Bluetooth: Come funziona questa tecnologia wireless?

In un mondo sempre più connesso, la tecnologia Bluetooth che consente l’associazione tra dispositivi e lo scambio di dati wireless (senza fili) tra essi, ricopre un ruolo di estrema importanza, ma non tutti sanno come funziona questa tecnologia. Voglio quindi parlarti del Bluetooth, raccontarti la sua storia e svelarti i segreti del suo funzionamento.

Che cos’è il Bluetooth?

Con il termine Buetooth si intende uno standard tecnico-industriale, spesso abbreviato in BT, di trasferimento dati per reti WPAN, ovvero Wireless Personal Area Network, in italiano sarebbe reti personali senza fili e consente di creare una vera e propria rete tra due o più dispositivi connessi.

Il funzionamento dello standard BT sfrutta specifiche frequenze radio a corto raggio che consentono di mettere in connessione dispositivi, dotati di tecnologia BT, in uno spazio generalmente ridotto di circa 10 metri e in campo aperto e senza ostacoli può raggiungere anche i 30 metri, tuttavia, il campo d’azione massimo, coperto della tecnologia BT per dispositivi di classe 1, può operare nel raggio di circa 100 metri. Delle classi Bluetooth parleremo in maniera più approfondita in un paragrafo dedicato.

A seconda della tecnologia bluetooth in uso, è possibile ottenere una o più connessioni, ma sempre di tipo uno ad uno. Questo significa che ogni dispositivo può essere connesso ad uno o più dispositivi e lo scambio di dati è permesso solo tra dispositivi direttamente connessi tra loro.

Oggi la tecnologia Bluetooth è utilizzata soprattutto come tecnologia di comunicazione tra dispositivi, in altri termini, è utilizzata principalmente per controllare e comunicare con dispositivi dotati di tecnologia BT, in modo wireless, senza fili, così da evitare l’utilizzo di ingombranti, scomodi e antiestetici cavi o i poco funzionali sensori ad infrarossi. Questo tipo di connessioni sono utilizzate oltre che in campo privato, anche e soprattutto in campo industriale. Sono infatti sempre di più i macchinari e gli impianti industriali le cui apparecchiature comunicano in modo wireless attraverso la tecnologia Bluetooth.

Storia del BT

La tecnologia Bluetooth è stata sviluppata per la prima volta dalla multinazionale svedese Ericsson sul finire degli anni novanta e nel 1999, Ericcson, insieme a Sony, IBM, Intel, Toshiba e Nokia hanno dato vita alla Bluetooth SIG o più semplicemente BSIG (Bluetooth Special Interest Group), un’organizzazione con sede a Kirkland, nello stato di Washington, che ha il compito di sovrintendere lo sviluppo della tecnologia Bluetooth e concedere la licenza delle tecnologie e dei marchi Bluetooth ai vari produttori che vogliano farne uso.

Il termine Bluetooth deriva dal soprannome di Harald Blatand, detto Bluetooth (letteralmente “dente azzurro” per la pratica di tingersi i denti di azzurro quando andava in battaglia).

Harald Blatand è noto alla storia scandinava per essere stato un abile diplomatico oltre che il primo sovrano ad unificare il frammentario regno di Danimarca nella seconda metà del X secolo.

Le capacità diplomatiche e unificatrici di re Harald, in particolare l’opera compiuta in Danimarca, hanno ispirato gli sviluppatori della tecnologia Bluetooth, ritenendo che, come Harald, anche il Bluetooth avesse una capacità unificatrice, per cui hanno scelto di utilizzare proprio il soprannome di re Harald per la propria tecnologia.

Proprio come il nome, anche il logo del BT ha un forte legame con la storia e la tradizione scandinava, il suo logo infatti è frutto dell’unione di due rune nordiche (Hagall) e (Berkanan), corrispettive delle odierne H e B, le iniziali del nome di re Harald, disposte su uno sfondo blu.

La tecnologia Bluetooth, ha visto importanti evoluzioni nel corso degli ultimi 20 anni, evoluzioni che le hanno permesso di rendere le connessioni sempre più veloci e sicure, permettendo così il trasferimento di una quantità sempre maggiore di dati. Basti pensare che la velocità di trasferimento dati della versioni 1.1 e 1.2 dello standard Bluetooth, in condizioni ottimali, poteva trasferire file ad una velocità massima di 723 kbit/s, nella versione 2.0 la velocità venne portata a 3 Mbit/s e nella versione 4.0 sono stati raggiunti i 4 Mbits/s.

Per il trasferimento di file di grandi dimensioni 4 Mbit/s possono risultare molto limitanti, tuttavia, essendo il Bluetooth una tecnologia di comunicazione e non prettamente di trasferimento dati, la velocità di 4 Mbit/s è più che sufficiente per avere tempi di latenza estremamente bassi.

Si stima che nel 2007 i dispositivi dotati di tecnologia bluetooth fossero più di 1 miliardo.

Come funziona la tecnologia Bluetooth?

Ora che abbiamo inquadrato, a larghe linee cos’è, a cosa serve la tecnologia bluetooth e quali sono i suoi campi di applicazione, cerchiamo di capire come funziona il bluetooth.

Perché la tecnologia BT possa permettere la comunicazione tra due dispositivi è necessario che i dispositivi vengano associati o accoppiati al fine di garantire uno scambio sicuro di dati crittografati e l’accoppiamento dei dispositivi è possibile solo se i due dispositivi si trovano rispettivamente nel raggio d’azione l’uno dell’altro.
Quando si parla di associazione o accoppiamento, ciò che avviene tra i due dispositivi è uno scambio di dati che consente ai dispositivi di decifrare i dati provenienti dall’altro dispositivo.

Esistono due principali tecnologie di associazione per dispositivi Bluetooth, che a grandi linee possiamo identificare come un associazione chiusa e aperta.

Nel caso si utilizzi l’associazione “chiusa” o per essere più tecnici, la tecnologia Bluetooth BR/EDR, l’accoppiamento avviene in modo automatico tra un dispositivo e un antenna collegata ad un altro dispositivo.

I dispositivi bluetooth che utilizzano questo tipo di associazione possono essere associati solo ed esclusivamente alla propria antenna. Questo tipo di associazione è spesso utilizzata da alcune periferiche, come ad esempio mouse e tastiere.

Diversamente se si utilizza l’associazione aperta o per essere più precisi, la tecnologia Bluetooth LE è richiesta una scansione, generalmente attivata dalla pressione di un tasto su un dispositivo che quindi invia alcuni pacchetti dati detti “pubblicitari”. Questi pacchetti contengono vengono intercettati da tutti i dispositivi in ascolto nell’area e la connessione tra i due dispositivi si attiva solo quando un dispositivo in ascolto accetta l’associazione permettendo così lo scambio di dati in modo sicuro e cifrato. Questo tipo di associazione è spesso utilizzata da e per dispositivi multimediali quali possono essere telecomandi, cuffie o smartwatch.

Diversamente dall’associazione BR/EDR, l’associazione LE consente ad un dispositivo slave di associarsi a qualsiasi dispositivo master, tuttavia, per i dispositivi slave è possibile un unica connessione o associazione per volta.

Detto più semplicemente, ad uno smartphone (master) è possibile collegare più cuffie Bluetooth contemporaneamente e riprodurre musica attraverso più dispositivi contemporaneamente, diversamente, una cuffia Bluetooth (slave) può essere connessa ad un unico smartphone per volta, con la possibilità di riprodurre audio da un unica sorgente per volta.

Generalmente questo tipo di associazione è utilizzata da dispositivi multimediali come telecomandi, cuffie e smartwatch.

La comunicazione tra dispositivi Bluetooth come già anticipato avviene tramite segnali radio a bassa frequenza, e, a seconda della tecnologia Bluetooth utilizzata è possibile che il raggio d’azione possa essere più o meno ampio.

Classi Bluetooth

Attualmente lo standard Bluetooth prevede quattro diverse classi per la potenza di trasmissione, che, in funzione della potenza ERP (massima potenza trasmissiva in radiofrequenza) calcolata sulla base di mW e dBm permettono di definire il raggio d’azione dei dispositivi bluetooth.

I dispositivi BT di classe 4 hanno una potenza ERP di 0.5mW e -3 dBm che consente al dispositivo di rilevare o essere rilevato nel raggio di circa 50 cm (0,5 metri).
I dispositivi BT di classe 3 hanno una potenza ERP di 1 mW e 0 dBm che consente al dispositivo di rilevare o essere rilevato nel raggio di circa 1m metro.
I dispositivi BT di classe 2 hanno una potenza ERP di 2.5 mW e 4 dBm che consente al dispositivo di rilevare o essere rilevato nel raggio di circa 10m metri.
I dispositivi BT di classe 1 hanno una potenza ERP di 100 mW e 20 dBm che consente al dispositivo di rilevare o essere rilevato nel raggio di circa 100m metri.