Bluetooth |
Martedì 27 Novembre 2012 18:34 | ||||||||||||||||
Nelle telecomunicazioni Bluetooth è uno standard tecnico-industriale di trasmissione dati per reti personali senza fili (WPAN: Wireless Personal Area Network). Fornisce un metodo standard, economico e sicuro per scambiare informazioni tra dispositivi diversi attraverso una frequenza radio sicura a corto raggio. Bluetooth cerca i dispositivi coperti dal segnale radio entro un raggio di qualche decina di metri mettendoli in comunicazione tra loro. Questi dispositivi possono essere ad esempio palmari, telefoni cellulari, personal computer, portatili, stampanti, fotocamere digitali, console per videogiochi purché provvisti delle specifiche hardware e software richieste dallo standard stesso. La specifica Bluetooth è stata sviluppata da Ericsson e in seguito formalizzata dalla Bluetooth Special Interest Group (SIG). La SIG, la cui costituzione è stata formalmente annunciata il 20 maggio 1999, è un'associazione formata da Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba, Nokia e altre società che si sono aggiunte come associate o come membri aggiunti. Il nome è ispirato a Harald Blåtand (Harold Bluetooth in inglese), re Aroldo I di Danimarca (901 - 985 o 986), abile diplomatico che unì gli scandinavi introducendo nella regione il cristianesimo. Gli inventori della tecnologia devono aver ritenuto che fosse un nome adatto per un protocollo capace di mettere in comunicazione dispositivi diversi (così come il re unì i popoli della penisola scandinava con la religione). Il logo della tecnologia unisce infatti le rune nordiche (Hagall) e (Berkanan), analoghe alle moderne H e B. È probabile che l'Harald Blåtand a cui si deve l'ispirazione sia quello ritratto nel libro The Long Ships di Frans Gunnar Bengtsson, un best-seller svedese ispirato alla storia vichinga. Informazioni generali Auricolare Bluetooth
Questo standard è stato progettato con l'obiettivo primario di ottenere bassi consumi, un corto raggio d'azione (da 1 a 100 metri) e un basso costo di produzione per i dispositivi compatibili. Lo standard doveva consentire il collegamento wireless tra periferiche come stampanti, tastiere, telefoni, microfoni, ecc. a computer o PDA o tra PDA e PDA. Attualmente più di un miliardo di dispositivi montano un'interfaccia Bluetooth. I telefoni cellulari che integrano chip Bluetooth sono venduti in milioni di esemplari e sono abilitati a riconoscere e utilizzare periferiche Bluetooth in modo da svincolarsi dai classici cavi in rame. Il protocollo Bluetooth lavora nelle frequenze libere di 2,45 GHz. Per ridurre le interferenze il protocollo divide la banda in 79 canali e provvede a commutare tra i vari canali 1.600 volte al secondo (frequency hopping). La versione 1.1 e 1.2 del Bluetooth gestisce velocità di trasferimento fino a 723,1 kbit/s. La versione 2.0 gestisce una modalità ad alta velocità che consente fino a 3 Mbit/s. Questa modalità però aumenta la potenza assorbita. La nuova versione utilizza segnali più brevi, e quindi riesce a dimezzare la potenza richiesta rispetto al Bluetooth 1.2 (a parità di traffico inviato). Bluetooth non è uno standard comparabile con il Wi-Fi, dato che questo è un protocollo nato per fornire elevate velocità di trasmissione con un raggio maggiore, a costo di una maggior potenza dissipata e di un hardware molto più costoso. Infatti il Bluetooth crea una personal area network (PAN) mentre il Wi-FI crea una local area network. Il Bluetooth può essere paragonato al bus USB mentre il Wi-FI può essere paragonato allo standard ethernet. Ad ogni modo lo standard Bluetooth include anche comunicazioni a lunga distanza tra dispositivi per realizzare delle LAN wireless. Ogni dispositivo Bluetooth è in grado di gestire simultaneamente la comunicazione con altri 7 dispositivi sebbene, essendo un collegamento di tipo master-slave, solo un dispositivo per volta può comunicare con il server. Questa rete minimale viene chiamata piconet. Le specifiche Bluetooth consentono di collegare due piconet in modo da espandere la rete. Tale rete viene chiamata scatternet. Dispositivi in grado di gestire due piconet e quindi in grado di fare da ponte tra le due reti dovrebbero apparire nei prossimi due anni Ogni dispositivo Bluetooth è configurabile per cercare costantemente altri dispositivi e per collegarsi a questi. Può essere impostata una password per motivi di sicurezza se lo si ritiene necessario. BMW è stato il primo produttore di autoveicoli a integrare tecnologia Bluetooth nelle sue automobili in modo da consentire ai guidatori di rispondere al proprio telefono cellulare senza dover staccare le mani dal volante. Attualmente molti altri produttori di autoveicoli forniscono di serie o in opzione vivavoce Bluetooth che integrati con l'autoradio dell'automobile permettono di utilizzare il cellulare mantenendo le mani sul volante a quindi aumentando la sicurezza della guida, rispetto alla guida in cui si telefona tenendo il cellulare in mano, ma non rispetto al tenere il cellulare spento. Una guida sicura non prevede conversazioni per i limiti del multitasking umano.
Adattatore Bluetooth USB per computer Molti adattatori Bluetooth sono disponibili in commercio; alcuni includono anche una porta IrDA. Classi dei dispositiviI dispositivi dotati di Bluetooth si dividono in 3 classi:
Caratteristiche TecnicheTemporizzazione e clockLa tecnologia Bluetooth prevede di sincronizzare la maggior parte delle operazioni con un segnale di clock in tempo reale. Esso serve, ad esempio, a sincronizzare gli scambi di dati tra i dispositivi, distinguere tra pacchetti ritrasmessi o persi, generare una sequenza pseudo-casuale predicibile e riproducibile. Il clock Bluetooth è realizzato con un contatore a 28 bit che viene posto a 0 all'accensione del dispositivo e subito dopo continua senza fermarsi mai, incrementandosi ogni 312,5 µs (metà slot quindi). Il ciclo del contatore copre approssimativamente la durata di un giorno (312,5 µs × 228 ≅ 23,3 ore). Ogni dispositivo Bluetooth ha il suo native clock (CLKN) che controlla la temporizzazione di quel dispositivo. Oltre a questo valore, proprio di ogni dispositivo, Bluetooth definisce altri due clock:
I primi 2 bit del contatore vengono usati direttamente per delimitare gli slot e i cosiddetti "mezzi slot", per la trasmissione e ricezione dei pacchetti; essi servono anche a stabilire nel tempo gli slot Tx (trasmissione) o Rx (ricezione) a seconda se il dispositivo in questione stia funzionando da master o da slave. Una trasmissione da parte del master comincerà sempre quando CLK[1:0] = 00 (slot di indice pari), mentre una trasmissione da parte di uno slave comincerà sempre quando CLK[1:0] = 10 (slot di indice dispari). ConnessioniI collegamenti che possono essere stabiliti tra i diversi dispositivi sono di due tipi: orientati alla connessione e senza connessione. Un collegamento orientato alla connessione richiede di stabilire una connessione tra i dispositivi prima di inviare i dati; mentre, un link senza connessione non richiede alcuna connessione prima di inviare i pacchetti. Il trasmettitore può in qualsiasi momento iniziare ad inviare i propri pacchetti purché conosca l’indirizzo del destinatario. La tecnologia Bluetooth definisce due tipi di collegamenti a supporto delle applicazioni voce e trasferimento dati: un servizio asincrono senza connessione (ACL, Asynchronous ConnectionLess) ed un servizio sincrono orientato alla connessione (SCO, Synchronous Connection Oriented). ACL supporta traffico di tipo dati e si basa su un servizio di tipo best-effort. L’informazione trasportata può essere di tipo utente o di controllo. SCO, invece, è un collegamento che supporta connessioni con un traffico di tipo real-time e multimediale.Il collegamento ACL supporta connessioni a commutazione di pacchetto, connessioni punto-multipunto e connessioni simmetriche o asimmetriche. Nel caso di connessioni simmetriche il data rate massimo è di 433,9 kbit/s in entrambe le direzioni; mentre, per connessioni asimmetriche si raggiungono 723,2 kbit/s in una direzione e 57,6 kbit/s in quella opposta. Uno slave può trasmettere solamente se nello slot precedente aveva ricevuto un pacchetto dal master. In questi tipi di collegamenti, in genere, viene applicata la ritrasmissione dei pacchetti. La connessione SCO prevede connessioni a commutazione di circuito, connessioni punto-punto e connessioni simmetriche. Questo tipo di connessione è generalmente utilizzata per il trasporto della voce in canali da 64 kbit/s. Il master può supportare fino a tre collegamenti SCO verso lo stesso slave o verso slave differenti appartenenti alla stessa piconet. Uno slave, invece, può supportare fino a tre connessioni SCO verso lo stesso master, o due se i collegamenti sono stati creati da diversi master. A causa della sensibilità al ritardo di questi di pacchetti (trasportano dati di natura real-time), non è prevista alcuna ritrasmissione in caso di errore o perdita. Tipologia della reteDue o più dispositivi collegati tra loro formano una piconet. I dispositivi all’interno di una piconet possono essere di due tipi: master o slave. Il master è il dispositivo che all’interno di una piconet si occupa di tutto ciò che concerne la sincronizzazione del clock degli altri dispositivi (slave) e la sequenza dei salti di frequenza. Gli slave sono unità della piconet sincronizzate al clock del master e al canale di frequenza. Le specifiche Bluetooth prevedono 3 tipi di topologie: punto-punto, punto-multipunto e scatternet. Diverse piconet possono essere collegate tra loro in una topologia chiamata scatternet. Gli slave possono appartenere a più piconet contemporaneamente, mentre il master di una piconet può al massimo essere lo slave di un’altra. Il limite di tutto ciò sta nel fatto che all’aumentare del numero di piconet aumentano anche il numero di collisioni dei pacchetti e di conseguenza degradano le prestazioni del collegamento. Ogni piconet lavora indipendentemente dalle altre sia a livello di clock che a livello di salti di frequenza. Questo perché ogni piconet ha un proprio master. Un dispositivo Bluetooth può partecipare sequenzialmente a diverse piconet come slave attraverso l’uso di tecniche TDM (Time Division Multiplexing), ma può essere master solo in una. Modalità operativeUn dispositivo Bluetooth si può trovare essenzialmente in due stati: in quello di connessione o in quello di standby. L’unità si trova nello stato di connessione se è connesso ad un altro dispositivo ed è coinvolto con esso alle normali attività. Se il dispositivo non è connesso, o non è coinvolto alle attività della piconet, allora esso si trova automaticamente nello stato di standby. Questo stato è stato concepito come un modo per far risparmiare energia ai dispositivi. Se uno di essi non è coinvolto attivamente all’interno di una connessione, non c’è motivo che assorba picchi di potenza pari a quelli dei dispositivi attivi. Quando un’unità si trova in standby ascolta il canale ogni 1,28 secondi per eventuali messaggi dal master. Quando un dispositivo passa dallo stato di standby a quello di connessione, esso può essere collocato in una delle seguenti modalità:
Architettura
Bluetooth Protocol Stack Similmente all’architettura OSI, Bluetooth specifica un approccio a livelli nella sua struttura protocollare. Differenti protocolli sono utilizzati per differenti applicazioni. Indipendentemente del tipo di applicazione, però, lo stack protocollare Bluetooth porta sempre all’utilizzo dei livelli data-link e fisico. Non tutte le applicazioni usano tutti i protocolli dello stack Bluetooth, infatti, esso è rappresentato su più livelli verticali, al di sopra dei quali c’è un’applicazione specifica. Scendendo un po' più in dettaglio è possibile identificare le funzioni principali svolte dai protocolli più importanti dello stack Bluetooth:
Gli adopted protocols sono così chiamati perché sono protocolli definiti da altre organizzazioni di standardizzazione e incorporati nell'architettura Bluetooth: PPP (lo standard Internet per trasportare i pacchetti IP su una connessione punto a punto), TCP/UDP-IP (le fondamenta della suite TCP/IP), OBEX (object exchange, un protocollo a livello sessione sviluppato dalla Infrared Data Association per scambio di oggetti, simile all'HTTP ma più semplice; usato ad esempio per trasferire dati in formato vCard e vCalendar, cioè biglietto da visita e calendario degli impegni) e WAE/WAP (Wireless Application Environment e Wireless Application Protocol). Caratteristiche suddivise per versioneBluetooth 1.0 e 1.0BLe versione 1.0 e 1.0B sono afflitte da molti problemi e spesso i prodotti di un costruttore hanno grosse difficoltà nel comunicare con il prodotto di un'altra società. Tra lo standard 1.0 e 1.0B vi sono state delle modifiche nel processo di verifica dell'indirizzo fisico associato a ogni dispositivo Bluetooth. Il vecchio metodo rendeva impossibile rimanere anonimi durante la comunicazione e quindi un utente malevole dotato di uno scanner di frequenze poteva intercettare eventuali informazioni confidenziali. La versione B apportò anche delle modifiche alla gestione dell'ambiente Bluetooth in modo da migliorare l'interoperabilità. Questa versione trasferisce molto lentamente i dati. Bluetooth 1.1La versione 1.1, identificata come standard IEEE 802.11.1-2002, risolve errori introdotti nella versione 1.0B e permette la comunicazione su canali non cifrati. Bluetooth 1.2Questa versione, identificata come standard IEEE 802.11.1-2005, è compatibile con la precedente 1.1 e aggiunge le seguenti novità:
Bluetooth 2.0 + EDRLa nuova versione è retrocompatibile con tutte le precedenti versioni e offre i seguenti miglioramenti:
Bluetooth 2.1 + EDRViene aggiunta la Secure Simple Pairing (SSP): questo migliora l'esperienza d'accoppiamento dei dispositivi Bluetooth, aumentando l'uso e il livello di protezione, viene introdotta la "Extended inquiry response" (EIR), che fornisce ulteriori informazioni durante la procedura di ricerca per permettere una migliore filtraggio dei dispositivi prima del collegamento, che riduce il consumo di energia in modalità di risparmio energetico. Alcuni sistemi Bluetooth 2.1 possono essere aggiornati alla versione 3.0, ma solo se il dispositivo a cui sono accoppiati presenta anche il wi-fi. Bluetooth 3.0 + HSIl 21 aprile 2009 sono state presentate le specifiche per la nuova versione Bluetooth 3.0.[6][7] La novità maggiore riguarda la possibilità di inviare una grande mole di dati sfruttando connessioni Wi-Fi. Bluetooth Special Interest Group (SIG) ha pubblicato la specifica Alternate MAC/PHY, che combinerà i vantaggi di Bluetooth, quali la possibilità di instaurare rapidamente connessioni (P2P) fra più dispositivi. Per ottimizzare la durata della batteria dei notebook, la nuova specifica prevede che la connessione Wi-Fi venga utilizzata solo quando realmente necessario: ad esempio, per trasferire file di grandi dimensioni o per lo streaming di contenuti multimediali. In pratica, i dispositivi capaci di supportare lo standard 3.0 continueranno a cercarsi e connettersi tra loro utilizzando Bluetooth: non appena gli utenti avvieranno un trasferimento o la riproduzione di contenuti in streaming che richieda velocità più elevata, la comunicazione verrà passata alla connessione Wi-Fi, che trasferirà i dati alla velocità massima di 24 Mbit/s (standard b/g). Una volta terminato il trasferimento o lo streaming, la connessione Wi-Fi verrà disconnessa e il controllo tornerà al protocollo Bluetooth. Le funzionalità della specifica Alternate MAC/PHY sono rese possibili dal servizio Service Discovery del protocollo Bluetooth, capace di negoziare connessioni wireless utilizzando altri protocolli di rete. Bluetooth 4.0In data 6 luglio 2010 sono diventate definitive le specifiche della versione 4.0. Tra i primi produttori ad usare quest'ultima versione ricordiamo Apple per i suoi MacBook Air, iPhone 4S e nuovo iPad, Asus e Acer per i rispettivi Ultrabook ZenBook UX21/UX31 ed Aspire S3 e lo smartphone Motorola Razr che utilizza Android come sistema operativo. Rispetto alle versioni precedenti, la versione 4.0 punta alla riduzione dei consumi energetici, tramite un'ottimizzazione della struttura di trama e l'impiego di dispositivi più efficienti. In termini trasmissivi, sono stati potenziati i meccanismi di rilevazione e correzione di errore e di criptatura del segnale col supporto di AES-128. I primi dispositivi commerciali dotati di Bluetooth 4.0 (computer e smartphone) sono stati immessi sul mercato nella seconda metà del 2011. Il futuro del BluetoothLa versione successiva del Bluetooth, chiamata in codice Lisbon, prevede l’arricchimento di caratteristiche per aumentare la sicurezza, l’usabilità e il valore del Bluetooth. Sono stati definiti i seguenti punti di sviluppo:
Questa versione è stata presentata in preversione a marzo del 2007 e si prevede che venga standardizzata in un tempo compreso tra i tre e i sei mesi. La versione successiva a Lisbon è stata denominata Seattle. La più importante innovazione è l’apertura a Ultra wideband (UWB) che permetterà una velocità di trasferimento più elevata. SicurezzaBluetooth utilizza l'algoritmo SAFER+ (Secure And Fast Encryption Routine) per autenticare i dispositivi e per generare la chiave utilizzata per cifrare i dati. Nel novembre del 2003 Ben e Adam Laurie di A.L. Digital Ltd. scoprirono delle falle di sicurezza nel protocollo Bluetooth. Queste falle consentivano l'accesso a dati personali da parte di un estraneo. È da segnalare che i difetti riguardavano alcune pessime implementazioni del protocollo e non affliggevano tutti i dispositivi Bluetooth. In un esperimento successivo, Martin Herfurt del trifinite.group ha dimostrato durante il CeBIT quanto fosse importante il problema della sicurezza. Utilizzando un nuovo tipo di attacco chiamato BlueBug è riuscito a forzare alcuni dispositivi. Nell'aprile del 2004 l'esperto di sicurezza @Stake rivelò la possibilità di forzare il Bluetooth e di accedere a una serie di dati personali. Il suo attacco si era basato su un'analisi del dispositivo Bluetooth che gli aveva permesso di recuperare il codice utilizzato per cifrare la trasmissione dei dati. Nell'agosto del 2004 durante il world-record-setting experiment è stato dimostrato che è possibile intercettare il segnale Bluetooth anche a un miglio di distanza utilizzando un'antenna direzionale ad elevato guadagno e bassissima distorsione. Questo estende significativamente il possibile raggio di azione di un potenziale attaccante. Profili BluetoothPer facilitare l'utilizzo dei dispositivi Bluetooth sono stati definiti una serie di profili, che identificano una serie di possibili applicazioni. I profili definiti sono i seguenti.
Questi profili sono utilizzati per sincronizzare i Personal Information Manager (PIM). Originariamente erano previsti per le reti a infrarossi IrDA ma in seguito il Bluetooth SIG ha deciso di includerli nelle sue specifiche per facilitare la sincronizzazione tra i vari dispositivi dell'utente. Vengono usualmente definiti IrMC Synchronization.
La compatibilità dei prodotti con i vari profili può essere verificata sul sito Bluetooth Qualification website. Ulteriori sviluppi tecnologiciDue sono gli sviluppi di maggiore interesse: Voice over IP (VoIP) e Ultra wideband (UWB). La tecnologia Bluetooth costituisce parte fondamentale nello sviluppo del VoIP. Oggi viene già impiegata nei microfoni usati come estensioni wireless dei sistemi audio dei cellulari e dei PC. Dato l’incremento in popolarità e nell’uso del VoIP, il Bluetooth potrebbe essere utilizzato nei telefoni cordless e cellulari per la connessione a Internet per effettuare una chiamata VoIP. Nel marzo 2006 il SIG ha annunciato l'intenzione di lavorare insieme ai produttori del UWB per sviluppare la futura generazione di Bluetooth che usi lo standard e la velocità della tecnologia UWB. Questo permetterà l'uso dei profili su UWB consentendo un trasferimento dati molto veloce ottimo per la sincronizzazione, il VoIP e le applicazioni audio e video, con un consumo di potenza allo stato estremamente ridotto quando il dispositivo è inattivo. Il 3 ottobre 2006 Nokia ha annunciato anche una nuova tecnologia wireless, chiamata Wibree, che ha un consumo inferiore di energia. |
||||||||||||||||
Ultimo aggiornamento Martedì 27 Novembre 2012 19:08 |