Spiegazione e differenze tra Bluetooth e Bluetooth LE

Spiegazione e differenze tra Bluetooth e Bluetooth LE

Bluetooth è il nome di una tecnologia ideata dalla multinazionale svedese Ericsson nel 1994, inizialmente progettata per essere un’alternativa wireless ai cablaggi RS-232. L’idea di base era quella di fornire un metodo rapido e semplice per collegare un telefono cellulare ad una serie di accessori come per esempio auricolari o vivavoce per automobili. Quattro anni dopo viene fondato  il Bluetooth Special Interest Group, un’associazione non-profit composta da corporazioni del calibro di IBM, Toshiba, Intel ed ovviamente Ericsson, che formalizza sempre nel 1998 le prime specifiche. Al giorno d’oggi, il Bluetooth SIG, che conta più di 19.000 aziende, è proprietario e licenziatario del marchio Bluetooth: per progettare un dispositivo a norma e standardizzato è necessario dunque sottoporlo all’approvazione dello stesso.

La lenta ma inesorabile diffusione della tecnologia Bluetooth va di pari passo con i suoi miglioramenti: in circa una decade vengono rilasciate versioni sino alla 3.0, tutte strettamente retrocompatibili. L’ultima versione, la 4.0 rilasciata nel 2010, introduce significativi miglioramenti.

Già dal 2001 infatti Nokia sviluppa un prototipo di tecnologia con l’obiettivo di minimizzare i costi di produzione ed i consumi energetici dei dispositivi, decidendo di standardizzare tale tecnologia sotto la bandiera Bluetooth. I risultati di questa ricerca, che nel 2006 prendeva il nome di Wibree, spinse il Bluetooth SIG a raggiungere un accordo ed integrando Wibree, sotto il nome di Bluetooth Low Energy Technology (Bluetooth LE), nelle specifiche di Bluetooth 4.0. Quest’ultima versione di Bluetooth è focalizzata esclusivamente sul basso consumo energetico, cambiando completamente direzione al processo di evoluzione intrapreso finora: il punto focale dell’innovazione infatti non sarà più la velocità di trasferimento e la distanza di copertura, ma appunto il dispendio energetico, insieme alla sicurezza dei trasferimenti ed alla rapidità di setup.

Questo approccio apre la strada ad innumerevoli casi d’uso per questa tecnologia: i dispositivi compatibili, i cosiddetti “Beacon”, sfruttano i vantaggi e il lato low-cost del Low Energy per poter essere utilizzati nei contesti più svariati. Infatti, la ricerca del SIG nel corso dell’ultimo decennio ha cercato di migliorare le prestazioni del Bluetooth in termini di consumo energetico, arrivando a presentare nel 2010 lo standard Bluetooth Low Energy che, grazie ad alcuni cambiamenti riguardanti tutti i livelli dello stack protocollare, ha ridotto i 5 consumi di potenza fino a 0.01 mW. Un consumo così basso rende il Bluetooth Low Energy ideale per quelle applicazioni che non richiedono un flusso di dati continuo ma accessibilità al dispositivo 24/24 h, come ad esempio le strumentazioni mediche (sanità digitale).

Non tutti i devices che supportano Bluetooth 4.0 sono retrocompatibili, poiché come già detto, rivoluzionano in toto l’architettura alla base della comunicazione: se prima in una comunicazione tra due devices vi erano solo i ruoli di Master e Slave con assegnazione dinamica, il Low Energy definisce altri ruoli a seconda dell’utilizzo e del compito del device stesso, pur mantenendo i due dei predecessori. L’ampiezza del gruppo di dispositivi che possono comunicare contemporaneamente non è più limitata dal Master (il limite precedentemente era 7 Slave per ogni Master) ma è definita durante l’implementazione e variabile a seconda dei casi.

Come funziona lo standard Bluetooth LE?

Lo standard è stato aggiornato nel corso degli anni, aggiungendo configurazioni specifiche per le diverse esigenze ma sempre basandosi sulle stesse linee guida della prima versione Bluetooth uscita nel 1998.

La comunicazione si basa sulla trasmissione di pacchetti, ovvero gruppi di bits che contengono non solo l’informazione vera e propria ma anche dati aggiuntivi per il riconoscimento e la sincronizzazione tra dispositivi. I dispositivi trasmettono nella banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) 2.4 GHz utilizzando la tecnologia FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum), ovvero suddividendo la banda in frequenze intervallate tra di loro (dette canali) su cui i dispositivi si sincronizzano per la comunicazione. I dispositivi periodicamente cambiano canale, secondo una sequenza pseudo-random chiamata hopping sequence.

La configurazione base di trasmissione vede coinvolti due dispositivi, di cui uno assume il ruolo di master e l’altro di slave. Il master ha il compito di gestire la comunicazione (inizio, sincronizzazione, termine) mentre lo slave si limita a seguire le istruzioni del master. Un master può collegarsi con più slaves, dando così origine ad una configurazione detta piconet. Le piconets possono essere collegate tra loro attraverso i loro master oppure stabilendo un collegamento tra un master e uno slave non appartenenti alla stessa piconet, per formare una rete chiamata scatternet.

Spiegazione e differenze tra Bluetooth e Bluetooth LE
Bluetooth LE: Piconet con un solo slave (a), piconet con più slaves (b), scatternet (c)

 

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