Bluetooth è una tecnologia wireless standard che utilizza le onde radio UHF per scambiare dati tra dispositivi a corto raggio. È stato inventato nel 1994 di Ericsson, sebbene lo standard Bluetooth IEEE lo abbia successivamente standardizzato l'anno successivo. Il Bluetooth SIG mantiene e supervisiona lo sviluppo delle specifiche, controlla il programma di qualificazione, e tutela i marchi.
Al di sopra di 6 miliardi di unità Bluetooth erano state spedite 2019, rendendo così lo standard Bluetooth la tecnologia più comunemente utilizzata per le comunicazioni a corto raggio. MOKOBlue è una delle aziende leader che supportano lo sviluppo degli standard Bluetooth. Abbiamo incorporato questa tecnologia nella maggior parte dei nostri dispositivi.
Perché lo standard Bluetooth viene utilizzato nell'IoT e nei dispositivi moderni?
Tra gli esperti di tecnologia, La tecnologia Bluetooth è la più preferita per lo sviluppo di prodotti che ne hanno bisogno per comunicare facilmente con un altro dispositivo. Questo perché il Bluetooth è facile da usare, strumento, ed è meno costoso. inoltre, Il Bluetooth è la scelta perfetta per i progetti IoT che prevedono di funzionare a bassa potenza in quanto richiede meno energia per trasmettere i dati da un dispositivo all'altro.
Anche, lo standard Bluetooth è il migliore per le comunicazioni a breve distanza in quanto la sua velocità di trasmissione può raggiungere facilmente 2 Mbps. Così, Bluetooth rende le applicazioni di streaming come file video di visualizzazione wireless ad alta definizione o lo streaming di un file audio HQ su un auricolare wireless.
Reti Bluetooth
La connessione di più dispositivi tramite Bluetooth forma reti che si dividono in due;
Piconet
La rete piconet copre una piccola area e collega fino a otto dispositivi. In una rete piconet, un dispositivo funge da master, mentre gli altri dispositivi collegati sono slave. Per esempio, la connessione tra uno smartphone con un paio di cuffie wireless e uno smartwatch forma una rete piconet. In questo caso, il padrone è il cellulare, mentre lo smartwatch e le cuffie sono schiavi.
Scatternet
La rete scatternet ha due o più reti piconet interconnesse. Questa rete viene stabilita quando una rete piconet diventa il master dello slave di altre reti piconet. A causa del suo gran numero di partecipanti, scatternet copre un'area più ampia rispetto a piconet, sebbene la limitazione tecnica del Bluetooth renda scarse le sue implementazioni.
Confronto tra le diverse versioni di Bluetooth
Bluetooth v5.2
Bluetooth v5.2 è la versione Bluetooth aggiornata. È stato rilasciato per la prima volta a gennaio 2020 al CES dal Bluetooth Special Interest Group. Bluetooth v5.2 lo rende adatto alle applicazioni IoT. inoltre, viene fornito con i canali isocroni (ISOC) caratteristica che pone le basi per l'implementazione del Low Energy (IL) Audio in Bluetooth Low Energy (DIVENNE) dispositivi che supportano il Bluetooth 5.2 o più tardi.
La funzione LE Audio facilita anche il collegamento di numerose cuffie wireless a un'unica sorgente. inoltre, collega le cuffie wireless a diverse fonti. Oltretutto, la funzione LE Audio aggiunge il supporto per gli apparecchi acustici.
Bluetooth a basso consumo energetico (DIVENNE)
Conosciuto anche come Bluetooth intelligente, BLE è stato sviluppato per offrire una potenza notevolmente inferiore pur mantenendo la stessa portata di comunicazione di Bluetooth Classic. Raggiunge questo rinunciando alla velocità di trasferimento dei dati. Era inclusa come funzionalità nella versione Bluetooth 4.0 per consentire al pubblico di accedervi facilmente. Altri dispositivi che comunicano con i dispositivi BLE sono beacon e mote.
Granelli
I mote sono ricetrasmettitori wireless con un sistema su chip. Creano un sensore remoto se combinati con lo stesso tipo di sensore.
Beacon
Sono trasmettitori che trasmettono il loro identificatore ai dispositivi vicini. Gli identificatori vengono rilevati da un sistema operativo o da un'applicazione compatibile. Ciò consente ai dispositivi elettronici di eseguire le loro funzioni in modo efficace quando sono vicini a un faro. I beacon BLE sono diversi dai granelli in quanto trasmettono solo, mentre i granelli possono anche essere usati come ricevitori.
Pila di protocolli Bluetooth
Come i modelli di rete OSI e TCP/IP, lo standard Bluetooth ha anche il suo stack di protocollo. tuttavia, I dispositivi Bluetooth non utilizzano tutti i livelli dello stack del protocollo come il modello OSI. L'immagine seguente illustra tutti i protocolli di comunicazione Bluetooth presenti nello stack.
In base alla loro funzione nello stack, i protocolli possono essere raggruppati come;
Protocolli fondamentali
Si tratta di protocolli ad hoc cruciali per l'esecuzione delle molteplici funzionalità del Bluetooth. Loro includono;
• Controllo del collegamento logico e protocollo di adattamento
• Autoradio Bluetooth
• Protocollo di rilevamento del servizio
• Banda base
• Protocollo di gestione dei collegamenti
Protocollo di sostituzione del cavo
Comprende le comunicazioni in radiofrequenza (RFComm) Protocollo che fornisce una porta seriale virtuale per applicazioni specifiche. Il protocollo elimina la necessità di cavi
Protocolli adottati
I protocolli adottati vengono ripresi da altri modelli, come i modelli OSI o TCP/IP. Loro includono;
• Protocollo punto a punto (PPP)
• Protocollo di applicazione wireless (WAP)
• Protocollo IP
• TCP/UDP Protocollo
Comandi AT
I comandi AT vengono utilizzati per trasmettere comandi a un modulo Bluetooth. Cambiano anche le impostazioni del dispositivo, come il nome e la velocità di trasmissione. Le informazioni sulla configurazione delle impostazioni tramite i comandi AT sono disponibili nella scheda tecnica di un dispositivo Bluetooth.
Confronto tra Bluetooth e altri protocolli di comunicazione wireless
Vantaggi dello standard Bluetooth
• Lo standard Bluetooth è wireless e automatico.
• È economico implementare i processi standard Bluetooth.
• Il Bluetooth non richiede connessioni manuali o un pulsante per creare collegamenti quando è associato.
• È raro che altri dispositivi wireless interferiscano con i dispositivi Bluetooth.
• La tecnologia Bluetooth è efficiente dal punto di vista energetico in quanto utilizza segnali a bassa potenza.
• Lo standard Bluetooth consente la condivisione simultanea di dati e voce.
• È facile aggiornare gli standard Bluetooth alle nuove versioni.
Svantaggi dello standard Bluetooth
• Le velocità dati dello standard Bluetooth sono inferiori fino a 2 Mbps rispetto ad altre tecnologie simili, che per lo più hanno velocità dati di circa 4 Mbps.
• Il suo raggio d'azione è solitamente all'interno 10 metri.
• Bluetooth implementa la sicurezza elementare.
Problemi di sicurezza dei dispositivi Bluetooth
Poiché il Bluetooth ha meno misure di sicurezza, ci sono vari modi per penetrare nella sicurezza del Bluetooth. Alcune delle tecniche principali utilizzate per aggirare la sicurezza Bluetooth sono;
• Bluejacking: è una tecnica innocua di trasferimento di dati non richiesti utilizzando una connessione Bluetooth tra due o più dispositivi abilitati Bluetooth come i telefoni cellulari.
• Bluesnarfing – Il Bluesnarfing è più dannoso del Bluejacking, sebbene entrambi siano simili. Bluesnarfing è una connessione Bluetooth illegale che consente a un hacker di accedere, scaricamento, e visualizzare le informazioni dal dispositivo wireless di una vittima.
• Bluebugging: Bluebugging consente a un hacker di accedere facilmente ed eseguire in remoto ogni funzione del telefono della vittima.
• Car whispering: gli hacker utilizzano questa tecnica di bypass per inviare e ricevere file audio da e verso un impianto stereo per auto abilitato con Bluetooth tramite software.
Processo di connessione di più beacon tramite Bluetooth
In genere, I beacon di solito trasmettono i loro pacchetti da soli affinché un dispositivo Bluetooth nel raggio d'azione rilevi questi pacchetti. Ci sono due processi coinvolti nella connessione di più beacon tramite la tecnologia Bluetooth.
Il primo processo è attraverso la pubblicità, dove un beacon invia dati con pacchetti pubblicitari. Ciò consente agli altri beacon di ricevere i pacchetti inviati, anche se non possono rispondere a loro. In questo caso, i pacchetti di dati inviati da più beacon vengono catturati da un dispositivo centrale.
L'altro processo è tramite connessione, dove più beacon utilizzano la tecnologia Bluetooth per scambiare alcuni dati di connessione. Qui, i dati vengono trasferiti ogni volta che si verifica una connessione, consentendo così ai beacon collegati di trasmettere facilmente. Questo processo funziona al meglio ed è principalmente affidabile quando il collegamento è vicino a pochi metri.
Precisione di posizionamento Bluetooth
Esistono diversi livelli di precisione nel posizionamento interno BLE e nei sistemi di localizzazione in tempo reale. La precisione dipende dall'architettura del sistema, la densità del sensore o del beacon dispiegato, e selezioni hardware. I sensori e i beacon BLE possono fornire una precisione di posizionamento indoor inferiore a 5 contatori con dispiegamento e condizioni ottimali.
Come le tecnologie Wi-Fi, Il Bluetooth si basa anche sulla potenza del segnale (RSSI) per approssimare le posizioni del dispositivo. Questa tecnica di posizionamento Bluetooth è molto meno precisa e fornisce una grande precisione di localizzazione fino al livello del metro. Sebbene BLE sia ampiamente utilizzato e altamente efficace, attualmente, non è la tecnologia RF di posizionamento indoor più precisa. Poiché la maggior parte delle applicazioni di posizionamento indoor non richiede un alto grado di precisione, BLE è l'alternativa più appropriata che offre molti vantaggi eccezionali.
La nuova funzione di ricerca della direzione consente a BLE di determinare con precisione la posizione del livello inferiore al metro. Ciò è dovuto all'angolo di arrivo (AoA), che calcola rapidamente la direzione di un segnale Bluetooth. inoltre, AoA può essere utilizzato insieme alla potenza del segnale (RSSI) nel monitoraggio della posizione e delle risorse per migliorare la precisione.
Una risorsa portatile come un faro o un tag con un'antenna trasmette a un sensore BLE fisso con array di antenne multiple per trovare la direzione. L'angolo di approccio del dispositivo di trasmissione portatile viene determinato misurando lo sfasamento di più antenne, ricevendo di conseguenza il segnale. Se combinato con RSSI, AoA può generare le coordinate di un dispositivo con una precisione fino al centimetro.
Storia della tecnologia Bluetooth
Bluetooth ha iniziato le sue operazioni nel 1998. Si tratta di un'associazione commerciale senza scopo di lucro sviluppata da cinque società; Nokia, Ericsson, Intel, e Toshiba. Il suo primo prodotto commerciale è stato introdotto sul mercato dal Bluetooth Special Interrest Group 1999. La popolarità del Bluetooth è cresciuta rapidamente ed è diventata quasi disponibile in tutto il mondo in tutti i prodotti di consumo come laptop e telefoni cellulari. tuttavia, Il Bluetooth è anche una caratteristica standard in quasi tutte le nuove auto che consente chiamate a mano libera per i conducenti e supporta i sistemi di infotainment di bordo.
SIG è cresciuto oltre 35,000 società associate a livello globale dai cinque membri originali, tutti da varie telecomunicazioni, elettronica di consumo, informatica, e industrie di rete. L'associazione ha sede a Kirkland, Washington.
La tecnologia Bluetooth oggi
Dopo essere diventato popolare nei mercati di consumo, i nuovi protocolli Bluetooth hanno permesso alla tecnologia di assumere una funzione essenziale nell'IoT. MOKOBlue supporta lo sviluppo del Bluetooth e garantisce che gli sviluppatori possano facilmente incorporare questa tecnologia nei loro progetti preferiti.
Attualmente, Bluetooth esiste in tre diversi protocolli:
• Bluetooth a basso consumo energetico (DIVENNE)
• Bluetooth classico
• Rete Bluetooth.
Ogni protocollo è utile in applicazioni specifiche. Poiché la tecnologia Bluetooth è stata inizialmente sviluppata per casi d'uso a breve distanza, le ultime versioni possono trasmettere segnali fino a un miglio.
Applicazione Bluetooth ed esempi di casi d'uso
Bluetooth Classic
Il protocollo di Bluetooth Classic è sviluppato per dispositivi ricaricabili giornalmente o settimanalmente. Ciò rende Bluetooth Classic il migliore per l'utilizzo in reti limitate in termini di dimensioni. È impostato per lo streaming di dati ad alto throughput di over 2.1 Mbps su distanze brevi. Il Bluetooth classico è stato progettato principalmente per sostituire i cavi periferici a breve distanza. Di solito non è scalabile per i casi d'uso IoT come le reti di sensori che ospitano più dispositivi.
Bluetooth a basso consumo energetico (DIVENNE)
Questo protocollo Bluetooth è adatto per dispositivi che inviano piccole quantità di dati. inoltre, BLE è adatto a tutti i dispositivi che richiedono un funzionamento incustodito per lungo tempo. Questa funzionalità sostiene un assortimento di dispositivi medici, indossabile e impiantabile, come defibrillatori e apparecchi acustici.
Oltretutto, BLE è adatto anche per casi d'uso come i monitor della temperatura, beacon di posizione, controllori di illuminazione, bilance digitali, e altre applicazioni a bassa larghezza di banda gestite con una batteria. BLE si adatta anche a prodotti di consumo come i monitor per il fitness, elettrodomestici, smartwatch, e telecomandi per decoder TV.
Mesh Bluetooth
Questa rete monitora, controlli, e automatizza numerosi dispositivi collegati per la gestione di edifici intelligenti e altri IoT industriali (IoT) casi d'uso. Inizialmente, Bluetooth Mesh è stato sviluppato per il mercato dell'illuminazione. Poiché i nodi del router richiedono di essere alimentati incessantemente, l'illuminazione è un ottimo caso d'uso perché la maggior parte delle luci ha accesso alla potenza di tutti i tempi. Bluetooth mesh può anche supportare reti di sensori, sebbene i sensori debbano essere implementati in aree con disponibilità di alimentazione a tempo pieno.
Standard Bluetooth per applicazioni IoT
Il Bluetooth è attualmente applicabile in varie varietà assortite di applicazioni IoT. Alcune applicazioni IoT per Bluetooth lo sono;
un) Servizi di localizzazione e monitoraggio delle risorse: soluzioni per il servizio di localizzazione in tempo reale (RTLS) s vengono utilizzati per identificare le posizioni e tracciare le risorse.
b) Automazione degli edifici: la connettività degli standard wireless Bluetooth nell'automazione centralizzata dei sistemi essenziali degli edifici contribuisce al risparmio energetico, riduce i costi di esercizio, e prolunga la durata dei sistemi centrali di un edificio.
c) Monitoraggio delle condizioni: l'implementazione di reti di sensori su larga scala in tutto il piano di un'unità industriale consente il monitoraggio in tempo reale delle prestazioni del sistema. Così, minimizza i costi di manutenzione, aumenta l'efficienza operativa complessiva, e migliora l'aggiornamento delle applicazioni.
d) Monitoraggio dei serbatoi: lo standard Bluetooth consente ai tecnici e agli installatori locali di monitorare i serbatoi da remoto, offrendo un feedback istantaneo dei valori del sensore.
e) Applicazioni mediche: lo standard Bluetooth viene utilizzato in casi di uso medico come i dispositivi indossabili per aiutare a diagnosticare determinate condizioni, trasmettere i dati del paziente, e somministrare farmaci.
f) Tracciamento dei contatti – Il Bluetooth è la scelta giusta per il monitoraggio, registrazione, e trasmettere dati in tempo reale per risposte tempestive.
g) Parchi solari ed eolici – Poiché la maggior parte degli impianti solari ed eolici sono dotati di moduli radio fissati, i tecnici possono utilizzare gli standard Bluetooth per acquisire i valori correnti e le letture della produttività.
h) Sistemi di convalida dei biglietti: i lettori abilitati Bluetooth possono essere utilizzati in eventi con grande folla come concerti ed eventi sportivi per autenticare i biglietti con codici QR o codici a barre.
io) Wayfinding – Lo standard Bluetooth viene utilizzato nei sistemi di posizionamento per interni per aiutare gli ospiti a orientarsi facilmente negli ampi spazi pubblici, come i musei, stazione ferroviaria, aeroporti, e stadi sportivi.
Crescita dello standard Bluetooth e opportunità future
Come per il Bluetooth SIG 2021 rapporto di aggiornamento del mercato, È prevista la spedizione della tecnologia Bluetooth 6 miliardi di dispositivi da 2025 annualmente. Il rapporto afferma che le esigenze essenziali del mercato Bluetooth e le applicazioni principalmente utilizzate sono i servizi di localizzazione, trasferimento dei dati, streaming audio, e reti di dispositivi. inoltre, Bluetooth SIG se lo aspetta:
• Fra 2021 e 2025, ci sarà un 10% CAGR
• Di 2025, Sopra 70% di tutti i dispositivi abilitati con Bluetooth saranno periferiche
• Da 2021 per 25, ci sarà una crescita annuale di 3 volte nelle spedizioni di dispositivi BLE monomodali
È essenziale per tutte le organizzazioni che si sviluppano, assemblare, o trarre vantaggio dalla connettività wireless IoT per incorporare la tecnologia Bluetooth nella loro pianificazione a breve e lungo termine. Poiché il Bluetooth è attualmente la migliore tecnologia wireless sul mercato, la maggior parte delle industrie sfrutta le sue potenzialità come la sicurezza, efficacia dei costi, e facilità d'uso. Così, tutte le organizzazioni devono valutare le applicazioni per l'integrazione Bluetooth per promuovere nuove funzionalità e ROI.
GPS vs. Tecnologia Bluetooth per il tracciamento dei contatti
È meglio utilizzare la cronologia delle posizioni o il Bluetooth per rilevare attivamente la prossimità quando due persone sono vicine? La tabella seguente illustra le differenze tra la tecnologia GPS e quella Bluetooth.
Precisione GPS e aspetti negativi
La precisione di un dispositivo GPS nelle metropolitane scende notevolmente a impraticabile. inoltre, la maggior parte dei dispositivi GPS non è in grado di gestire bene le impostazioni sotterranee e interne.
Il GPS raccoglie dati precisi sulla posizione e li utilizza nel tracciamento dei contatti, sebbene i suoi dati sulla posizione siano complessi da proteggere e altamente sensibili. Per esempio, le app di fitness che utilizzano i dati sulla posizione GPS hanno rivelato la disposizione precisa delle basi statunitensi. Dispone di dati sulla posizione univoci che rendono la sua anonimizzazione effettivamente impraticabile. Così, l'implementazione del tracciamento dei contatti basato sulla posizione su larga scala pone rischi per la privacy e la sicurezza quando non è completamente protetto.
Precisione e aspetti negativi del Bluetooth
I valori RSSI vengono utilizzati nel rilevamento di prossimità basato su Bluetooth per valutare l'intensità dei segnali tra i telefoni. I valori RSSI standardizzati vengono utilizzati in un incontro per approssimare la distanza stimata tra gli utenti. La precisione del rilevamento della posizione Bluetooth ha una portata fino a 10 metri.
Quando le app sono in esecuzione in background, La scansione Bluetooth può essere interrotta da iOS. È necessario abilitare l'autorizzazione dell'app Bluetooth durante l'intero intervallo di tempo e non il Bluetooth stesso affinché funzioni.
Dispositivi supportati standard Bluetooth BLE di MOKOBlue
I prodotti supportati da BLE di MOKOBlue lo sono:
Beacon BLE
Sono dispositivi wireless che trasmettono sporadicamente un pacchetto pubblicitario BLE ricevuto da un altro dispositivo Bluetooth. Alcuni dei Beacon BLE disponibile su MOKOBlue include; Beacon sensore H6, Beacon da polso W6, Beacon di risorse M2, Fari di navigazione H2, Beacon sensore H4, e molti altri.
BLE al gateway Wi-Fi
Un gateway offre soluzioni di archiviazione per l'elaborazione locale collegando metodicamente il campo e il cloud. Alcuni dei gateway da BLE a Wi-Fi disponibili su MOKOBlue includono; MKGW1 Gateway Wi-Fi BLE, Gateway MKGW-mini BLE toWIFI, e i gateway BLE MK103 ESP32.
Moduli BLE
Alcuni dei dispositivi del modulo BLE disponibili su MOKOBlue includono; MK01A, MK02A, MK02D, MK02E, MK05A, MK05B, MK06A, MK06B, e molti altri.
MOKOBlue ha una ricca esperienza di oltre 16 anni nella tecnologia Bluetooth. Puoi fidarti di noi come partner Bluetooth/BLE per tutte le tue soluzioni Bluetooth. Assistiamo i nostri clienti nello sviluppo dei loro progetti Bluetooth IoT, risparmiando così loro tempo nel mercato. Quindi hai un progetto Bluetooth ora o presto? Non esitate a contattarci; abbiamo le spalle, siamo sempre lì per aiutarti.
