Bluetooth (spesso abbreviato in BT) è uno standard tecnico-industriale di trasmissione dati per reti personali senza fili (WPAN: Wireless Personal Area Network). Fornisce un metodo standard, economico e sicuro per scambiare informazioni tra dispositivi diversi attraverso una frequenza radio sicura a corto raggio in grado di ricercare i dispositivi coperti dal segnale radio entro un raggio di qualche decina di metri mettendoli in comunicazione tra loro. Questi dispositivi possono essere ad esempio palmari, telefoni cellulari, personal computer, portatili, stampanti, fotocamere digitali, smartwatch, console per videogiochi, cuffie, purché provvisti delle specifiche hardware e software richieste dallo standard stesso. Il BT si è diffuso da tempo anche nel settore industriale (strumenti di misura, lettori ottici, ecc.) per il dialogo con i relativi datalogger.
Storia
La specifica Bluetooth è stata sviluppata dalla Ericsson e in seguito formalizzata dalla Bluetooth Special Interest Group (SIG). La SIG, la cui costituzione è stata formalmente annunciata il 20 maggio 1999, è un'associazione formata da Ericsson, Sony, IBM, Intel, Toshiba, Nokia e altre società che si sono aggiunte come associate o come membri aggiunti. Il Bluetooth è stato concepito come sistema standard per trasmissioni di dati per reti senza fili, nel contesto storico in cui lo sviluppo di tecnologie era particolarmente necessario. Nacque così un'associazione di attività produttrici di apparecchi elettronici. Questi potevano comunicare tra loro. Il sistema Bluetooth si basa sulla trasmissione onde radio sulla breve distanza, consumando energia elettrica. Ogni dispositivo dotato di un chip è in grado di creare una rete di dimensioni limitate, a seconda della versione utilizzata, il raggio d'azione può variare da 10 m a un massimo di 30 m, chiamata Personal Area Network (PAN).
Il nome è ispirato al soprannome di Sant'Aroldo - The Bluetooth Name, Harald "Blåtand" Gormsen re di Danimarca (dal 970 al 986) ed abile diplomatico che unì gli scandinavi introducendo nella regione il cristianesimo. Il suo soprannome era appunto "dente azzurro", in inglese Bluetooth, forse per via del fatto che andasse ghiotto di mirtilli oppure perché in battaglia si colorava i denti di blu per incutere paura al nemico. Gli inventori della tecnologia hanno ritenuto che fosse un nome adatto per un protocollo capace di mettere in comunicazione dispositivi diversi (così come il re unì i popoli della penisola scandinava con la religione).Da una pagina ufficiale del sito Bluetooth.com, archiviata dal sito originale il 20/02/2008 Il marchio della tecnologia unisce infatti le rune nordiche (Hagall) H e (Berkanan), B, analoghe alle moderne H e B. È probabile che l'Harald Blåtand a cui si deve l'ispirazione sia quello ritratto nel libro Röde Orm di Frans Gunnar Bengtsson, un best seller svedese ispirato alla storia vichinga.
Questo standard venne progettato con l'obiettivo di ottenere bassi consumi, un corto raggio d'azione (fino a 100 metri di copertura per un dispositivo di Classe 1 e fino a un metro per dispositivi di Classe 3) e un basso costo di produzione per i dispositivi compatibili. Lo standard doveva consentire il collegamento senza fili tra periferiche come stampanti, tastiere, telefoni, microfoni, ecc. a computer o PDA o tra PDA e PDA. In data 4 gennaio 2007 è stato superato il miliardo di dispositivi che utilizzano questa tecnologia. I dispositivi che integrano chip Bluetooth sono venduti in milioni di esemplari e sono abilitati a riconoscere e utilizzare periferiche Bluetooth in modo da svincolarsi dai classici cavi in rame. Il protocollo Bluetooth opera alla frequenza di 2,4 GHz. Per ridurre le interferenze il protocollo divide la banda in 79 canali e provvede a commutare tra i vari canali 1 600 volte al secondo (frequency hopping).
Con le versioni 1.1 e 1.2 dello standard Bluetooth vengono gestiti trasferimenti di dati con velocità fino a 723,1 kbit/s. Nella versione 2.0 è stata aggiunta una modalità con velocità più elevata, che consente trasferimenti fino a 3 Mbit/s. Tuttavia questa modalità comporta un incremento notevole dei consumi di corrente nei dispositivi, che prevalentemente sono alimentati a batteria. Con la versione 4.0 dello standard la velocità di trasferimento è stata incrementata fino a 4 Mbit/s. Nel contempo vi è stato introdotto un nuovo criterio, la riduzione della durata dei segnali trasmessi, che a parità di quantità di dati trasferiti riesce a dimezzare la corrente richiesta rispetto al Bluetooth versione 1.2.
Bluetooth non è uno standard comparabile con il Wi-Fi che è un protocollo nato per fornire elevate velocità di trasmissione con un raggio di copertura molto maggiore, a costo di un consumo di corrente più elevato e di un hardware molto più costoso. Infatti la rete creata dal Bluetooth viene definita come personal area network (PAN), mentre il Wi-FI ne forma una chiamata local area network. In questo senso il Bluetooth può essere paragonato al bus USB mentre il Wi-FI può essere paragonato alla rete Ethernet.
BMW è stato il primo produttore di autoveicoli a integrare la tecnologia Bluetooth nelle sue automobili in modo da consentire ai guidatori di rispondere al proprio telefono cellulare senza dover staccare le mani dal volante. Attualmente molti altri produttori di autoveicoli forniscono, di serie o in opzione, vivavoce Bluetooth che integrati con l'autoradio dell'automobile permettono, in ottemperanza alle leggi vigenti, di utilizzare il cellulare mantenendo le mani sul volante, aumentando così la sicurezza nella guida.
Caratteristiche tecniche Classi di dispositivi Classe Potenza ERP Distanza (mW) (dBm)(m) 1 100 20 ~100 2 2,5 4 ~10 3 1 0 ~14 0,5 -3 ~0,5 I dispositivi dotati di Bluetooth si dividono in 4 classi di potenza di trasmissione:
Potenza ERP: massima potenza trasmissiva in radiofrequenza, comprendente l'incremento dovuto al guadagno in trasmissione dell'antenna del dispositivo.
Distanza: è il raggio massimo di copertura a portata ottica, cioè senza ostacoli, entro cui può avvenire il collegamento fra dispositivi BT.
Temporizzazione e clock La tecnologia Bluetooth prevede di sincronizzare la maggior parte delle operazioni con un segnale di clock in tempo reale. Esso serve, ad esempio, a sincronizzare gli scambi di dati tra i dispositivi, distinguere tra pacchetti ritrasmessi o persi, generare una sequenza pseudo-casuale predicibile e riproducibile. Il clock Bluetooth è realizzato con un contatore a 28 bit che viene posto a 0 all'accensione del dispositivo e subito dopo continua senza fermarsi mai, incrementandosi ogni 312,5 µs (metà slot quindi). Il ciclo del contatore copre approssimativamente la durata di un giorno (312,5 µs × 228 23,3 ore).
Ogni dispositivo Bluetooth ha il suo native clock (CLKN) che controlla la temporizzazione di quel dispositivo. Oltre a questo valore, proprio di ogni dispositivo, Bluetooth definisce altri due clock: CLK: questo è il clock della piconet, coincide con il CLKN dell'unità master della piconet. Tutte le unità attive nella piconet devono sincronizzare il proprio CLKN con il CLK. La sincronizzazione avviene aggiungendo un offset al CLKN dello slave per farlo coincidere con il CLK della piconet. CLKE: anche questo clock è derivato tramite un offset dal CLKN ed è usato dal master nel caso specifico della creazione di una connessione verso uno slave, e prima che tale slave si sia sincronizzato con il master (ovvero quando si tratta di un nuovo slave).
I primi 2 bit del contatore vengono usati direttamente per delimitare gli slot e i cosiddetti "mezzi slot", per la trasmissione e ricezione dei pacchetti; essi servono anche a stabilire nel tempo gli slot Tx (trasmissione) o Rx (ricezione) a seconda se il dispositivo in questione stia funzionando da master o da slave. Una trasmissione da parte del master comincerà sempre quando CLK[1:0] = 00 (slot di indice pari), mentre una trasmissione da parte di uno slave comincerà sempre quando CLK[1:0] = 10 (slot di indice dispari).
Connessioni Ogni dispositivo, quando si connette a una rete Bluetooth, identifica tramite un codice di 24 bit (COD) gli altri dispositivi attivando i servizi corretti, i collegamenti che possono essere stabiliti tra i diversi dispositivi definisce due tipi di collegamento a supporto delle applicazioni voce e trasferimento dati: senza connessione (Connectionless) o Servizio asincrono senza connessione (ACL, Asynchronous ConnectionLess), non richiede alcuna connessione prima di inviare i pacchetti, dove il trasmettitore può in qualsiasi momento iniziare a inviare i propri pacchetti purché conosca l'indirizzo del destinatario; orientati alla connessione (Connection Oriented) o servizio sincrono orientato alla connessione (SCO, Synchronous Connection Oriented), dove richiede di stabilire una connessione tra i dispositivi prima di inviare i dati.
ACL supporta traffico di tipo dati e si basa su un servizio di tipo best effort, dove l'informazione trasportata può essere di tipo utente o di controllo, questa comunicazione supporta connessioni a commutazione di pacchetto, connessioni punto-multipunto e connessioni simmetriche o asimmetriche. Nel caso di connessioni simmetriche il data rate massimo è di 433,9 kbit/s in entrambe le direzioni; mentre, per connessioni asimmetriche si raggiungono 723,2 kbit/s in una direzione e 57,6 kbit/s in quella opposta. Uno slave può trasmettere solamente se nello slot precedente aveva ricevuto un pacchetto dal master, inoltre in questi tipi di collegamenti, in genere, viene applicata la ritrasmissione dei pacchetti.
SCO è un collegamento che supporta connessioni con un traffico di tipo real-time e multimediale, questa comunicazione prevede connessioni a commutazione di circuito, connessioni punto-punto e connessioni simmetriche. Questo tipo di connessione è generalmente utilizzato per il trasporto della voce in canali da 64 kbit/s. Il master può supportare fino a tre collegamenti SCO verso lo stesso slave o verso slave differenti appartenenti alla stessa piconet. Uno slave, invece, può supportare fino a tre connessioni SCO verso lo stesso master, o due se i collegamenti sono stati creati da diversi master. A causa della sensibilità al ritardo di questi pacchetti (trasportano dati di natura real-time), non è prevista alcuna ritrasmissione in caso di errore o perdita.
Tipologia della rete
Due o più dispositivi collegati tra loro formano una piconet e i dispositivi all'interno di una piconet possono essere di due tipi: master, è il dispositivo che all'interno di una piconet si occupa di tutto ciò che concerne la sincronizzazione del clock degli altri dispositivi (slave) e la sequenza dei salti di frequenza, inoltre nel caso di connessioni con altre piconet, esso può essere solo uno slave; slave, sono unità della piconet sincronizzate al clock del master e al canale di frequenza, inoltre possono appartenere a più piconet contemporaneamente come slave attraverso l'uso di tecniche TDM (Time Division Multiplexing), ma può essere master solo in una.
Le specifiche Bluetooth prevedono 3 topologie di rete: punto-punto, dove la comunicazione avviene tra un master e uno slave punto-multipunto, dove la comunicazione avviene tra un master e molti slave scatternet, dove due o più piconet sono connesse tra loro, creando una rete più grande.
I limiti dei master e slave nelle scatternet sta nel fatto che all'aumentare del numero di piconet aumentano anche il numero di collisioni dei pacchetti e di conseguenza degradano le prestazioni del collegamento, con questo sistema si riducono le piconet ridondanti. Ogni piconet lavora indipendentemente dalle altre sia a livello di clock sia a livello di salti di frequenza, in quanto ogni piconet ha un proprio master.