Bluetooth: guida alla tecnologia Bluetooth

Wireless
di D.Pauletto

Lo scopo principale della nascita della tecnologia bluetooth risiede nella capacità di far dialogare e interagire fra loro dispositivi diversi (telefoni, stampanti, notebook, PDA, impianti HiFi, tv,computer, PC, cellulari, elettrodomestici, device, etc) senza la necessità di collegamenti via cavo, ciò che va sotto il nome di wireless. Wireless si riferisce a una tipologia di comunicazione, ad un monitoraggio e a un insieme di sistemi di controllo in cui i segnali viaggiano nello spazio e non su fili o cavi di trasmissione.In un sistema wireless la trasmissione avviene principalmente via radiofrequenza (RF) o via infrarosso (IR).



Wireless consente in un ufficio, in una casa di far dialogare tra loro tutti i dispositivi elettronici presenti. Lo scambio di informazione fra gli strumenti avviene attraverso onde radio, eliminando qualsiasi tipo di connessione fisica tra dispositivi. Per fare ciò ciascun dispositivo deve possedere all'intreno di un chip, integrato, in grado di trasmettere e ricevere informazioni nell'etere.All'interno del panorama Wireless il Bluetooth è sicuramente una tecnologia che rivoluzionerà il mercato della connessione delle reti wireless, principalmente per i bassi costi di trasmissione su cui essa si basa e soprattutto per la possibilità di far comunicare qualunque tipo di dispositivo wireless attraverso onde radio.

La tecnologia Bluetooth è specificatamente progettata per realizzare la comunicazione senza fili per apparecchi di piccole dimensioni. Il concetto chiave ispiratore di questa tecnologia è quello di eliminare completamente i cavi necessari alla comunicazione fra apparecchi, come abbiamo visto.



Tutte le apparecchiature bluetooth predisposte in un ambiente di lavoro sono nella condizione di generare piccoli network ( reti ) senza fili, cioè un'interconnessione di comunicazioni dati come ad esempio una rete di computer (Lan).Diversamente da una lan i dispositivi interconnessi non si limitano ai computer ma ad altri diversificati apparecchi elettronici come cellulari,cuffie,proiettori, scanner, videocamere, fotocamere, elettrodomestici vari.Questi collegamenti senza fili sono effettuati usando un ricetrasmettitore radiofonico che opera nella frequenza di 2,4 GHz, frequenza assegnata per usi industriali.



Questi piccoli network wireless sono generalmente chiamati piconet.Un piconet è costituito da due o più periferiche che condividono un canale di comunicazione utilizzando Bluetooth , fino ad un massimo di 8 dispositivi.La frequenza di 2,4 Ghz è sotto le frequenze UHF radio amatoriali che vanno dai 5,65 - 5,85 Ghz. Il sistema di comunicazione bluetooth è progettato per funzionare anche in ambienti con forte presenza di inteferenze,campi elettromagnetci, ciò che va sotto il nome di elettrosmog, ciò per assicurare collegamenti sempre efficienti e affidabili. E' possibile ad esempio ascoltare musica dell' impianto stereo o della Tv tramite la cuffia senza fili anche se ci sono oggetti, ostacoli interposti, cosa impossibile con le cuffie a raggi infrarossi (tecnologia Irda). La velocità di comunicazione è prossima ad 1 Mbps anche con piccole potenze nell'ordine di alcuni milliWatt, impiegando la tecnologia TDD (Time Division Duplex, nella gestione del traffico asimmetrico, come ad esempio per internet,e nel prossimo futuro con l' Umts, offre una mobilità limitata).



Lo standard Bluetooth consente di creare delle Wpan (Wireless personal area networks) con diversi nuovi servizi. quelle che vengono definite "reti wireless individuali", ossia gruppi di dispositivi differenti tra loro collegati per soddisfare le esigenze del singolo. Bluetooth permette infatti di gestire sia i dati sia la voce, utilizzando una trasmissione a pacchetto su rete radio per i dati e una modalità connection-oriented per la voce.



I dispositivi dotati di questa tecnologia comunicano dunque tra loro creando e riconfigurando dinamicamente (la configurazione cambia infatti automaticamente quando si inserisce o si elimina un dispositivo) delle reti ad hoc (dette picoreti) composte da un massimo di otto nodi (più picoreti possono a loro volta interconnettersi, aumentando le possibilità di espansione). Ciò permette, ad esempio, di sincronizzare i dati di un Pc portatile e un Pda semplicemente avvicinando i due apparecchi, oppure di passare automaticamente al vivavoce quando si entra in auto parlando al cellulare. Tutto questo è possibile grazie al "service discovery protocol", che permette ad un dispositivo Bluetooth di determinare quali sono i servizi che gli altri apparecchi presenti nella picorete mettono a disposizione. Tale protocollo può fungere sia da server (ossia può essere interrogato da un altro dispositivo e rispondere con i propri servizi) sia da client (interrogando gli altri dispositivi) e ogni apparecchio dispone delle informazioni relative ai servizi di cui è capace e dei protocolli supportati: altri apparati potranno fare uso di queste informazioni per determinare le possibilità di interazione con i nodi della picorete. Questo è necessario perché, naturalmente, una stampante bluetooth non offrirà le stesse possibilità di un Pda o di un’auricolare, pertanto occorre che ogni nodo conosca le funzioni e le possibilità di ogni altro nodo della rete. Per fare un esempio concreto, se un telefonino Bluetooth vuole trasferire un messaggio di testo a un Pda, potrà interrogare quest’ultimo per sapere se è dotato di funzionalità e-mail, o se è in grado di ricevere un testo in altro modo. Quando un dispositivo si inserisce per la prima volta in una picorete, inoltre, effettuerà una "scansione" di tutti i nodi presenti per capire come può interagire con essi.

Gli standard per le tecnologie Wireless più utilizzati sono:

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications).standard digitale criptato per telefonini cordless con possibilità di 120 canali su 12 frequenze, evoluzione del cordless analogico, implementa l'interfaccia Gap (Generic Access Profile) ed utilizza la modulazione GMSK, bit rate max 348 Kbps.

IrDA (Infrared Device Application) tecnologia di interconnessione dati tramite infrarossi bidirezionale point-to-point tra dispositivi posizionati in visibilità reciproca LoS, line of sight, con range ridotto a 1 - 2 metri e bit rate di 4 Mbps.

IEEE 802.11, tecnologia per le wireless Lan , con un'unica interfaccia a livello di Data Link e due possibili implementazioni a livello Psysical Layer (infrarosso, non applicato, trasmissione Dfir), e a onde radio con tecnologia FHSS e DSSS. Tale standard si articola in 802.11a operante a 5,8 Ghz e 40 Ghz e 802.11b operante a 2,4 Ghz e 11 Mbps, high rate.

Bluetooth tecnologia di interconnessione wireless low-power (mWatt), in grado di far "comunicare" dispositivi elettronici come i telefoni, stereo, notebook,computer, pda fino ad un massimo di 16 dispositivi, attraverso onde radio a basso raggio emesse da alcuni trasmettitori presenti all'interno di questi dispositivi, di cui ci stiamo occupando. Bluetooth consente gestire sia i dati ( TD trasmissione dati) sia la voce (TV trasmissione voce), utilizzando una trasmissione a pacchetto su rete radio per i dati e una modalità connection-oriented per la voce.

Gli elementi base di un sistema Bluetooth sono l'RU (unità radio) e l' BU (unità base).



I dispositivi comunicano tra loro in modo dinamico, la picorete si configura automaticamente quando si inserisce o si elimina un dispositivo. A loro volta più picoreti possono interconnettersi tra loro aumentando le possibilità di espansione.

Banda di Frequenza

 Classificazione  Utilizzazione  
3- 30 Khz  VLF  Very Low Frequency  comunicazioni marittime
30 Khz -  300 Khz  LF      Low Frequency       "           "         "
300 Khz - 3 Mhz  MF    Medium Frequency  comunicazioni emergenza  
3 Mhz - 30 Mhz  HF    High Frequency  radioamatori - usi militari
30 Mhz - 300 Mhz  VHF  Very High Frequency  TV - Radio Am - FM
0,3 - 3 Ghz  UHF  Ultra High  Frequency  Bluetooth -  ISM 

frequenze Industriale  Scientifica Medica

3  - 30 Ghz  SHF  Super High Frequency Radar - Satelliti
30 - 300 Ghz  EHF  Extra High Frequency Radar - Satelliti
1000 Ghz  - 10.000.000 Ghz   Infrarossi - Ultravioletti  


Tale modalità di interconessione dinamica consente di sincronizzare i dati tra due apparecchi Bluetooth automaticamente, ad esempio un pda con un notebook, sfruttato l'SDP (Service Discovery Protocol ),per distanze comprese tra 10 - 100 metri.



Il protocollo consente di determinare le tipologie di servizi presenti e disponibili nella picorete sia in una modalità server sia client.Nella modalità server consentirà ad un dispositivo di interrogarlo sui servizi e protocolli supportati, quindi renderli disponibili, nella modalità client consentirà l'interrogazione dei dispositivi connessi alla picorete per avere informazioni.

In un collegamento tutti gli apparecchi Bluetooth connessi sono generalmente in modalità standby, cioè di attesa, seguendo un ciclo di scansione ad intervalli di tempo al fine di verificare la presenza di eventuali altri dispositivi.La scansione effettuata può essere di due tipi: PS (Page Scan) e IS (Inquiry Scan).



La scansione PS consente la la ricerca di un collegamento con un altro apparecchio Bleutooth, che può risultare in modalità connectable mode o non-connectable mode.La scansione IS simile alla precedente, permette di identificare la tipologia di apparecchi disponibili nella picorete, discoverable mode o non-discoverade mode, e di approntare i necessari protocolli per il collegamento.

I risultati di una scansione sono : A (Active) la connessione è attiva, H (Hold)può svolgere operazioni IS e PS, S (Sniff) riduzione del carico di lavoro , P (Park) modalità di attesa..



Come abbiamo visto la tecnologia Bluetooth opera nella gamma di frequenza dai 2,4 ai 2,483 Ghz, suddivisa in canali da 1 Mhz impiegando la tecnica FHSS.( Frequency Hopping Spread Spectrum, tecnologia che consente a più utenti di condividere lo stesso insieme di frequenze, cambiando automaticamente la frequenza di trasmissione fino a 1600 volte al secondo, al fine di una maggiore stabilità di connessione e di una riduzione delle interferenze tra canali di trasmissione)..Lo spectrum spreading consiste in una continua variazione di frequenza utilizzando una modulazione di frequency hopping. Gli hops corrispondono ai salti di frequenza all'interno della gamma assegnata ( 2,402 Ghz -2,480 Ghz, con salti di 1 Mhz, complessivamente 79 hops set).

Due o più unità che condividono la stessa sequenza di hopping (piconet) vengono ad assumere tale configurazione:



La comunicazione viene gestita dall'unità master tramite FHSS consentendo la sincronizzazione con le unità slave, fino ad un numero massimo di 7 dispositivi slave attivi. Nella piconet oltre alle sette unità slave attive possono rimanere sincronizzate con l'unità master altre unità in una modalità di attesa ( park ). La tecnologia Bluetooth consente due principali modalità di collegamento tra unità master e slave, l'ACL e lo SCO. Il collegamento ACL (Asynchronous Connectionless) consente la trasmissione dei dati (Td) con una modalità sincrona. La velocità di trasmissione dati nella modalità asimmetrica sarà 723 Kbps - 57,6Kbps nell'altra direzione, nella modalità simmetrica invece, sarà pari a circa 434 Kbps.Il collegamento SCO ( Synchronous Connection Oriented ) consente una trasmissione radio ( Tr ) e una trasmissione Voce ( Tv ). La velocità di trasmissione voce sincrona bidirezionale sfrutta una codifica voce Continuous Variable Slope Delta Modulation ( CVSD ) , permettendo un bit rate di 64 Kbps.



I dati di una piconet vengono trasmessi a pacchetti e sono composti da un AC ( Access Code ), da un H ( Header ), e da un P ( Payload ).



La modalità di trasmissione e ricezione dati può cambiare in relazione alle esigenze di comunicazione delle varie unità Bluetooth, passando per esempio da una sola comunicazione voce a una sola comunicazione dati.Una rete wireless composta da più apparecchi formerà una piconet, a sua volta più piconet formeranno un network wireless chiamato Scatternet.

Una piccola rete Bluetooth può supportare un collegamento punto a punto ( point to pont ) e multi punto ( multipoint ).



Ogni unità contiene all'interno più componenti:

<> l'unità radio

<> l'unità di controllo di collegamento (link unit)

<> l'unità di gestione e di interfaccia del collegamento



I Link Manager sorveglia il collegamento tra i diversi dispositivi Bluetooth e verifica le procedurre di autenticazione e configurazione del collegamento, attraverso il contatto con un altro Link Manager.



Lo scambio delle informazioni avviene tramite il protocollo LMP (Link Manager Protocol). Le informazioni dell'LM possono essere di: trasmissione e ricezione dati, di autenticazione, di scansione (page scan, inquiry scan, park hold sniff), di identificazione, di collegamento, di determinazione canala comunicativo, di verifica.

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