Spiegazione e differenze tra Bluetooth e Bluetooth LE

Il Bluetooth, ideato da Ericsson nel 1994, si è affermato come tecnologia wireless di riferimento per la connessione di dispositivi a corto raggio. Inizialmente concepito per sostituire i cavi RS-232, il Bluetooth ha conosciuto un’evoluzione costante, ampliando il proprio ventaglio di applicazioni e migliorando le proprie prestazioni.

Sviluppo e standardizzazione:

Nel 1998, il Bluetooth Special Interest Group (SIG) è stato fondato da aziende leader del settore, tra cui IBM, Toshiba e Intel, con l’obiettivo di definire e standardizzare le specifiche Bluetooth. Oggi, il SIG conta oltre 19.000 membri e sovrintende al marchio e agli standard Bluetooth, garantendo l’interoperabilità tra dispositivi di diverse marche.

Evoluzione tecnologica:

Le prime versioni del Bluetooth, fino alla 3.0, si concentravano principalmente sulla velocità di trasferimento dati e sulla portata. Tuttavia, nel 2010, il Bluetooth 4.0 ha introdotto un cambiamento significativo: il Bluetooth Low Energy (BLE).

Bluetooth Low Energy (BLE):

Il BLE nasce dall’esigenza di ridurre i consumi energetici dei dispositivi, in particolare quelli alimentati a batteria o che richiedono una lunga autonomia. Rispetto al Bluetooth classico, il BLE offre:

• Minore consumo energetico: Il BLE consuma fino a 0,01 mW, rendendolo ideale per dispositivi con batterie di piccole dimensioni o che richiedono una connessione costante ma non un flusso continuo di dati.
• Maggiore portata: Il BLE può raggiungere una portata fino a 200 metri (rispetto ai 10 metri del Bluetooth classico).
• Bassa latenza: Il BLE offre una latenza ridotta, fondamentale per applicazioni in tempo reale come i sensori IoT.
• Elevata sicurezza: Il BLE implementa robuste misure di sicurezza per proteggere i dati trasmessi.

Casi d’uso del BLE:

Il BLE ha aperto la strada a un’ampia gamma di applicazioni, tra cui:

• Dispositivi indossabili (fitness tracker, smartwatch)
• Sensori IoT (temperatura, umidità, movimento)
• Beacon per il marketing di prossimità
• Smart home (luci, termostati, serrature)
• Giocattoli e dispositivi per il fitness

Implicazioni per la progettazione di dispositivi:

L’architettura del BLE introduce nuovi ruoli oltre ai classici Master e Slave, pur mantenendo questi ultimi. Inoltre, il numero di dispositivi che possono comunicare contemporaneamente non è più limitato dal Master, ma definito in fase di implementazione e variabile a seconda delle esigenze.

Come funziona lo standard Bluetooth LE?

Comunicazione a pacchetti:

La comunicazione BLE avviene tramite la trasmissione di pacchetti, unità di dati strutturate che contengono non solo le informazioni da trasmettere, ma anche dati addizionali per la sincronizzazione e il riconoscimento dei dispositivi coinvolti. Questa struttura garantisce un flusso di comunicazione efficiente e affidabile.

Banda ISM e tecnologia FHSS:

I dispositivi BLE operano nella banda ISM a 2,4 GHz, una porzione dello spettro radio dedicata ad applicazioni industriali, scientifiche e mediche. Per ridurre le interferenze e migliorare la robustezza del segnale, la tecnologia FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) divide la banda in canali frequenziali distinti. I dispositivi cambiano canale frequentemente secondo una sequenza pseudo-casuale, minimizzando l’impatto di eventuali interferenze e garantendo una comunicazione fluida.

Ruoli di Master e Slave:

In una configurazione BLE standard, vi sono due tipi di dispositivi: Master e Slave. Il Master assume il ruolo di iniziatore e gestore della comunicazione, sincronizzandosi con lo Slave e stabilendo i parametri di trasmissione. Lo Slave, invece, attende le istruzioni del Master e trasmette i dati in base alle indicazioni ricevute.

Piconet e Scatternet:

Un Master BLE può connettersi a più dispositivi Slave contemporaneamente, formando una rete ad hoc chiamata piconet. Le piconet possono essere interconnesse tra loro tramite i rispettivi Master oppure attraverso collegamenti diretti tra un Master e uno Slave di piconet diverse, dando vita a una rete più ampia chiamata scatternet. Questa flessibilità permette di creare reti dinamiche e adatte a diverse esigenze applicative.

Evoluzione dello standard BLE:

Nel corso degli anni, lo standard BLE è stato aggiornato per introdurre nuove funzionalità e ottimizzare le prestazioni. Le versioni più recenti includono:

• Bluetooth 4.2: Introduce il supporto per la comunicazione ad alta velocità (EDR) e la tecnologia Low Energy Audio (LE Audio).
• Bluetooth 5.0: Raddoppia la portata e quadruplica la capacità di trasmissione dati, introducendo anche funzionalità di rilevamento della posizione più precise.
• Bluetooth 5.1: Migliora la connettività per dispositivi IoT e introduce nuove funzionalità per l’automazione domestica.
• Bluetooth 5.2: Introduce funzionalità avanzate per il rilevamento della posizione e migliora la gestione dell’energia per dispositivi IoT a bassa potenza.

 

Conclusione

Il Bluetooth, con l’introduzione del BLE, ha raggiunto un nuovo livello di maturità, diventando una tecnologia versatile e adatta a un’ampia gamma di applicazioni. Il suo basso consumo energetico, la portata estesa, la bassa latenza e l’elevata sicurezza lo rendono una scelta ideale per dispositivi IoT, wearable computing e domotica. La continua evoluzione del Bluetooth e l’impegno del SIG nel definire standard aperti e interoperabili assicurano un futuro radioso per questa tecnologia.