Il Bluetooth Low Energy è l’ideale per applicazioni IoT Medical

Lo standard wireless Bluetooth ha avuto un enorme successo nel corso degli anni. Esso ha trovato spazio per essere utilizzato in tutti i moderni dispositivi elettronici: PC, smartphone, indossabili ed anche nelle automobili. Bluetooth supporta anche le tecnologie pensate per l'IoT, scommettendo sul sicuro successo di quest'ultime nel prossimo futuro. In questo articolo svolgeremo una panoramica sullo standard Bluetooth, partendo dalla prima versione denominata V1 fino ad arrivare all'ultima detta V5. Focalizzeremo l'attenzione sugli aspetti tecnici che caratterizzano il Bluetooth Low Energy (V4, V5), e che lo candidano a primario competitore nelle applicazioni IoT.

Introduzione

Dopo lo standard WLAN (WiFi, 802.11), Bluetooth è il secondo standard wireless più conosciuto nel settore commerciale ed ha trovato il suo spazio in ogni computer e smartphone. L'industria ha anche pianificato ulteriori opportunità come ad esempio radio fari per la localizzazione e l'automazione. L'avvento dei fitness-tracker e degli smartwatch ha ulteriormente spinto il mercato Bluetooth. Secondo il Bluetooth SIG (Special Interest Group), oltre 8 miliardi di dispositivi Bluetooth sono in uso oggi giorno. Le analisi di mercato hanno predetto un incremento di circa 5 miliardi all'anno di dispositivi, per un totale di 40 miliardi nel 2021. Questa crescita addizionale sarà principalmente guidata dalle applicazioni IoT.

Panoramica sul Bluetooth

Versioni

Lo standard bluetooth è stato sviluppato in molteplici versioni. Ufficialmente tutte le versioni dalla V2.1, inclusa la BR, sono valide. Sebbene lo sviluppo di modalità ad alta velocità sia stato interrotto, le specifiche rimangono valide. Le versioni fino alla V3 inclusa sono conosciute come Bluetoth classiche, mentre dalla V4 in poi sono note come BLE (Bluetooth Low Energy) cioè Bluetooth a bassa potenza. Le versioni BLE (dalla V4 in avanti) sono ottimizzate per richieste di alta efficienza come necessario per dispositivi che devono operare per lunghi intervalli di tempo con una piccola quantità di corrente assorbita. In generale i dispositivi possono anche supportare entrambe le modalità operative (Dual Mode). Bluetooth Classico e il BLE sono similari ma non compatibili l'uno con l'altro. La tabella 1 riassume le caratteristiche ed alcune informazioni fondamentali delle varie versioni Bluetooth.


Versione	Caratteristica	Descrizione	Anno	Modo
1	data-rate base (BR)	Bluetooth convenzionale con basso data-rate	1999-2003	Classico
2	data-rate aumentato (EDR)	Aumentata velocità di trasmissione dati	2004-2007
3	alta velocità (HS)	Modalità alta velocità	2009
4	bassa potenza (LE)	Bassi consumi ideale per IoT	2010-214	LE
5	migliorie per LE	Copertura più estesa, data-rate più elevati	2016	LE

Tabella 1: caratteristiche fondamentali delle versioni Bluetooth

Architettura

Un dispositivo Bluetooth consiste fondamentalmente di un Host e di un Controller. Lo stack Bluetooth e l'attuale applicazione vengono eseguiti su Host, mentre le operazioni in bandabase avvengono sul Controller il quale supporta o il Bluetooth classico (BR/EDR) o quello a basso consumo (BLE). Entrambi i componenti comunicano per mezzo dell'interfaccia host-controller (HCI). I dispositivi con doppia modalità presentano due controller distinti, uno per BR/EDR e uno per BLE. Nella figura 1 vengono illustrate schematicamente le due configurazioni.

Figura 1: schema a blocchi dell'architettura Bluetooth single mode e dual mode

Profili

Bluetooth fornisce solo l'abilità fisica di trasferire i dati senza la necessità di un cavo. Comunque, gli utenti si aspettano che determinati casi d'uso vengano implementati (ad esempio trasferire un file da PC verso smatphone). Lo standard pertanto definisce determinati profili, i quali definiscono come uno specifico scenario deve essere implementato (prendendo l'esempio precedente, lo standard offre un File Transfer Profile (FTP)). Alcuni profili sono universalmente applicabili e devono essere supportati in ogni dispositivo Bluetooth. Altri appaiono solo in determinati dispositivi o versioni, a seconda del loro scopo (ad esempio il profilo viva voce ha senso negli headset, ma non negli smartphone). Due dispositivi che vogliono scambiarsi dati devono supportare lo stesso profilo.

Blutooth Low Energy (BLE) per IoT

Bluetooth Low Energy è la designazione utilizzata per le estensioni speciali iniziate con la versione 4. Le versioni 4,1 e 4,2 hanno fornito dei miglioramenti minori, ma è con la versione 5 che sono arrivati gli aggiornamenti maggiori come l'elevato data-rate. Bluetooth 5 venne annunciato nel 2016, sottolineando diversi miglioramenti fatti appositamente per andare incontro alle applicazioni IoT. Rispetto alla versione 4.0, Bluetooth 5 presenta doppia velocità e [...]

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