Bluetooth mesh: cos'è, come funziona e a che cosa serve. Nuovi scenari per l'Internet delle Cose

Si parla ormai da anni di WiFi mesh e di come questi sistemi aiutino ad estendere il raggio di copertura della rete wireless, a migliorare la disponibilità e l’affidabilità della connessione, a evitare disconnessioni improvvise e a utilizzare lo stesso SSID, ovvero l’identificativo o nome della rete WiFi, ovunque.

Si è discusso meno, invece, di Bluetooth mesh, una tecnologia di comunicazione wireless che consente ai dispositivi di comunicare tra loro in modo flessibile e dinamico, formando una rete di nodi interconnessi.

Abbiamo visto cos’è e come attivare Bluetooth sui propri dispositivi oltre alle differenze tra Bluetooth classico e Bluetooth Low Energy (BLE).
Il Bluetooth tradizionale non è compatibile con Bluetooth LE e viceversa ma ci sono tanti dispositivi che li supportano entrambi all’interno del medesimo prodotto.
Dispositivi come gli smartwatch, i bracciali intelligenti per il fitness (fitness tracker) e altri prodotti indossabili utilizzano di norma BLE per massimizzare la durata della batteria e quindi l’autonomia pur essendo in grado di comunicare con lo smartphone e con altri device.

La maggior parte di noi ha sentito parlare di comunicazioni punto-punto sia nel caso del classico Bluetooth che di BLE: i dispositivi colloquiano reciprocamente usando un canale bidirezionale che è comunque “uno-a-uno”.

In un sistema mesh, invece, le comunicazioni sono per definizione molti-a-molti. Non fa eccezione lo schema mesh Bluetooth che permette lo scambio di dati tra nodi posizionati in più locazioni fisiche usando unicamente le specifiche BLE. Ci sono inoltre più rotte ovvero più “strade” per raggiungere un altro nodo collegato alla rete mesh. Una caratteristica, questa, particolarmente utile per garantire l’affidabilità della rete mesh Bluetooth e assicurare una certa resilienza ad esempio in caso di un problema che interessi un singolo nodo.

I vantaggi di una rete mesh Bluetooth

In una rete mesh Bluetooth ogni dispositivo può funzionare come un ripetitore e instradare i messaggi attraverso la rete per raggiungere i dispositivi che altrimenti sarebbero fuori portata. La tecnologia mesh si rivela utilissima, quindi, per estendere la copertura e comunicare con dispositivi che altrimenti non sarebbero raggiungibili dal singolo dispositivo Bluetooth.

È inoltre possibile gestire un grande numero di dispositivi con un minimo consumo di risorse e di energia. Inoltre, l’approccio mesh Bluetooth garantisce massima compatibilità con i dispositivi esistenti, compresi notebook, smartphone Android e iOS, tablet, sistemi 2-in-1 e così via.

I dispositivi possono inoltre essere facilmente aggiunti o rimossi dalla rete mesh Bluetooth senza dover modificare la configurazione di ognuno di essi.

Lo schema Publish-Subscribe

Con la tecnologia Bluetooth mesh, lo schema publish-subscribe viene utilizzato per consentire ai dispositivi di inviare e ricevere messaggi all’interno della rete.

In cosa consiste questo particolare schema? I dispositivi Bluetooth possono inviare messaggi verso determinati indirizzi (publishing).
Allo stesso tempo, i dispositivi possono “abbonarsi” alle comunicazioni Bluetooth di loro interesse per ricevere messaggi pertinenti (subscribing).
I dispositivi Bluetooth possono così comunicare tra loro senza la necessità di stabilire una connessione diretta.

Cos’è il relaying nelle reti mesh Bluetooth

Abbiamo detto che una rete mesh Bluetooth consente di coprire anche aree vaste. Quando ci sono muri o altri elementi architettonici che non permettono a un dispositivo Bluetooth di raggiungere direttamente gli altri, si usa il meccanismo chiamato relaying.

È cioè possibile impostare i dispositivi come relay, nodi intermedi che si occupano di instradare il messaggio fino al raggiungimento della destinazione.
Oltre ad estendere il raggio di copertura, il relaying aumenta anche la robustezza della rete poiché consente di creare percorsi di comunicazione alternativi sfruttabili in caso di problemi sui singoli device Bluetooth.

I dispositivi possono essere configurati come relay permanenti o temporanei a seconda delle esigenze. Inoltre possono essere impostati in maniera tale da instradare solo i messaggi di un certo tipo oppure per instradare soltanto i messaggi verso determinati dispositivi.

Managed flooding: qual è la sua utilità

Grazie al managed flooding un dispositivo connesso alla rete mesh Bluetooth può spedire il messaggio a tutti i nodi presenti senza la necessità di conoscere l’identità o la posizione esatta dei destinatari.

I dispositivi che ricevono il messaggio controllano l’indirizzo del destinatario all’interno del pacchetto e se non sono il destinatario effettivo provvedono a inoltrarlo fino a quando non raggiunge il destinatario corretto o viene eliminato. Nessun nodo deve assumersi la responsabilità di agire come router specializzato (si pensi ad esempio al ruolo tipicamente ricoperto da un router WiFi, da un access point oppure da uno switch Ethernet).

Questo metodo di comunicazione garantisce la consegna del messaggio anche nel caso in cui dovessero verificarsi problemi sui dispositivi intermedi. Una serie di algoritmi di routing stabiliscono il percorso migliore per instradare i messaggi attraverso la rete.

È possibile applicare filtri per limitare la propagazione dei messaggi in base a determinate caratteristiche (ad esempio sulla base del mittente o del destinatario) ed evitare automaticamente fenomeni di congestione.

Cos’è Thingy:53 e come implementare mesh Bluetooth

La piattaforma Thingy:53 di Nordic Semiconductor è una soluzione di sviluppo che integra una vasta gamma di sensori e funzionalità wireless in un unico compatto dispositivo.

Thingy:53 utilizza un modulo BLE, supporta le specifiche Matter che saranno sempre più essenziali per i dispositivi per la smart home, NFC, è aperto al machine learning e dispone di cose come accelerometro, giroscopio, magnetometro, sensore di temperatura, sensore di umidità, sensore di pressione e sensore di luce ambientale.
Il dispositivo è inoltre dotato di microfono, speaker e di un pulsante programmabile; può essere alimentato sia mediante una batteria interna che tramite una fonte di alimentazione esterna.

Utilizza inoltre un SoC basato su ARM Cortex-M33 capace di gestire un elevato carico computazionale senza che ciò vada ad impattare negativamente sulla connessione wireless.

Un dispositivo come Thingy:53, che costa circa 50-60 euro, può essere facilmente integrato in diverse applicazioni per l’Internet delle Cose: domotica, monitoraggio ambientale, automazione industriale, monitoraggio della salute e molto altro ancora.

Fornito con un’app mobile dedicata, compatibile con i dispositivi Android e iOS, Thingy:53 risulta facilmente configurabile per creare una rete mesh Bluetooth e adattabile così a ogni progetto che si possa avere in testa.
Nordic Semiconductor fornisce anche una vasta gamma di esempi di codice e documentazione tecnica per agevolare lo sviluppo di applicazioni personalizzate basate su Thingy:53.

In definitiva, Bluetooth mesh e un prodotto come Thingy:53 risultano particolarmente utili per applicazioni in cui è necessario comunicare con un gran numero di dispositivi, come ad esempio nell’automazione, nell’illuminazione intelligente e nei sistemi di controllo industriale.
Grazie alla possibilità di creare reti robuste e scalabili, Bluetooth mesh e Thingy:53 consentono di sviluppare soluzioni IoT avanzate e complesse.