La rete di Internet of Everything abbraccia più tipologie di connettività, come la casa intelligente, la fabbrica intelligente, i dispositivi indossabili e le automobili connesse, come i veicoli autonomi. Ora che Internet sta allargando il proprio raggio d’azione, la connettività wireless diventa fondamentale per garantire la facilità di utilizzo e la possibilità di collegarsi ovunque ci si trovi. Per le connessioni con indirizzi IP vicini alla dorsale di Internet, il Wi-Fi offre un valido standard, sicuro e a banda larga. D’altro canto, per un accesso locale a dispositivi come sensori e attuatori che si trovano ai confini della rete IoT, possono risultare più efficienti diversi standard, come Bluetooth Low Energy o protocolli basati sugli strati wireless dello standard Ieee 802.15.4, a seconda dei requisiti dell’applicazione finale. Gli standard basati su Bluetooth hanno il vantaggio di essere ben conosciuti nelle comunità ingegneristiche e facili da utilizzare, e continueranno ad essere ampiamente supportati nei settori del radiomobile e dell’autoveicolo, in particolare nelle applicazioni audio e nei personal computer. Poiché il supporto al Bluetooth riguarda più o meno tutti gli attuali smartphone, un pratico hub per la raccolta di dati dai sensori è già nelle mani di milioni di utenti in tutto il mondo e può essere utilizzato in modo affidabile in una varietà di applicazioni professionali o di largo consumo, come l’edificio intelligente o le reti personali. L’ubiquità è di sicuro un importante punto di forza: le cifre di Abi Research suggeriscono che nel 2014 sono stati venduti tre miliardi di dispositivi Bluetooth, raggiungendo annualmente la cifra di 4,6 miliardi per il 2018. Si stima che i telefonini costituiranno meno del 50% del totale. Lo standard Bluetooth Low Energy è nato come versione 4.0 ed è giunto attualmente alla versione 4.2, comprende diversi aggiornamenti sulla sicurezza e consente il transito di dati IP. È stato progettato per soddisfare le esigenze delle applicazioni IoT: in particolare, il basso consumo energetico e i tempi brevi di connessione permettono ai nodi di una rete wireless di scambiarsi piccole quantità di dati. A questo scopo, Bluetooth LE ottimizza aspetti come la velocità di trasmissione, il numero dei canali radio e i tempi di connessione/disconnessione. Bluetooth LE può completare l’avvio della connessione e prepararsi a trasmettere dati nell’area multicast security del dispositivo parecchie decine di volte più velocemente rispetto al Bluetooth “classico”. Le modifiche incluse in Bluetooth LE riducono significativamente la corrente di alimentazione, passando dai milliampere del Bluetooth classico a pochi microampere nel Ble. I nodi IoT di Bluetooth Smart possono funzionare per mesi e persino anni con una piccola pila a bottone senza la necessità di doverla cambiare o ricaricare. Tipiche applicazioni Bluetooth LE comprendono nodi di sensore che riportano dati campionati, valvole intelligenti in uno stabilimento che inviano avvisi di status, dispositivi medici personali che aggiornano i segnali vitali del paziente, biosensori in attrezzi da palestra o accessori sportivi intelligenti che comunicano dati come il livello di attività o la frequenza del battito cardiaco, oppure pulsantiere di comando. Dispositivi che supportano Bluetooth LE sono denominati Bluetooth Smart Devices dall’organizzazione Bluetooth Special Interest Group. Ma i dispositivi potrebbero supportare sia Bluetooth classico che Bluetooth LE, e in questo caso vengono etichettati come Bluetooth Smart Ready. Si tratta tipicamente di smartphone o tablet che funzionano come hub e che sono in grado di collegarsi a dispositivi come sensori. Future versioni di Bluetooth LE, come Bluetooth 5.0, permetteranno di ottenere velocità di trasmissione più elevate su distanze più lunghe, con i consumi del Bluetooth Smart. Dispositivi Bluetooth Smart e Smart Ready sono diventati più facili da realizzare con la nascita di moduli e circuiti integrati compatti. Gli sviluppatori possono scegliere un approccio che si adatta ai propri requisiti di progetto in relazione ad aspetti come la dimensione del circuito e il numero dei componenti, la complessità del progetto, i requisiti aggiuntivi per la certificazione e il time-to-market.
L’integrazione di Nfc per un accesso pratico e sicuro
Bluetooth Smart comprende il supporto della crittografia Aes-128, che offre una robusta protezione dalle intercettazioni e dalla decrittazione dei pacchetti intercettati. D’altro canto, è anche possibile aumentare la sicurezza e la facilità di utilizzo sfruttando le comunicazioni nel campo vicino o Nfc (Near field communication) per migliorare operazioni come l’accoppiamento dei dispositivi. La tecnologia Nfc richiede che i dispositivi siano in stretta prossimità, tipicamente a una distanza non superiore a qualche centimetro. La comunicazione Nfc può evitare attacchi del tipo “man-in-the-middle” e impedire a dispositivi indesiderati di collegarsi senza la conoscenza e l’autorizzazione dell’utente, trasmettendo informazioni di accoppiamento come gli indirizzi di dispositivi Bluetooth esternamente alla banda e all’interno di un raggio limitato. L’accoppiamento Nfc è facile e diretto e si realizza di solito mettendo i due dispositivi in breve contatto. La tecnologia Nfc semplifica inoltre l’aggiunta di nodi a una rete Bluetooth LE magliata, ad esempio nell’estendere una rete di sensori wireless, o nell’aggiunta di nuove lampade Led in un array controllato in modo wireless. In applicazioni come i contatori intelligenti, che possono essere letti manualmente a intervalli di diverse settimane o mesi, il contatore può rimanere spento finché non riceve un segnale di attivazione Nfc quando l’operatore porta un lettore Nfc o un cellulare abilitato Nfc in stretta prossimità del contatore. L’energia iniziale è fornita all’antenna Nfc e il dispositivo Ble può restare in modalità di ibernazione per tutto il tempo, consumando pochissima potenza. Dopo che le credenziali del lettore sono state accettate, è possibile stabilire un collegamento utilizzando Bluetooth LE per leggere i dati dalla memoria del contatore. Esistono inoltre numerose possibilità di controllo wireless degli accessi, per realizzare il concetto industriale di sicurezza e ottenere un’autenticazione comoda, senza contatto, in grado di offrire migliori caratteristiche di sicurezza, versatilità ed esperienza d’uso. Le aziende leader del settore del controllo degli accessi elettronici utilizzano oggi piattaforme di sicurezza ben note, come Seos su Bluetooth Smart e Nfc, utilizzando tecniche come la Host Card Emulation. Ciò permette alle chiavi elettroniche di essere ospitate sugli smartphone e di superare quindi alcuni dei limiti delle chiavi delle smartcard, lasciando spazio a nuove ingegnose applicazioni in settori come hotel e case di riposo, controllo degli accessi aziendali e sicurezza in casa. Gli ospiti di un albergo, ad esempio, possono fare il check-in e andare direttamente in camera senza aspettare che il personale della reception configuri la carta di accesso. Lo smartphone dell’ospite è accoppiato in modo sicuro alla serratura della porta con un collegamento Nfc, e la chiave è cancellata automaticamente al momento del check-out. Durante la permanenza, i beacon di Bluetooth Smart possono fornire assistenza all’ospite e notificargli la presenza di servizi e di offerte direttamente sul suo smartphone, monitorando i consumi per scopi di fatturazione e di marketing. Analogamente, applicazioni per la sicurezza domestica basate su smartphone possono offrire a un proprietario di casa la possibilità di inviare una chiave temporanea codificata digitalmente ad altre persone come ospiti, baby-sitter o agenti immobiliari, permettendo allo smartphone del visitatore di avere accesso ad aree specifiche della casa e ad orari specifici. Il proprietario può cancellare la chiave a sua discrezione, senza doversi preoccupare di furti, smarrimenti o usi impropri.
La chiave all’abilitazione
Per facilitare lo sviluppo di dispositivi come smartphone, sensori intelligenti, serrature, contatori e altri tipi di apparecchiature che combinano la versatile connettività della rete Bluetooth LE con la semplicità e la sicurezza di Nfc, Toshiba ha sviluppato il chip TC35670FTG Bluetooth Smart + tag Nfc. Questo chip integra il nucleo Cpu Arm e può essere utilizzato senza host oppure come slave collegato a un’unità di elaborazione centrale. È parte di una serie di dispositivi che comprende anche il chip TC35667 Bluetooth Smart, per cui la proprietà intellettuale Bluetooth può essere riutilizzata agevolmente in progetti senza tag. I dispositivi di questa serie contengono un firmware Bluetooth embedded certificato e un API software portatile, facile da usare. Toshiba ha inoltre collaborato con partner tecnici per produrre moduli Bluetooth standardizzati che aiutano a semplificare il progetto e accelerare il time-to-market. Il chip TC35670 integra un circuito RF Bluetooth a 2,4 GHz e un circuito in banda base che supportano funzioni Bluetooth Host Control Interface (HCI) e funzioni Bluetooth Low Energy; esso integra inoltre un tag Nfc Forum di tipo 3 che combina interfacce wireless e cablate I2C con schede chip contactless incorporate, compatibili con le specifiche di Nfc Forum. Il passaggio morbido da Nfc a Bluetooth LE permette al dispositivo di supportare l’accoppiamento Nfc, offrendo un modo facile di stabilire le connessioni. Se un dispositivo contiene questo chip, può essere toccato con un altro dispositivo che supporta Bluetooth LE e Nfc, come un telefono cellulare, per trasferire le chiavi di sicurezza Bluetooth e l’indirizzo del dispositivo attraverso il tag Nfc, permettendo il completamento automatico dell’accoppiamento Bluetooth. La comunicazione Bluetooth può quindi iniziare immediatamente.
In modalità tag Nfc, alla Eeprom on-chip del circuito integrato si può accedere tramite entrambe le interfacce cablata o wireless. In aggiunta, la Ram on-chip supporta una speciale modalità operativa di attraversamento (through) che permette ai dati ricevuti tramite l’interfaccia wireless di essere resi disponibili al processore host attraverso l’interfaccia cablata I2C e viceversa. Per entrare in modalità through, il dispositivo riceve un idoneo comando di scrittura (write) attraverso l’interfaccia wireless, quindi memorizza i dati di blocco nella Ram e invia una risposta all’interfaccia wireless. In modalità through, l’interfaccia wireless è disabilitata e i dati di blocco sono disponibili tramite l’interfaccia cablata. Un convertitore Dc-Dc integrato e un convertitore a bassa caduta di tensione contribuiscono a ridurre al minimo i componenti esterni, mentre l’intero dispositivo consuma una potenza ridottissima con una corrente di picco di 5,9 mA e una corrente di ibernazione estremamente bassa pari a 0,1 µA. Il circuito di alimentazione interna è in grado di risvegliarsi dalla modalità di potenza zero quando un dispositivo remoto richiede una connessione, permettendo un funzionamento senza batteria.
