Bluetooth

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 Hi-Fi, tv,computer, PC, cellulari, elettrodomestici, device, ecc ) 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 o 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'interno 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 che opera nella frequenza di 2,4 GHz, frequenza assegnata per usi industriali. Le frequenze utilizzate variano da paese a paese, in relazione alle normative nazionali.

 

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 GHz - 5,85 GHz. Il sistema di comunicazione bluetooth è progettato per funzionare anche in ambienti con forte presenza di interferenze, 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, mille volte inferiore alla potenza di un cellulare GSM, impiegando la tecnologia TDD (Time Division Duplex, nella gestione del traffico asimmetrico,  come ad esempio per la  gestione del traffico asimmetrico nell'UMTS, la navigazione su internet, ecc.).

In relazione alla potenza i dispositivi Bluetooth vengono distinti in classi, classe 1, 2, 3, generalmente un notebook implementa un terminale bluetooth in classe 2 con raggio d'azione di diversi metri.

 

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.

Il 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.

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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 SDP (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 802.11°
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 8 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.

 

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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 ) che abbiamo già visto, per distanze di alcune decine di 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.

 

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 - 57,6 Kbps 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.

Ogni master riesce a gestire un massimo di tre connessioni SCO simultanee verso slave con una cadenza di 64 Kbs, gli ACL agiscono sugli time slot liberi gestendo i dati generici. I dati di una piconet vengono trasmessi a pacchetti di 2745 bit, e sono composti da un AC (Access Code), da un  H (Header), e da un P (Payload). Ogni pacchetto può estendersi fino a cinque time slots.

Ad un livello superiore ISO/OSI i dati vengono gestititi dal protocollo L2CAP (logical link control adaption protocol) che gestisce la suddivisione dei file in pacchetti e del loro assemblaggio. Un'altro protocollo IROBEX permette di gestire le comunicazioni IrDA.

Le caratteristiche e capacità di una /scheda Bluetooth (profili minimi o classi di servizi) alloggiata in un determinato dispositivo Bluetooth (cellulare, notebook, palmare, stampante, ecc.) dipendono dal costruttore, occorre quindi accertarnese preventivamente:

▪ networking;
▪ positioning (GPS);
▪ information;
▪ audio;
▪ telephony.

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, come abbiamo visto. Due dispositivi Bluetooth vicini tra loro che svolgono con ruolo di master realizzano una Scatternet su frequenze diverse,ogni master a sua volta gestisce gli slave della propria piconet. Abbiamo visto che il limite dei canali radio disponibili è di 79, quest'ultimo rappresenta il numero massimo di master attivi presente in un'area.

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

 

Le connessioni tra dispositivi bluetooth vengono controllate dal Link Manager (LM, componente software che gestisce le impostazioni, l’autenticazione, le configurazioni, ecc.) e dal Link Controller (LC, componente hardware che gestisce l’invio / ricezione dei dati, le impostazioni dei dati, ecc.). Il Link Manager sorveglia il collegamento tra i diversi dispositivi Bluetooth e verifica le procedure di autenticazione e configurazione del collegamento, attraverso il contatto con un altro Link Manager.

Lo scambio delle informazioni di servizio avviene tramite il protocollo LMP (Link Manager Protocol). Le informazioni dell'LMP possono essere di: trasmissione e ricezione dati, di autenticazione, di scansione ( page scan, inquiry scan, park hold sniff), di identificazione, di collegamento, di determinazione canale comunicativo, di verifica, la compressione dei dati scambiati. L'LMP controlla inoltre le modalità di potenza e i valori di duty cycle parte Radio bluetooth. I messaggi inviati vengono chiamati PDU (Protocol Data Units) che si articolano in 55 tipologie. Un ulteriore livello di controllo superiore è l’L2CAP ( Logical Link Control and Adaptation Protocol) che  agisce una volta stabilita la connessione tra dispositivi tramite l’LMP, gestendo la segmentazione / ricompilazione pacchetti dati (di 64 Kb max), il multiplexing, le informazioni QoS (Quality of Service).

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Gli sviluppi del Bluetooth seguono le specifiche della versione Bluetooth 2.0 che consente

un incremento di velocità di trasmissione fino a 10Mbps, un raggio d'azione fino a 10 metri, supporto simultaneo per slave a bassa e alta velocità, bassi costi, conformità con versione Bluetooth 1.0.

Documento redatto dal professor Daniele Pauletto


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