Per il mondo dell’illuminazione Bluetooth 5 rappresenta una tecnologia che definisce uno standard applicativo per il settore IoT Lighting, permettendo l’interoperabilità tra apparecchi d’illuminazione, sensori e dispositivi di comando. Di fatto questo standard applicativo è con quello Zigbee l’unico disponibile sul mercato dell’illuminazione wireless.
La tecnologia Bluetooth è uno standard per lo scambio di dati senza fili su breve distanza, che utilizza la banda radio a onde corte UHF. Ideato per rimpiazzare i cavi dati RS-232, Il Bluetooth vede la luce (anche se non con questo nome) già nel 1994, quando la svedese Ericsson presenta sul mercato uno standard tecnologico simile all’attuale Bluetooth. Qualche anno dopo Ericsson, Nokia, Intel e Toshiba (tra gli altri) danno vita al Bluetooth Special Interest Group (SIG – https://www.bluetooth.com/), che si prefigge lo scopo di tenere aggiornato lo standard e sviluppare nuove specifiche e funzionalità. Oggi il SIG conta oltre 30mila membri con aziende operanti nel settore delle telecomunicazioni, dell’elettronica di consumo, dell’informatica e delle infrastrutture di rete.
Il Bluetooth sfrutta onde radio sulla frequenza dai 2.4 GHz ai 2.485 GHz e richiede un consumo di energia elettrica tutto sommato contenuto. Ogni dispositivo dotato di un chip Bluetooth è in grado di creare una rete di dimensioni limitate (a seconda della versione che si utilizza, il raggio d’azione può variare da un massimo di 10 metri a un massimo di 30 metri), chiamata Personal Area Network (PAN) ed estremamente sicura. Solitamente, la connessione e scambio dati all’interno di una singola PAN avviene tra due dispositivi, ma lo standard prevede che ogni device Bluetooth possa connettersi con un massimo di altri 7 dispositivi.
La rete Bluetooth (o piconet) utilizza protocolli a commutazione di pacchetto ed è caratterizzata da un’architettura master/slave (simile a quella server/client su cui si basa Internet). Lo scambio dati avviene a intervalli di tempo predeterminati e cadenzati dal master (ovvero dal dispositivo che crea la rete Bluetooth): ogni intervallo dura 312,5 microsecondi, nel corso dei quali i dispositivi possono inviare i loro pacchetti dati. Il master invia dati negli intervalli dispari e riceve negli intervalli pari; gli slave ricevono negli intervalli dispari e inviano negli intervalli pari.
Come tutti i nuovi standard, il primo Bluetooth è stato quello in versione 1.0, presto seguito dalla 1.0B. Entrambi non brillavano per sicurezza: risultava impossibile collegare due dispositivi mantenendo l’anonimato. Anche l’interoperabilità e l’universalità del collegamento (che in teoria erano la ragione stessa della nascita del Bluetooth) non erano sempre garantiti.
Buona parte di questi problemi sono stati risolti con il Bluetooth 1.1 e, soprattutto, con il Bluetooth 1.2. Quest’ultima versione introduce anche nuove funzionalità come l’Adaptive Frequency Hopping (AFH), per ridurre le interferenze elettromagnetiche e l’extended Synchronous Connections (eSCO), che permette la trasmissione di audio in alta qualità.
Con il Bluetooth 2.0 iniziano a salire anche le prestazioni della connessione, grazie alla tecnologia Enhanced Data Rate (EDR) che porta la velocità massima a 3 Mbit al secondo. Viene introdotto anche il controllo della qualità del servizio e viene ottimizzato di parecchio il consumo energetico. Il risparmio energetico sale ancora con il Bluetooth 2.1, che facilita anche le procedure di accoppiamento dei dispositivi e le rende più sicure.
Il Bluetooth 3.0 è la versione dello standard che inaugura l’era delle connessioni Bluetooth ad alte prestazioni: grazie all’uso delle frequenze Wi-Fi IEEE 802.11 la velocità massima sale a 24 Mbit/s e questo standard inizia a diventare più interessante per un più largo spettro di usi. Anche perché diventa anche più sicuro, grazie all’Aomic Encryption Change: la password delle connessioni criptate viene cambiata in continuazione, per limitare i rischi di intrusione.
Con il Bluetooth 4.0 viene introdotto lo standard Low Energy (LE), cioè una versione del Bluetooth dedicata espressamente ai dispositivi come i sensori che richiedono poca banda dati ma devono consumare il meno possibile. La velocità del BLE scende infatti ad appena 1 Mbit/s, ma i consumi sono nettamente inferiori.
A partire dal Bluetooth 4.0, poi, si allarga ulteriormente lo spettro delle bande radio che possono essere utilizzate per trasmettere dati ad alta velocità, ma questo crea qualche problema di interferenza con alcune reti. Problemi risolti poi con il Bluetooth 4.1 e 4.2.
L’ultima generazione del Bluetooth è la quinta, che offre miglioramenti notevoli rispetto al passato: l’area di trasmissione è quattro volte più ampia, la velocità in modalità LE raddoppia, quella in modalità a consumo standard addirittura si moltiplica per otto. Bluetooth 5.1 e 5.2 sono oggi le versioni più veloci, stabili e sicure di questo standard di connessione tra dispositivi elettronici.
I profili Bluetooth
Se oggi con il Bluetooth si possono collegare tra loro i dispositivi più disparati ad un prezzo molto basso è perché, con il progredire dello standard, sono stati introdotti numerosi “profili”. Con questo termine si intendono dei set di istruzioni, che fanno capo allo standard principale ma che sono specifiche per un determinato tipo di utilizzo. Uno speaker Bluetooth, ad esempio, ha bisogno di quella parte del protocollo Bluetooth che riguarda la trasmissione dell’audio, ma non anche quella che serve a gestire un flusso video. Un mouse Bluetooth, invece, non se ne fa niente né del primo set di istruzioni né del secondo, ma ha bisogno di un terzo set, cioè di un altro profilo Bluetooth.
Oggi i profili Bluetooth ufficialmente approvati sono ben 27, ma quelli maggiormente usati sono solo sei: Advanced Audio Distribution Profile (usato per trasferire audio in alta qualità), Audio/Video Remote Control Profile (AVRCP, usato per trasferire flussi audio/video), Handsfree Profile (HFP, usato nei sistemi di infotainment delle auto), Headset Profile (usato sulle cuffiette per ricevere e fare chiamate telefoniche), File Transfer Protocol (FTP, usato per trasferire file tra più dispositivi), Human Interface Device Protocol (usato per mouse, tastiere e altre periferiche di input).
Bluetooth Mesh
Nei primi mesi del 2019 Bluetooth SIG ha rilasciato le specifiche per il Bluetooth Mesh (https://www.bluetooth.com/specifications/mesh-specifications/), una struttura di rete per dispositivi Bluetooth LE ritenuta una soluzione più affidabile e scalabile per le applicazioni IoT ed i dispositivi di automazione domestica che richiedono una tecnologia di rete a bassa energia per interagire e scambiare informazioni tra loro. Questa tecnologia sarà un ingrediente cruciale per le applicazioni IoT, come beaconing, automazione industriale e dispositivi domestici intelligenti.
Sono stati definiti i seguenti concetti:
- Mesh Profile: definisce i requisiti fondamentali per abilitare una soluzione di rete mesh interoperabile per la tecnologia wireless Bluetooth LE.
- Mesh Model: presenta modelli, utilizzati per definire le funzionalità di base dei nodi su una rete mesh.
- Mesh Device Properties: definisce le proprietà del dispositivo richieste per la specifica del modello di mesh.
Come anticipato all’inizio dell’articolo, per il mondo dell’illuminazione questa tecnologia rappresenta una svolta in quanto definisce uno standard applicativo per il settore IoT Lighting, permettendo l’interoperabilità tra apparecchi d’illuminazione, sensori e dispositivi di comando. Di fatto questo standard applicativo è con quello Zigbee l’unico disponibile sul mercato dell’illuminazione wireless.