Jchat - Un sistema di messaggistica basato su bluetooth

Capitolo 1: INTRODUZIONE 
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Nei capitoli seguenti saranno illustrati lo stato dell’arte e l’analisi approfondita del 
sistema in oggetto: nell’analisi dello stato dell’arte si metteranno in rilievo i limiti che questi 
hanno in relazione al sistema sviluppato, mentre nei capitoli successivi si evidenzieranno i 
punti di forza dell’applicativo. 
  
Capitolo 2: INTRODUZIONE A 
BLUETOOTH  
Bluetooth è una tecnologia nata alla fine degli anni '90 con l'obiettivo di migliorare 
le modalità di comunicazione aumentandone le funzionalità. Si potrebbe dire che il motto di 
questa tecnologia è “Loose the cable!”, infatti i cardini fondamentali di sviluppo sono: 
• Tecnologia a corto raggio (massimo 100m). 
• Connessioni senza cavi (ideale per telefoni cellulari, PDA, computer 
portatili e stampanti). 
• Royalty free. 
• Rispetta lo standard IEEE 802.15 (PAN – Personal Area Network). 
Le possibili applicazioni di Bluetooth possono riguardare: 
• Accesso ad internet. 
• Home networking e hidden computing. 
• Uso come modem per computer portatili e PDA. 
• Auricolari per telefoni cellulari. 
La tipica vision di questa innovativa tecnologia può essere: 
 
Figura 1: Bluetooth vision 
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Capitolo 2: INTRODUZIONE A BLUETOOTH 
Brevemente, la comunicazione tra due dispositivi Bluetooth avviene inizialmente 
con due periferiche, per esempio un PC e un palmare, fino ad un massimo di otto: questo 
limite ha vincolato l’applicativo in analisi ad accettare al massimo otto connessioni. 
Le unità Bluetooth cambiano continuamente frequenza per minimizzare i disturbi 
nella comunicazione e possono entrare a far parte di più piconet (una piconet è una rete di 
dispositivi Bluetooth che comunicano tra loro, come si vedrà in seguito), formando dunque 
una scatternet. 
Prima di illustrare generalmente questa tecnologia, si cita qualche piccola curiosità: 
il nome deriva dal re Harald “Bluetooth” Blaatand II che regnò dal 940 al 981 in Danimarca 
e Norvegia e cristianizzò il popolo danese; si diceva che re Blaatand fosse molto goloso di 
mirtilli, ne mangiava in grande quantità cosicché i denti gli rimanevano sempre di colore 
blu. 
Entrando più nel particolare, le specifiche Bluetooth sono divise in due parti: 
• Core specification: si descrivono le caratteristiche fisiche (segnali radio, 
componenti, modalità di funzionamento) e la gerarchia dei protocolli 
(protocol stack). 
• Profiles specification: si descrivono i profili di utilizzo di Bluetooth nelle 
differenti applicazioni (auricolari, collegamento tra PC, PDA, ...). 
Per analizzare meglio Bluetooth, in seguito è riportato il protocol stack: 
 
Figura 2: protocol stack 
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Capitolo 2: INTRODUZIONE A BLUETOOTH 
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Per operare utilizza una banda di frequenze detta Industrial, Scientific, Medicine 
band (ISM) che è compresa tra i 2400 MHz e i 2483.5 MHz nella maggior parte del mondo. 
Questo intervallo di frequenze non è soggetto ad alcun vincolo, è liberamente utilizzabile da 
tutti; per contro si hanno però delle notevoli interferenze (basti solo pensare ai forni a 
microonde e allo standard 802.11). Per ovviare a questo inconveniente, la tecnologia 
Bluetooth prevede 1600 cambiamenti di frequenza al secondo (1600 hops/sec) in maniera 
pseudocasuale. C'è da sottolineare che nel territorio francese non è permesso l'uso delle 
stesse frequenze da parte di tecnologie radio diverse, da cui deriva la presenza di bande 
molto strette. È comunque stato sviluppato un algoritmo specifico per ovviare a queste 
restrizioni, che però non permette ai dispositivi che funzionano secondo questo specifico 
algoritmo di interagire con quelli che funzionano con l'algoritmo standard. In un futuro 
prossimo si prevede che la Francia si adegui al resto del mondo cambiando la banda di 
utilizzo per Bluetooth. 
Entriamo ora più in dettaglio sulle caratteristiche tecniche e funzionali di 
Bluetooth. 
Capitolo 2: INTRODUZIONE A BLUETOOTH 
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2.1 BLUETOOTH RADIO 
Bluetooth utilizza 79 canali
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 spaziati 1 MHz ciascuno (è prevista anche una banda 
di guardia per il primo e per l'ultimo canale). La portata nominale è di circa 10 metri usando 
una sorgente a 0dBm, ma si può estendere a 100 metri aumentando la potenza di 
trasmissione a 20 dBm. 
Gli apparati trasmissivi possono essere divisi in 3 classi: 
• Classe 1: ho un output massimo di 100 mW (20 dBm) e un minimo di 1mW 
(0 dBm); la portata è di circa 100 metri. 
• Classe 2: ho un output massimo di 2.5 mW (4 dBm) e un minimo di 
0.25mW (-6 dBm); la portata è di circa 10 metri. 
• Classe 3: ho una potenza massima di 0 mW; la portata è molto limitata, 
appena 10 cm. 
La modulazione utilizzata è GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying): 
fondamentalmente si tratta di una FSK, ma con l'aggiunta di un filtro gaussiano che 
permette di ridurre lo spettro fuori banda. 
Con questo tipo di modulazione, e considerando il fatto che Bluetooth utilizza una 
banda aperta a tutti, il ricevitore deve avere un tasso d'errore (BER) pari allo 0.1%, da cui un 
livello di sensibilità pari a -70 dBm. 
 
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 Ad oggi, nel territorio francese sono previsti 23 canali anziché 79. 
Capitolo 2: INTRODUZIONE A BLUETOOTH 
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2.2 BASEBAND 
2.2.1 Caratteristiche fisiche 
Questo livello si occupa del canale fisico e delle connessioni su esso costruite, oltre 
alla correzione degli errori, la scelta della frequenza da utilizzare (hop selection) e la 
sicurezza delle informazioni inviate sul canale. Di solito è conosciuto come Link Controller 
(LC) e lavora con il livello superiore (Link Manager Protocol) per gestire le connessioni ed 
il controllo dell'energia consumata. Questo protocollo gestisce i link in modalità sincrona ed 
asincrona e verifica la disponibilità di nuove periferiche sfruttando la tecnica Time Division 
Multiplexer (TDD). 
Due o più dispositivi che utilizzano uno stesso canale (è rappresentato da un 
numero pseudocasuale) formano un collegamento detto piconet, in cui c'è solo un master ed 
uno o più slave. Le piconet possono intersecarsi tra loro formando così una rete più grossa 
detta scatternet. Ogni piconet facente parte della scatternet ha ancora solo un master, però 
gli slave possono far parte di più piconet sfruttando la sopraccitata modalità di trasmissione 
TDD; si sottolinea un aspetto importante che riguarda la flessibilità di queste reti, vale a dire 
che un nodo che è master in una piconet può assumere il ruolo di slave in un'altra piconet. 
Le piconet coinvolte in una scatternet possono anche non avere delle frequenze 
sincronizzate tra loro, dato che ogni piconet ha il proprio hopping channel. 
L'hopping sequence per ogni piconet è unico ed è determinato dall'indirizzo del 
dispositivo master (BD_ADDR). Il canale così creato dal master tramite l'hopping sequence 
è diviso in slot da 625 µs, ciascuno corrispondente ad una particolare frequenza. Ciascuno 
slot è numerato a seconda del clock del master del piconet (la numerazione è ciclica e va da 
0 a 2
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-1). Gli hops consecutivi corrispondono a differenti frequenze e si hanno un massimo 
di 1600 hops/sec. 
Lo schema TDD è utilizzato soltanto quando il master e gli slave alternativamente 
trasmettono (full duplex logico): il master trasmette solo negli slot di posto pari, gli slave in 
quelli dispari. Naturalmente l'inizio della trasmissione del pacchetto deve avvenire 
esattamente all'inizio dello slot di tempo. I pacchetti trasmessi possono estendersi fino ad un 
massimo di 5 slot. 
Capitolo 2: INTRODUZIONE A BLUETOOTH 
 
Figura 3: trasmissione master - slave TDD 
Il protocollo Bluetooth adotta una combinazione tra commutazione di pacchetto e 
commutazione di circuito. Supporta trasmissioni sincrone SCO (Synchronous Connection – 
Oriented) a 433.9 Kbps, asincrone ACL (Asynchronous Connection – Less) a 723.2 Kbps 
(57.6 Kbps nella direzione opposta) e fino a tre canali sincroni vocali simultanei (64 Kbps 
ciascuno), oppure un solo canale con supporto a trasmissioni asincrone di dati e sincrone di 
voce. Queste velocità sono ideali per gli scambi vocali o per piccoli quantitativi di dati 
(messaggi, file testuali), ma per file più voluminosi è necessario ricorrere ad altre tecnologie 
per non avere lunghi tempi di attesa necessari per completare il trasferimento. 
La modalità SCO è un link punto punto simmetrico tra un master ed un singolo 
slave nella piconet e trova un tipico impiego nella trasmissione vocale. Un master può 
gestire al massimo tre link simultanei SCO tra lo stesso slave o più slave, mentre lo slave 
due (se è soggetto a due master) o tre (se è in comunicazione con un unico master). In 
questa modalità vengono riservati degli slot come se fosse una comunicazione a 
commutazione di circuito tra il master e lo slave. I pacchetti di tipo SCO non vengono mai 
ritrasmessi e non c'è nessuna modalità di correzione di errori. 
La modalità ACL offre una connessione a commutazione di pacchetto tra il master 
e gli slave appartenenti alla piconet soltanto negli slot non riservati per la modalità SCO. In 
questo caso esiste un unico link ACL tra uno slave ed un master che offre la possibilità di 
ritrasmettere un pacchetto per assicurare l'integrità dei dati. Lo slave è autorizzato a 
rispondere al master (sempre nello slot slave – to – master) con un pacchetto se e solo se è 
stato interpellato dal master nell'ultimo slot master – to – slave; nel caso in cui lo slave 
fallisca la decodifica dell'indirizzo di destinazione del pacchetto non è comunque 
autorizzato a rispondere al master. 
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