Bluetooth: elementi di base (1)

Definizione

Con il termine bluetooth si indica un sistema di comunicazione, senza fili, progettato per sostituire la trasmissione di dati via cavo e garantire un collegamento, sicuro, fra dispositivi eterogenei

• dislocati in un’area circoscritta;
• costituiti da componenti elettroniche in grado di dissipare basse potenze;
• che inglobano chip replicabili con costi di produzione limitati.

Scenari di utilizzo

Voice/Data access point
Collegamento fra laptop/pda e telefoni mobili. Il cellulare funziona come punto di accesso alla rete Internet.

Interconnessione tra periferiche
Tastiere, mouse, auricolari, unità centrali di elaborazione o soluzioni legate al campo fotografico (stampanti, macchine digitali reflex).

PAN
Costruzione di reti ad-hoc per lo scambio di documenti fra persone facenti parte di gruppi di lavoro temporanei.

Dettagli tecnici

L’architettura di riferimento è costituita da un insieme di moduli indipendenti implementati in hardware o software.

Il core

La porzione che definisce il ricetrasmettitore ed il microprocessore in banda base si occupa della gestione dei segnali digitali. Vengono utilizzate le frequenze ISM. Il range (da 2.402 GHz a 2.480GHz) è suddiviso in 79 canali da 1MHz. A livello fisico, si utilizza una tecnica ibrida di trasmissione spread spectrum. Per evitare interferenze con altre sorgenti, il segnale generato varia 1600 volte al secondo. La velocità massima nominale per il trasferimento è legata alla versione adottata.

Un rete bluetooth (piconet) è costituita da un master e sette slave. Il master controlla le trasmissionee adottando un algoritmo di tipo round-robin. La connessione di due o più piconet forma una scatternet. Ad ogni network è univocamente assegnato un GLOBAL-ID. Ciascuna stazione è contraddistinta da un indirizzo di 48 bit (BD_ADDR) e per poter partecipare ad un dialogo necessita di un pattern hopping, definito dal sistema di arbitraggio del canale in modo dinamico.

Gli stati in cui può trovarsi una radio-station sono:

1. attesa (stand-by);
2. ricerca dispositivo (inquiry);
3. richiesta di partecipazione ad una piconet (page);
4. inattivo (park);
5. ascolto ed analisi (sniff);
6. trasmissione (transmit);
7. connesso (connected).

Il funzionamento è esemplificato nel seguente diagramma.

Esistono tre classi di periferiche. Esse si differenziano in base a due parametri: la potenza assorbita e la portata del segnale (power-class).

Il link controller e manager hanno il compito di inviare o ricevere dati, identificare periferiche, garantire l’autenticazione (PIN) , determinare il tipo di trama (single, multi-frame) utilizzato, effettuare un controllo sul dispendio energetico, criptare le informazioni (chiave di codifica ad n-bit). I collegamenti possono essere orientati alla connessione ed avvenire in modalità sincrona oppure essere asincroni e connectionless.

L‘host controller interface permette l’interazione con gli elementi interni ed esterni e fornisce una serie di servizi orientati alle applicazioni.

Il logical link and adaptation protocol (L2CAP) provvede ad ottimizzare il flusso di informazioni fra livelli superiori ed inferiori nello stack. Oltre a ciò, offre un’interfaccia al:

• SDP (Service Discovery Protocol) che rileva i servizi offerti e disponibili;
• RFCOMM (Radio Frequency COMMunication), usato per emulare una connessione seriale;
• TCS (Telephony Control Specification) – protocollo di controllo dei dati vocali;
• OBEX (Objecy Exchange) – session protocol connection-oriented, per il trasferimento di file fra device;
• TCP/IP.

I profili
Definiscono le funzionalità fornite; l’immagine successiva mostra alcune fra le più importanti presenti nei dispositivi attualmente in commercio.

Breve excursus storico

Le caratteristiche fondamentali sono state elaborate, all’inizio degli anni novanta, dai laboratori Ericsson.

Nel 1998 un consorzio di produttori – SIG – ha messo a punto una prima formalizzazione che nel corso del tempo ha subito diverse modifiche.

L’IEEE ha pubblicato, nel 2002, una proposta di standard compatibile: 802.15.1.

Origine del nome e logo

L’identificativo scelto e l’immagine associata derivano dalle prime lettere, dell’alfabeto germanico, di Harald Blatand (, ) – re ed abile diplomatico vissuto nel X secolo d.C. Egli riuscì ad unire sotto un unico regno i popoli che occupavano parte dell’attuale Danimarca e Norvegia in lotta per la supremazia e la conquista dei territori.

Riferimenti ed approfondimenti

• The Bluetooth Technology Web Site
• Special Interest Group
• Bluetooth architecture overview
• IEEE 802.15 Working Group

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