Bluetooth 5.1 e 5.2: l’evoluzione dello standard wireless
A distanza di oltre 20 anni dalla sua immissione sul mercato, lo standard Bluetooth dimostra di essere sempre più apprezzato e utilizzato da innumerevoli dispositivi. Negli anni il Bluetooth si è sempre più evoluto e sono stati introdotti miglioramenti e ulteriori funzioni finalizzate a superare i limiti delle prime versioni. Nel 2016 è stato introdotto il Bluetooth 5 che ha sostituito il 4.2 LE, tuttora utilizzato da apparecchi economici. Successivamente la versione 5 è stata ulteriormente sviluppata introducendo il Bluetooth 5.1 nel gennaio 2019, il 5.2 nel dicembre 2019 e infine la versione 5.3 del luglio 2021.
Caratteristiche generali del Bluetooth 5
Se confrontato con lo standard precedente 4.2, il miglioramento della versione 5 è evidente. La velocità di trasmissione dei dati è doppia e può gestire una quantità di dati circa otto volte maggiore. La larghezza di banda è di 2 Mbps e consente un caricamento dei dati rapido ed efficace, oltre a semplificare la procedura di aggiornamento del firmware.
Ancora più sorprendente il miglioramento per quanto riguarda la distanza massima di trasmissione del segnale che passa dai 60 metri del vecchio Bluetooth 4.2 a quasi 240 metri del Bluetooth 5. Grazie a questa caratteristica, è possibile collegare un intero appartamento superando la maggior parte degli ostacoli, muri, pannelli, e altri impedimenti. Anche l’utilizzo in ambienti professionali è facilitato. Ogni genere di dispositivo può collegarsi a un sistema Bluetooth per creare una rete: speakers, cuffie wireless, telecamere, sistemi audio/video, termostati e altri apparecchi smart.
Una funzionalità utile presente nel Bluetooth 5 è la possibilità di collegare due cuffie wireless simultaneamente a un singolo trasmettitore e regolare il volume in modo indipendente. Questa funzione “Dual” è attivabile solo con cuffie predisposte. Se invece si collegano due casse Bluetooth del tipo singolo non stereo ma con funzionalità Dual, è possibile inviare il canale destro a una e il canale sinistro all’altra, con il risultato di ottenere l’effetto stereofonico.
Bluetooth 5.1
L’aggiornamento 5.1 del Bluetooth aggiunge alle funzionalità della versione 5.0 la possibilità di individuare la posizione del dispositivo. In questo modo è possibile utilizzare funzioni come “trova le mie cuffie”. Anche l’abbinamento è più rapido e il consumo energetico inferiore, la connessione Bluetooth 5.1 risulta inoltre più stabile.
Mentre le precedenti versioni del Bluetooth erano in grado di localizzare in modo molto approssimativo i dispositivi solo in base al calcolo della potenza del segnale, il 5.1 può effettuare una vera e propria localizzazione con un errore di pochi cm. Il rilevamento esatto della posizione del dispositivo Bluetooth è possibile grazie al sistema AoA (Angle of Arrival) e AoD (Angle of Departure). Per utilizzare questa funzione, almeno uno dei due dispositivi deve avere un sistema di antenne multiple che emettono il segnale da punti diversi. Il dispositivo ricevente può quindi effettuare una vera e propria triangolazione e calcolare la distanza con notevole precisione.
Il nuovo software può quindi effettuare calcoli precisi sul posizionamento ed è in grado di calcolare anche la localizzazione in tempo reale o RTLS (Real-Time Locating System), che individua il dispositivo anche mentre è in movimento. All’interno di un’area è possibile individuare il posizionamento del dispositivo con il sistema IPS (Indoor Positioning Systems).
Gli utilizzi di questi avanzati sistemi di localizzazione sono numerosi e derivano dalla possibilità di tracciare qualsiasi apparecchio Bluetooth con una precisione di pochi cm in una vasta area. Se ad esempio non si trovano più gli auricolari wireless, basterà attivare la funzione per rintracciarli immediatamente. Anche le chiavi di casa con portachiavi Bluetooth potranno essere recuperate subito senza difficoltà, così come qualsiasi altro dispositivo predisposto.
Bluetooth 5.1, miglioramento della cache GATT
Un notevole miglioramento della stabilità della connessione e della durata della batteria dei dispositivi Bluetooth 5.1 deriva da miglioramento della cache GATT (Generic Attribute Profile). I dispositivi Bluetooth contengono un archivio chiamato GATT che contiene tutte le informazioni che identificano il tipo di apparecchiatura, quali dati possono essere scambiati e varie caratteristiche rilevanti per la connessione. Ad esempio per un mouse non saranno gestiti i dati audio.
Ogni volta che i dispositivi si connettono devono effettuare il riconoscimento di tutta questa serie di dati per attivare la connessione. Il Bluetooh 5.1 consente invece di eliminare questo passaggio, tenendo in memoria tutte queste informazioni per i dispositivi già collegati in precedenza e che quindi sono già conosciuti. Di conseguenza viene molto abbreviato il tempo necessario per il collegamento e si risparmia anche energia della batteria.
Miglioramento della “pubblicità” del Bluetooth
Per ottimizzare ulteriormente rapidità e qualità della connessione, con il Bluetooth 5.1 è stato migliorato il sistema per comunicare la “disponibilità” tra apparecchi connessi, chiamata tecnicamente “advertising”. I canali radio per comunicare lo stato di attività sono 37, 38 e 39. Mentre in precedenza veniva rispettata rigorosamente la sequenza dei tre canali dal basso verso l’alto (prima il 37, poi il 38 e ultimo il 39), con il Bluetooth 5.1 si utilizza a caso uno qualsiasi dei tre canali con ricerca random riducendo molto la possibilità che si creino interferenze dovute a canali già occupati da altri dispositivi nelle vicinanze. Si riducono in questo modo anche i ritardi dovuti a problemi di collisione di pacchetti dati sullo stesso canale.
Tramite il sistema PAST (Periodic Advertising Sync Transfer), un dispositivo Bluetooth 5.1 può comunicare anche lo stato di un secondo dispositivo presente nella stessa area con il quale è entrato in contatto in precedenza, diminuendo ulteriormente i tempi di connessione e incrementando il risparmio energetico. La funzione PAST è particolarmente utile per far risparmiare energia ai piccoli apparecchi a batteria come auricolari, smartwatch, etc. Ad esempio se lo smartphone ha condiviso i dati con gli auricolari e con un TV smart, il televisore avrà già in memoria dati di connessione agli auricolari forniti dallo smartphone.
Altre funzioni
Il bluetooth 5.1, oltre alle modifiche principali, presenta ulteriori piccoli miglioramenti di varie funzioni. L’ottimizzazione del sistema di aggiornamento del clock migliora la precisione e riduce il consumo energetico. Il supporto HCI consente il debug delle chiavi di connessione riducendo gli errori e anche in questo caso il consumo di energia. Altri miglioramenti che riducono il consumo di energia e coinvolgono SID e ADI negli scambi di dati durante la risposta alla scansione.
Bluetooth 5.2
Aggiunge ulteriori miglioramenti: superiore qualità del suono, riduzione del consumo energetico, gestione di più flussi di dati tra loro sincronizzati. E’ possibile collegare separatamente e simultaneamente due auricolari wireless invece di collegarne solo uno e collegare il secondo al primo. La doppia connessione riduce fenomeni di ritardo o sincronizzazione del segnale tra auricolare sinistro e destro.
Dal punto di vista della sicurezza, viene introdotto l’algoritmo SAFER+ (Secure And Fast Encryption Routine) che si occupa di autenticare i dispositivi e generare la chiave utilizzata per cifrare i dati. Questa modifica dovrebbe risolvere i bug relativi alla sicurezza rilevati nelle vecchie versioni che consentivano di forzare l’accesso ad alcuni dispositivi. La migliore sicurezza è fondamentale anche considerata la maggiore distanza alla quale è possibile connettere i dispositivi Bluetooth più recenti.
Bluetooth 5.3
La versione 5.3 è una ulteriore evoluzione delle precedenti e prevede miglioramenti nella trasmissione dei dati con gestione della connessione sia da parte dell’apparecchio ricevente sia di quello trasmittente. I consumi risultano ancora più bassi. Migliorato il processo di pubblicità periodica con possibilità di filtrare i messaggi nello stack del controller senza coinvolgere o stack dell’host con un ciclo duty ottimizzato. I dispositivi periferici possono fornire al dispositivo centrale l’elenco dei canali preferiti, mentre prima la classificazione dei canali era controllabile solo dal dispositivo centrale. L’aggiunta delle cosiddette connessioni sub-classificate migliora il tempo di commutazione tra le connessioni a ciclo di lavoro basso e alto per le applicazioni che utilizzano principalmente una comunicazione minima ma a volte devono passare al traffico intenso.
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