La tecnologia Bluetooth è nata quando nel 1994 Ericsson iniziò lo
studio di fattibilità di un
La tecnologia Bluetooth è nata quando nel
1994 Ericsson iniziò lo studio di fattibilità di un'interfaccia radio di
bassa potenza per collegare i cellulari agli accessori (come
l'auricolare/microfono).
Nel 1998 Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e
Intel formarono lo Special Interest Group (SIG) per
Bluetooth, che nel 1999 pubblicò la release 1.0A delle specifiche.
Questa fu seguita dalle versioni 1.0B
(2000), 1.1 (2001), 1.2 (2003) e 2.0 (2004), mentre il SIG raccoglieva
l'adesione di migliaia di aziende.
L'obiettivo iniziale era eliminare un
cavo fastidioso, ma presto si svilupparono altri modelli di utilizzo di
Bluetooth, che hanno permesso di creare Personal Area Network
(reti personali nello spazio di pochi metri), punti di accesso voce/dati e altre
applicazioni wireless.
Oggi Bluetooth è supportato da cellulari,
auricolari con microfono, cuffie, PDA, stampanti, notebook, videocamere,
segreterie telefoniche, televisori, registratori video e DVD, elettrodomestici
(come la lavatrice/asciugatrice Toshiba), lettori di CD e dispositivi di
interconnessione come adattatori USB, access point, bridge e altri ancora sono
in fase di sviluppo.
Specifiche
Bluetooth trasmette nella banda da 2.400 a 2.483,5 MHz,
la stessa dove operano le reti wireless 802.11b/g, ma con potenza molto
inferiore (tipicamente 1 mW contro i 35-100 mW del
Wi-Fi).
Anzichè utilizzare un canale di
frequenza fisso, Bluetooth salta 1600 volte al secondo, casualmente, da uno
all'altro dei 79 canali larghi 1 MHz.
Questo metodo si chiama spread-spectrum
frequency hopping (salto di frequenza con spettro distribuito) e serve
a ridurre al minimo la probabilità di interferenza tra diversi dispositivi
attivi nella stessa area. La portata è solitamente di pochi metri (10 in campo
aperto).
I dispositivi Bluetooth sono classificati
secondo tre classi di potenza: Classe 1 (100 mW
massimi), Classe 2 (2,5 mW massimi) e Classe 3 (1 mW massimo). La maggior parte
dei dispositivi è di classe 2 con potenza di 1 mW.
Connessioni
I dispositivi Bluetooth possono interagire in diversi modi. Quello più
semplice, utilizzato ad esempio tra cellulare e auricolare, coinvolge due
dispositivi in una connessione point-to-point (da punto
a punto). Uno dei dispositivi agisce da master e
l'altro da slave.
In altre applicazioni, possono esserci più
dispositivi slave (fino a sette); in questo caso la topologia prende il nome di point-to-multipoint.
Una rete Bluetooth con un master e uno o più slave si chiama piconet.
Gli slave attivi sono identificati da un indirizzo
di tre bit AM_ADDR (indirizzo di membro attivo).
Ci possono essere altri slave
sincronizzati con il master, non attivi, che vengono detti parcheggiati e sono
identificati da un indirizzo di otto bit PM_ADDR, che
ne limita il numero a 256.
I dispositivi parcheggiati rimangono
sincronizzati con il master e in un tempo brevissimo possono diventare membri
attivi e comunicare nella piconet.
Quando più piconet (fino a 10)
interagiscono nella stessa area, formano una scatternet,
che è una forma di rete paritetica (peer to peer).
Gli slave di una piconet possono
partecipare in un'altra piconet come master o slave. Ogni piconet funziona
secondo il proprio frequency hopping (il salto casuale tra le 79 frequenze),
mentre i dispositivi membri di più piconet vi partecipano al momento opportuno
attraverso un multiplexing a divisione di tempo.
Ogni canale è diviso in time
slot (finestre temporali) di 625 microsecondi. I dati sono trasmessi in
pacchetti che occupano fino a cinque time slot.
Il dispositivo master trasmette nei time
slot pari, mentre gli slave trasmettono in quelli dispari. Circa il 20% della
banda passante (1 Mbps per canale) viene utilizzato per le intestazioni dei
pacchetti e gli scambi di informazioni di controllo.
Il trasferimento di dati tra due
dispositivi può avvenire in due modi: SCO (sincrono,
orientato alla connessione, utilizzato per la voce) e ACL
(asincrono, senza connessione - i pacchetti sono indipendenti tra loro
- usato per i dati).
I canali voce usano la commutazione di
circuito e, per evitare collisioni e problemi di temporizzazione, il master
riserva i time slot SCO a intervalli fissi. I canali per la trasmissione dati
usano invece la commutazione di pacchetto.
Architettura
Le migliaia di pagine degli standard Bluetooth sono suddivise in due aree
principali: core (nucleo) e profile (profili). Le specifiche core
descrivono in dettaglio gli strati in cui sono suddivisi i protocolli
dell'architettura Bluetooth (dall'interfaccia radio al controllo del
collegamento) e argomenti connessi, come l'interoperabilità e le
temporizzazioni.
Le specifiche profile
riguardano l'uso di Bluetooth per supportare le varie applicazioni. Ogni profilo
definisce le funzioni core da utilizzare per implementare un certo modello di
utilizzo e stabilisce uno standard di interoperabilità per connettere
dispositivi di produttori diversi.
Protocolli
L'architettura Bluetooth comprende diversi strati di protocolli, suddivisi in
tre categorie: core (nucleo), cable replacement and telephony control
(sostituzione cavo e controllo telefonia) e adopted (adottati).
I protocolli core
occupano cinque strati: Radio (dettagli
dell'interfaccia, frequenze, modulazione, potenza), Baseband
(connessione con una piconet, indirizzi, pacchetti, temporizzazioni, controllo
della potenza), Link Manager (setup e gestione del
collegamento tra dispositivi, autenticazione, crittografia, dimensione dei
pacchetti), Logical link control and adaptation (L2CAP,
controllo del collegamento logico e adattamento, vale a dire l'adattamento dei
protocolli superiori allo strato Baseband per servizi sia orientati alla
connessione sia senza connessione) e Service Discovery
(scoperta dei servizi: interrogazione dei dispositivi per conoscerne
informazioni, servizi e caratteristiche in modo da consentire una connessione).
Il protocollo di cable
replacement si chiama RFCOMM e presenta una serie di porte virtuali
intesa a rendere il più trasparente possibile la sostituzione del cavo con la
connessione radio.
Le porte seriali sono un tipo comune di
interfaccia di comunicazione e RFCOMM fornisce il trasporto di dati binari
emulando i segnali di controllo dello standard EIA-232 (ex RS-232).
Il protocollo di telephony
control (TCS BIN) opera a livello bit e definisce i segnali di
controllo per le chiamate voce e dati tra dispositivi Bluetooth e le procedure
per gestire gruppi di dispositivi TCS.
Gli adopted protocols
sono così chiamati perchè 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).
Modelli
d'uso
Un modello d'uso è un insieme di protocolli che implementa una certa
applicazione basata su Bluetooth.
Ogni profilo
definisce i protocolli e le relative caratteristiche che supportano un certo
modello d'uso.
I principali modelli d'uso sono: File transfer
(trasferimento di file, directory, documenti, immagini e streaming media), Internet
bridge (connessione di un PC a un cellulare o modem radio per fornire
funzioni di collegamento telefonico e fax), LAN access
(per connettere i dispositivi di una piconet a una rete locale), Synchronization
(per sincronizzare tra dispositivi le informazioni personali come rubrica,
agenda impegni, messaggi e note), Three-in-one-phone (i
telefoni che implementano questo modello d'uso possono fungere da cellulari, da
cordless e da interfono) e Headset (interfaccia di
input/output audio remota per cuffia e auricolare/microfono).
Profili
Ogni dispositivo Bluetooth supporta un certo numero di profili, ognuno dei quali
definisce come implementare un certo compito.
In pratica, i profili
corrispondono ai servizi offerti da un dispositivo ed è responsabilità
dei produttori dotare i prodotti Bluetooth dei profili necessari per l'utilizzo
previsto da parte degli utenti.
Per esempio, quando acquistate un
cellulare Bluetooth con l'idea di usarlo a mani libere (soprattutto in
automobile), dovreste accertarvi che sia il cellulare sia l'auricolare/microfono
supportino il profilo Handsfree e non solo il più limitato Headset (cuffia).
Non tutti i cellulari e auricolari Bluetooth supportano il profilo Handsfree,
un'aggiunta alla versione 1.1 di Bluetooth.
Oggi ci sono alcune decine di profili, un
numero giustificato dalla varietà e dalle diverse esigenze dei dispositivi
Bluetooth. Se prendiamo come esempio un cellulare ricco di funzionalità come il
Sony Ericsson T610, scopriamo una lunga lista di servizi
Bluetooth supportati: dal Dial-up Networking Profile, al fax Profile,
passando per l'Headset Profile o l'Handsfree Profile, giusto per citarne alcuni.
Quest'ultimo permette di fare e ricevere
telefonate tenendo il cellulare in tasca. Basta premere un pulsante
sull'auricolare/microfono e pronunciare il nome del destinatario per eseguire la
chiamata attraverso la funzione di riconoscimento vocale del cellulare.
Il profilo Headset permette solo di
connettere l'auricolare/microfono al cellulare ma non supporta la chiamata
vocale e la gestione della rubrica.
Un'altra funzione è quella di
sincronizzare la rubrica e le informazioni del Personal Information Manager del
cellulare con le stesse informazioni archiviate sul PC in Outlook o altro
programma.
Un dongle USB (simile alle chiavi
con memoria flash) per comunicare con un cellulare Bluetooth costa pochi euro e
permette al PC di comunicare con il cellulare.
Il
collegamento
Per collegare due dispositivi Bluetooth, occorre accertarsi che entrambi
supportino il profilo desiderato (non sempre facile da scoprire) e che
la funzione Bluetooth sia stata attivata (per esempio attraverso i menu di
impostazione della connettività del cellulare).
Per motivi di sicurezza, prima che due
dispositivi Bluetooth possano scambiare dati, devono eseguire l'operazione
di pairing (accoppiamento), che normalmente richiede uno scambio di
codici d'identificazione (PIN del cellulare o altro codice specifico del
dispositivo).
Inizialmente il dispositivo master cerca
via radio un dispositivo slave. Sullo slave, il più delle volte, c'è un
pulsante per eseguire pairing e connessione.
Per il master ci sono diversi metodi: un
pulsante sui dispositivi più semplici e un menu di funzioni per i dispositivi
più complessi, come cellulari e computer. I comandi per mettere i dispositivi
Bluetooth nello stato di ricerca/scoperta variano da prodotto a prodotto e sono
descritti nei manuali.
La
sicurezza
La sicurezza di Bluetooth, oltre che sul continuo salto di frequenza e sulla
breve portata, si basa su tre servizi critici: autenticazione, autorizzazione e
cifratura.
L'autenticazione
utilizza una chiave di collegamento (link key) che può essere di due tipi: unit
key (la stessa chiave per tutte le connessioni) e combination
key (specifica per una coppia di dispositivi).
La link key è generata o dinamicamente
(l'utente deve inserire una passkey a ogni connessione) o - il caso più comune
- tramite il processo di pairing, che genera una link key a lunga scadenza per
connessioni automatiche tipiche di Bluetooth.
L'autorizzazione
è il processo con cui un dispositivo Bluetooth determina se un altro
dispositivo ha il permesso di accedere a un particolare servizio.
L'autorizzazione incorpora due concetti
di sicurezza di Bluetooth: la relazione di fiducia e i livelli di sicurezza dei
servizi. Senza entrare nei dettagli, notiamo che, all'occorrenza, Bluetooth ha
gli strumenti tecnici per discriminare tra le richieste di accesso e per dosare
i permessi di accesso.
La cifratura (encryption)
dei dati trasmessi, tramite chiave a 128 bit, serve a mantenerne la
riservatezza, garantendo che solo il destinatario provvisto di chiave di
decifratura potrà vedere i dati.
L'algoritmo di cifratura di Bluetooth si
chiama E0 e usa una chiave di cifratura basata sulla
link key. Il servizio di cifratura ha tre modalità operative: 1) nessuna
cifratura, 2) cifratura delle comunicazioni con singoli dispositivi e 3)
cifratura di tutte le comunicazioni, incluse quelle broadcast.