BLUETOOTH

Bluetooth: è uno standard di trasmissione dati per reti personali senza fili (WPAN= Wireless Personal Area Network).

Questa tecnologia wireless consente la comunicazione fra dispositivi diversi attraverso una frequenza radio sicura a corto raggio.  Non esiste limite alla natura di file che possono essere trasmessi: fotografiedocumentimusica e video. Negli ultimi anni ha trovato ampia diffusione soprattutto negli smartphone e viene usato per collegare cuffie wireless, ma anche tastiere, mouse e controller senza fili; inoltre, questa tipologia di collegamento viene usata anche per far comunicare dispositivi di casa intelligente (domotica), e Internet of Things (IoT).

La versione 1 è stata introdotta nel 1999 e si è arrivati nel 2016 al moderno Bluetooth 5, e nel 2019 con il Bluetooth 5.1.

La potenza e la conseguente distanza dei dispositivi Bluetooth vengono distinti in classi:

Classe 1 ( 100 mW ) con distanze in linea d’aria di circa 100 metri, velocità di trasmissione732,2 Kbit/s, nella versione 1.2 la velocità è di 1 Mbit/s .

Classe 2+EDR (Enhanced Data Rate), 2,5 mW distanza di circa 10 metri, velocità di trasmissione:2,1 Mbit/s  .

Classe 3+ HS (HighSpeed  basato su WLAN e UWB) 1 mW e distanza di circa 1 metro, velocità di trasmissione24 Mbit/s.

Classe 4 LE (0,5 mW) distanza 0,5 metri. Stack di protocollo Low Energy (LE) per diverse procedure a bassa energia per dispositivi di dimensioni ridotte; risoluzione degli errori migliorata; crittografia a 128 bit, velocità di trasmissione24 Mbit/s, 4.2 velocità di trasmissione25 Mbit/s.

Classe 5 raggiunge una da velocità di trasferimento di 50 Mbit/s al secondo, e il raggio di copertura è di circa 300 metri con consumi energetici ridotti rispetto alle precedenti versioni.

Caratteristiche del Bluetooth 5

  • Mantiene la connessione fino a 300 metri, distanza notevole rispetto agli altri dispositivi.
  • Ha una velocità di trasmissione dati fino a 50 Mbit/s, per cui si possono trasferire documenti in pochissimi secondi, anche se di grandi dimensioni.
  • Ha un consumo energetico estremamente ridotto, potrete tenerlo sempre attivo sul vostro smartphone senza avere problemi di autonomia.

Chiaramente non è sufficiente avere uno smartphone compatibile con il Bluetooth 5 per sfruttarne i vantaggi.  A esempio gli auricolari, e in generale tutti i dispositivi che vorremmo collegare devono essere compatibili con questa tecnologia per avere il massimo delle prestazioni. Per cui dovete fare attenzione quando acquistate, leggendo le schede dei prodotti.

Bluetooth 5 e Low Energy

La specifica Low Energy progettata per ridurre l’utilizzo di energia delle periferiche viene introdotto con il Bluetooth 4.0, e migliorata nettamente con Bluetooth 5. Con la versione precedente veniva utilizzato soprattutto per dispositivi “indossabili” con bassa potenza ma con alcune restrizioni: esempio le cuffie wireless non potevano essere collegate al dispositivo con Bluetooth Low Energy, mentre con la versione 5.0 tutti i dispositivi audio possono farlo, il che vuol dire un consumo energetico basso e maggiore durata della batteria.

BLUETOOTH 5.1

Rispetto allo standard 5 il 5.1 non è cambiato di molto, ma le poche novità sono importanti. Quella che mi pare più interessante è che i dispositivi Bluetooth con 5.1 saranno in grado di individuare altri apparati compatibili con un margine di errore di pochi metri, ed essere usato come un GPS da interni.

Questa funzionalità è data da un nuovo algoritmo di localizzazione in grado non solo di calcolare la distanza tra due dispositivi compatibili, ma anche di individuare in quale direzione puntare.

I metodi per poter individuare la posizione dei dispositivi all’interno di uno spazio sono due:

Utilizzando un certo numero di antenne per inviare o ricevere il segnale, triangolando i dati ricevuti o inviati, l’algoritmo sarà in grado di individuare la posizione e distanza del device, paragonabile al metodo utilizzato dalla rete cellulare per localizzare telefonini e smartphone all’interno del loro raggio d’azione.  Questo permetterà di sviluppare una più precisa localizzazione negli spazi chiusi dove il GPS non sempre funziona.

Utilizzando le antenne distribuite all’interno di centri commerciali, nelle stazioni e negli aeroporti, gli utenti saranno in grado di conoscere in tempo reale la loro posizione e chiedere indicazioni su come raggiungere il binario giusto, l’ubicazione di un negozio, oppure il gate d’imbarco.

Rispetto allo standard 5, che nel momento che due dispositivi si collegano tra loro effettuano una operazione chiamata GATT (Generic Attribute Profile), che permette di conoscere i servizi supportati scambiandosi dei dati, operazione utile ma che richiede tempo ed energia, con il Bluetooth 5.1 questa operazione viene eliminata nel caso che si tratti di dispositivi che si sono già connessi e sincronizzati almeno una volta, velocizzando il collegamento e inutile spreco di energia.

COME FUNZIONE IL BLUETOOTH 

Un apparato per poter essere “compatibile” con il Bluetooth deve disporre di un Chip Bluetooth che sia dotato di un’unità trasmittente e una ricevente installato nei componenti hardware, e un software specifico per il controllo del trasferimento dei dati. Tra i produttori più conosciuti di questi chip figurano Atheros, Nordic Semiconductor e Toshiba.

È inoltre possibile collegare un adattatore Bluetooth all’interfaccia USB di un dispositivo per usufruire di questa funzione.

ADATTATORE BLUETOOTH DA AMAZON

 

LA CONNESSIONE BLUETOOTH

La frequenza Bluetooth rientra nella banda ISM (Industrial Scientific and Medical Bands) non soggetta a licenza nell’intervallo da 2,402 GHz a 2,480 GHz. I dispositivi compatibili SRD (Short Range Devices) che rispettano gli standard del Bluetooth SIG possono operare senza restrizioni a livello mondiale in questa banda di frequenze.

Ogni dispositivo, per identificarsi come tale, dispone di un indirizzo MAC (Media Access Control) a 48 bit.

Il dispositivo che inizia la connessione assume il ruolo di “MASTER” (“Padrone”) mentre il dispositivo connesso è uno “Slave” (“Schiavo) creando di fatto una rete Bluetooth chiamata “Piconet”, e il collegamento rimane attivo fino a quando il dispositivo “Master” non chiude la connessione.

I dispositivi che vogliono collegarsi alla rete Piconet scansionano il segnale inviato dal Master a intervalli di 2,56 secondi. La connessione viene generalmente stabilita nel giro di 1,28 secondi. Tale modalità di interconnessione dinamica consente di sincronizzare i dati tra due apparecchi Bluetooth automaticamente, ad esempio un PDA con un PC portatile, sfruttando il protocollo SDP (Service Discovery Protocol) per distanze comprese tra 10 – 100 metri.

SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL PROTOCOLLO SDP

Normalmente in un collegamento Bluetooth gli apparecchi collegati sono in modalità standby (in pausa), e seguendo un ciclo di scansione a intervalli regolari si verifica se ci sono altri dispositivi: in questa modalità tutti i dispositivi sono a basso consumo energetico.

Ci sono due tipi di scansione:

  • PS (Page Scan: scansione della pagina) che consente la ricerca di un collegamento con un altro apparecchio Bluetooth che può essere in modalità “collegabile” o non “collegabile”.
  • IS (Inquiry Scan: richiesta di scansione) che permette di identificare la tipologia di apparecchi disponibili nella Piconet, “collegabile” o non “collegabile” e di provvedere ad approntare i necessari protocolli per il collegamento.

In pratica nella rete Piconet la distanza tra gli apparati deve essere ridotta, e la funzione Bluetooth del rispettivo dispositivo sia attivo. Questo avviene tramite un software specifico, o con un pulsante, contraddistinto dal simbolo Bluetooth. La connessione dovrà essere autorizzata mediante un PIN che viene visualizzato sul dispositivo Slave e ha lo scopo di garantire la sicurezza nei confronti di terzi e, normalmente, dovrà essere eseguita una volta sola in quanto il PIN viene memorizzato in un elenco e si connette in modo automatico quando l’apparato entra nel raggio di azione della Piconet.

PROFILI BLUETOOTH

Ogni chip Bluetooth viene fornito di un pacchetto software che contiene i servizi legati ai diversi profili Bluetooth. I profili identificano quale tipo di dati possono essere scambiati tra i dispositivi e quali servizi possono usufruire. Per poter usufruire di determinate funzioni tutti i dispositivi devono supportare lo stesso profilo. Nel caso è possibile integrarli facendo un aggiornamento tramite il sito web del fornitore.

Per saperne di più.