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Differenze tra le versioni di Bluetooth (BT)
Il Bluetooth è uno standard di trasmissione dati senza fili per reti personali (Da qui la sigla WPAN: Wireless Personal Area Network) che ci ha accompagna da quasi 20 anni ed è stata sviluppata dalla Ericsson nel '99. Come funziona? Frequenze radio sicure a corto raggio, con la possibilità di ricercare dispositivi che possano ricevere segnali radio entro la distanza di azione del Bluetooth.
Bluetooth 1.0 e 1.0B
Sono state le prime versioni e hanno sempre creato problemi nella trasmissione di dati tra dispositivi di marche diverse; inoltre la comunicazione tra dispositivi Bluetooth in queste versioni, non era affatto sicura, in quanto non c’era modo di cifrarla.
Bluetooth 1.1
La versione 1.1, identificata come standard IEEE 802.15.1-2002, risolve errori introdotti nella versione 1.0B e permette la comunicazione su canali non cifrati.
Bluetooth 1.2
Questa versione, identificata come standard IEEE 802.15.1-2005, è compatibile con la precedente 1.1 e aggiunge le seguenti novità:
- Adaptive Frequency Hopping (AFH): questa tecnica fornisce maggior resistenza alle interferenze elettromagnetiche, evitando di utilizzare i canali soggetti a forti interferenze.
- Fornisce una modalità di trasmissione ad alta velocità.
- extended Synchronous Connections (eSCO): fornisce una modalità di trasmissione audio ad alta qualità, in caso di perdita dei dati questi vengono ritrasmessi per migliorare la qualità audio.
- Rilevatore della qualità del segnale.
- Fornisce un'interfaccia per gestire fino a tre UART.
- Accesso alle informazioni di sincronizzazione per le applicazioni Bluetooth.
La nuova versione è retrocompatibile con tutte le precedenti versioni e offre i seguenti miglioramenti:
- Evita di saltare tra i canali per ragioni di sicurezza. Commutare tra i canali per aumentare la sicurezza non è una buona strategia, risulta relativamente semplice controllare tutte le frequenze simultaneamente. La nuova versione del Bluetooth utilizza la crittografia per garantire l'anonimato.
- Supporta le trasmissioni multicast/broadcast, consente la trasmissione di elevati flussi di dati senza controllo degli errori a più dispositivi simultaneamente.
- Enhanced Data Rate (EDR): porta la velocità di trasmissione fino a 3 Mbit/s.
- Include una gestione della qualità del servizio.
- Protocollo per l'accesso a dispositivi condivisi.
- Tempi di risposta notevolmente ridotti.
- Dimezzamento della potenza utilizzata grazie all'utilizzo di segnali radio di minore potenza.
Viene aggiunta la Secure Simple Pairing (SSP): questo migliora qualitativamente l'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 un 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 + HS (Codname: Lisbon)
Il 21 aprile 2009 sono state presentate le specifiche per la nuova versione Bluetooth 3.0. 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.
- Atomic Encryption Change
permette un cambio di password periodico per collegamenti criptati, incrementando così la sicurezza. - Extended Inquiry Response
provvede più informazioni durante la procedura di richiesta in modo da permettere un miglior filtraggio dei dispositivi prima di effettuare la connessione. Queste informazioni includono il nome del dispositivo, una lista di servizi e altro. - Sniff Subrating
riduce il consumo di potenza quando i dispositivi sono nello stato di sniff, particolarmente sui collegamenti con flussi di dati asimmetrici. Gli Human Interface Devices (HID) beneficeranno di questo profilo potendo incrementare la carica della batteria di mouse e tastiera da 3 a 10 volte l'attuale standard. - Miglioramenti nella QoS
permetterà a dati audio e video di essere trasmessi con qualità superiore. - Simple Pairing
miglioramento nel controllo dei bit attraverso parità per motivi di sicurezza.
Bluetooth 4.0 + LE (Codname: Seattle)
Questa versione del Bluetooth è stata introdotta nel 2010. È stato un miglioramento rispetto alla vecchia versione 3.0 poiché ha introdotto una riduzione dei consumi energetici attraverso l’implementazione di un nuovo protocollo sviluppato da Nokia. Questo nuovo protocollo è chiamato Bluetooth Low Energy o (LE) ed è stato commercializzato come Bluetooth Smart. L'obiettivo è quello di aggregare dati provenienti da diversi sensori, come monitor a frequenza cardiaca, termometri, ecc., tramite un'ottimizzazione della struttura di trama e l'impiego di dispositivi più efficienti, ma a discapito della velocità, che in questa modalità si attesta a 1 Mbps. In termini trasmissivi, sono stati potenziati i meccanismi di rilevazione e correzione di errore e di cifratura del segnale col supporto di AES-128.
Bluetooth 4.1
Lanciata verso la fine del 2013, questa versione porta con sé una serie di migliorie rispetto alla vecchia versione. La più importante è il coordinamento con il segnale radio 4G o LTE (quello dei cellulari), i quali nella versione 4.0 andavano in conflitto con il Bluetooth (Banda LTE 40 e 41). Con la versione 4.1 sia il Bluetooth che il 4G possono andare al massimo dei loro potenziali. Un'altra miglioria è che la versione 4.1 può operare sia come server che come client, dando la possibilità quindi ai nuovi dispositivi che la implementano di non essere solo passivi ma anche di comunicare con altri dispositivi. In questa versione i dispositivi possono ripristinare automaticamente una connessione interrotta. Come ultimo ma non meno importante indichiamo un ulteriore miglioramento delle prestazioni energetiche.
Bluetooth 4.2
Questa nuova versione è stata lanciata solo un anno dopo la versione 4.1 e ha portato con sé un miglioramento molto atteso, l’aumento della velocità di comunicazione di ben 2 volte e mezza rispetto a quella precedente. Ma la novità più importante è il supporto all’IoT ovvero internet delle cose, questo grazie a protocolli implementati come la connettività IP, la gestione della privacy e molto altro. In questa versione è stata migliorata ulteriormente la gestione dei consumi, rendendo questa versione particolarmente adatta a dispositivi di piccole dimensioni come i braccialetti sportivi.
Bluetooth 5.0
È stato presentato il 16 giugno 2016. Questa versione offre i seguenti miglioramenti:
- 4x area di trasmissione, pur mantenendo lo stesso livello di consumo per connettere spazi di grandi dimensioni.
- 2x velocità fino a 2Mbps in modalità a basso consumo: riduzione dei tempi necessari per ricevere e trasmettere i dati (esempio: aggiornamenti OTA trasferiti dagli smartphone ai dispositivi indossabili).
- 8x capacità di trasmissione, per un minor tempo richiesto per il completamento delle task, adatto per l'adozione e gestione dei beacon.
- Maggiore efficienza nell'uso dei canali di trasmissione sulla banda 2,4 GHz.
- Individuazione delle interferenze e successiva eliminazione.
Presentato il 21 gennaio 2019. Questa versione offre i seguenti miglioramenti:
- Bluetooth come localizzatore d'interni con un grado di precisione di alcuni metri. In grado non solo di calcolare la distanza tra due dispositivi compatibili, ma anche di individuare in quale direzione "puntare". Lo fa in due modi: AoA (acronimo di Angle of Arrival, "Angolo d'arrivo") e AoD (Angle of Departure, "Angolo di partenza"). Utilizzando un certo numero di antenne per inviare o ricevere il segnale, e triangolando i dati ricevuti o inviati, l'algoritmo sarà in grado di individuare posizione e distanza dell'oggetto che invia o riceve i dati.
- Connessioni più rapide, quando due dispositivi si connettono tra loro effettuano un'operazione chiamata Generic Attribute Profile (o GATT), che permette di conoscere quali servizi sono supportati e, quindi, l'utilizzo che se ne può fare. Questa operazione richiede tempo, se il dispositivo è già stato connesso una volta questa operazione viene eliminata.
- Miglioramenti nella pubblicità (o advertising). Con la nuova versione dello standard Bluetooth 5 è stato migliorato il sistema con il quale i dispositivi comunicano l'uno all'altro la propria "disponibilità" a essere utilizzato. Con il Bluetooth 5.1, i dispositivi accedono casualmente a uno dei tre canali radio utilizzati per comunicare lo stato di attività (il 37, 38 e 39). Questo fa sì che ci siano meno probabilità che si creino interferenze tra due dispositivi appena accesi che tentano di comunicare la loro disponibilità a un terzo dispositivo presente nelle loro vicinanze.*
Bluetooth 5.2
Presentato il 19 dicembre 2019. Questa versione offre i seguenti miglioramenti:
- Il cambiamento più significativo sono i canali isocroni (ISOC). I canali isocroni supportano i dispositivi BLE con Bluetooth 5.2 o successivo dove funge da base durante l'implementazione di Audio LE.
L'Audio LE (Low Energy) rispetto al normale audio Bluetooth, rende possibile un minor consumo della batteria e crea un modo standardizzato di trasmettere l'audio su BT grazie ad un nuovo algoritmo di compressione. Consente anche trasmissioni uno-a-molti e molti-a-uno, consentendo più ricevitori da una fonte o un ricevitore per più fonti.
Utilizza un nuovo codec LC3, con una migliore qualità audio e un minore consumo energetico
BT Audio LE aggiunge anche il supporto per gli auricolari, e quindi aumenta la sicurezza alla guida poiché possono rispondere alle chiamate mentre guidano. - Protocollo degli attributi avanzati (EATT). Questo nuovo protocollo consente agli utenti finali di ridurre la latenza end-to-end con lo sviluppo della sensibilità delle applicazioni.
- LE Power Control (LEPC), minor consumo, maggiore affidabilità, e funziona su più dispositivi.
Bluetooth 5.3
Presentato il 13 luglio 2021. Questa versione offre i seguenti miglioramenti:
- Connection Subrating, sottoclasse di connessione. Consente di eseguire gli aggiornamenti dei parametri di connessione con un ritardo minimo, offrendo una migliore esperienza utente ma, allo stesso tempo, mantenendo le proprietà di risparmio energetico delle connessioni a basso ciclo di lavoro. (Alcuni tipi di prodotti trascorrono gran parte del loro tempo in una connessione a basso ciclo di lavoro in modo da risparmiare energia. Ma quando è necessaria una maggiore larghezza di banda per supportare un particolare caso d’uso dell’applicazione, i parametri di connessione devono essere modificati il più rapidamente possibile.)
- Miglioramenti al controllo della dimensione della chiave di crittografia. Migliora il controllo della chiave di crittografia tra l’host e il controller per proteggere i dispositivi e le applicazioni IoT da accessi fraudolenti.
- Miglioramento del processo di Periodic Advertising. I dispositivi Bluetooth spesso trasmettono più copie degli stessi dati in rapida successione per aumentare la probabilità che i dati vengano ricevuti. Questa pratica significa tuttavia che un dispositivo riceverà spesso dati che ha già ricevuto ed elaborato con successo. Consentendo ai dispositivi trasmittenti di includere il campo AdvDataInfo nei pacchetti inviati tramite Periodic Advertising, i dispositivi riceventi possono ora riconoscere quando ricevono un pacchetto contenente dati che hanno già elaborato con successo e scegliere di scartarlo immediatamente nel controller anziché passarlo all’host. Il campo AdvDataInfo (ADI) nell’intestazione del pacchetto indica se i dati del carico utile sono stati modificati in uno dei pacchetti periodici. Nel caso in cui non ci siano modifiche, il nodo può eliminare i pacchetti successivi nella catena e utilizzare il tempo per elaborare altre transazioni di ricezione.
- Miglioramento della classificazione dei canali. I dispositivi periferici Bluetooth Low Energy (LE) possono ora eseguire la classificazione dei canali e influenzare la mappa dei canali utilizzata per il salto di frequenza adattivo, aumentando l’affidabilità della connessione in determinate situazioni.
L’abilitazione dei dispositivi periferici Bluetooth LE per influenzare la mappa del canale di salto di frequenza adattivo (AFH) può migliorare il throughput e l’affidabilità delle connessioni in cui i dispositivi centrale e periferico non sono nelle immediate vicinanze. La tecnologia Bluetooth divide la banda di frequenza a 2,4 GHz (ISM) in canali più piccoli e salta rapidamente tra quei canali durante la trasmissione dei pacchetti.
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