poder impartir talleres. Y, por último, me gustaría dar las gracias a la comunidad de redes de sensores inalámbricos y a todos los locos que forman parte de ella, muchos de los cuales también forman parte de la comunidad hacker, así como de este libro.

Akiba

Gracias a mi hijo Joseph y a mi hija Leah por dedicarme su tiempo para que pudiera trabajar en esto.

Robert Davidson