Mentre l’IoT porta sempre più oggetti sulla rete globale, Bluetooth Low Energy (BLE), porta l’interazione tra smartphone e oggetti fisici ad un nuovo livello di pervasività. “Magico” come Bluetooth, “prossimo” come NFC, “fisico” come l’ambiente che ci circonda, BLE facilita e incoraggia l’interfacciamento a basso costo con qualsiasi oggetto e riapre (finalmente) il dominio dei wearable e dell’indoor-navigation, garantendo bassi consumi e lunga autonomia. Il talk mostrerà le caratteristiche del protocollo, esempi di codice e alcune demo.

1. Stefano Sanna
Bluetooth Low Energy:
la rivoluzione silenziosa dell’ambient intelligence
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2. Agenda
Bluetooth Low Energy
•
Presentazioni
!
•
Ambient Intelligence
!
•
Bluetooth
• Genesi ed evoluzioni
• Bluetooth Low Energy
• Playground
•
FAQ & Conclusioni
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3. Speaker
Bluetooth Low Energy
•
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Responsabile Android Lab @ Open Reply
!
•
Co-autore di “Android Programmazione Avanzata”
(con E. Di Saverio, Ed. FAG)
!
•
Autore del libro “Java Micro Edition”
(Hoepli)
!
•
Supporter @ Codemotion since 2005 (JIP Day!)

4. Slide’s title
Bluetooth Low Energy
Cablaggi nella metropolitana di Londra
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5. Bluetooth Low Energy
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2002: quattro mani per usare un PDA con touchscreen resistivo
(con pennino), modem 2G seriale, GPS seriale e fotocamera da 1.5MPX)

6. Bluetooth Low Energy
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7. Ambient Intelligence
Bluetooth Low Energy
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In computing, ambient intelligence (AmI) refers to electronic environments
that are sensitive and responsive to the presence of people.
Ambient intelligence is a vision on the future of consumer electronics,
telecommunications and computing that was originally developed in
the late 1990s for the time frame 2010–2020.
In an ambient intelligence world, devices work in concert to support
people in carrying out their everyday life activities, tasks and
rituals in an easy, natural way using information and intelligence that is
hidden in the network connecting these devices (see Internet of Things).
As these devices grow smaller, more connected and more integrated into
our environment, the technology disappears into our surroundings
until only the user interface remains perceivable by users.
http://en.wikipedia.org/wiki/Ambient_intelligence

8. Everyday Life Activity
Bluetooth Low Energy
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•
Sveglia, casa, doccia, colazione, news…
•
Abbigliamento, agenda, si parte!
•
Cammino, bici, auto, scooter, treno, metro, aereo…
•
Home office, HQ office, client office, mobile office…
•
Centro commerciale, parcheggio, ospedale, aeroporto,
stazione, parco, cinema, palestra, piscina, scuola, mare,
montagna, ristorante…

9. Everyday Life Activity
Bluetooth Low Energy
Info
ambiente
Prossimità
Beacon
Localizzazione
Termometro
corporeo
Cardio
Clima
Pressione
arteriosa
•
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frequenzimetro
Controllo
accessi
Ciclo del
sonno
Glucometro
Energia
Tracker
Pesapersone
Ciclometro
Metro
Safety &
Security

10. Breve storia di Bluetooth
Bluetooth Low Energy
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1994: nasce come “cable replacement” per connessioni seriali
1999: rilasciato Bluetooth 1.0, piuttosto instabile…
2003: rilasciato Bluetooth 1.2, stabile e realmente funzionale
2004: arriva Bluetooth 2.0 con EDR: aumenta la velocità
2006: Nokia annuncia Wibree per comunicazione a basso consumo
2007: è l’anno di Bluetooth 2.1+EDR. Migliora la sicurezza
2009: arriva Bluetooth 3.0
2010: è annunciato Bluetooth 4.0 con estensioni Low Energy
2011: Mac mini, MacBook Air e iPhone 4s sono i primi dispositivi
equipaggiati con Bluetooth 4.0
2013: 2.5 miliardi di device Bluetooth-enabled nel mondo

11. Alcuni dei limiti di Bluetooth
Bluetooth Low Energy
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Consumo energetico non trascurabile
Massimo 7 slave per ogni master
Fragile in contesti di elevato affollamento
Tempi di discovery troppo lunghi (sino a 20s)
Advertising “su richiesta”
Meccanismi di pairing lenti
Scarsa granularità dei profili
Stack piuttosto ricco (e, dunque, complesso)
Regole visibilità e discovery limitate
Stream-oriented (RFCOMM o Audio)

12. La contro-evoluzione: 4.0 non è 3.0++!
Bluetooth Low Energy
•
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Architettura non simmetrica (central vs peripheral)
• Sbilanciare i ruoli consente di avere periferiche semplici, poco costose
e con bassissimo consumo di energia (< 15mA picco)
Compiti complessi lasciati all’host
Non è previsto il cambio di ruolo (vedi HSP)
•
•
• Pacchetti piccoli ( < 50 byte)
• Richiedono poca energia per essere trasmessi
• MCU più semplice, meno memoria, meno possibilità di errore
• Trasmissione a bassa velocità e bassa potenza
• Advertising spontaneo e dinamico
• 3 canali di advertising anziché 32FH
• 40 canali complessivi

13. Contro-evoluzione: velocità
Bluetooth Low Energy
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60
54
Velocità (Mbps)
45
30
15
1
3
0,3
0
v1.1
v2.0
v3.0
v4.0

14. Magico, Prossimo, Fisico
Bluetooth Low Energy
•
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Magico
• apparati piccolissimi
•
•
autonomia incredibile
discovery in pochi millisecondi
•
Prossimo
• funziona a brevissima distanza
• l’info sulla potenza (normalizzata 1m) consente localizzazione indoor
•
Fisico
• È possibile… infilarlo ovunque!
• Le prime applicazioni sono davvero legate alle attività quotidiane

15. Ruoli
Bluetooth Low Energy
•
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Advertiser
•
•
Invia segnali periodici, non è dotato di ricevitore
Scanner
•
•
Attende segnali provenienti da un broadcaster; non trasmette
Peripheral
•
•
Ricetrasmittente, lavora principalmente in modalità server
Central
•
Tipicamente un computer o un device mobile, lavora principalmente
in modalità client verso uno o più peripheral
(su Bluetooth Classic solo Master e Slave, con assegnazione dinamica)

16. Versioni e “branding” dei dispositivi
Bluetooth Low Energy
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17. Versioni e “branding” dei dispositivi
Bluetooth Low Energy
•
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Bluetooth Classic
•
•
•
Compatibile esclusivamente con Bluetooth 1.1, 2.0 e 3.0
Sono tutti i dispositivi pre-Bluetooth 4.0 e quelli attuali non dotati di
funzionalità LE
Bluetooth Smart
•
•
•
Compatibile esclusivamente Bluetooth 4.0 low energy (single mode)
Funzionante nella sola modalità peripheral
Bluetooth Smart Ready
•
•
Compatibile con l’intera specifica Bluetooth 4.0 (dual mode)
Dialoga con dispositivi Classic e con dispositivi LE

18. Stack Bluetooth Classic
Bluetooth Low Energy
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SPP/DUN/OPP
RFCOMM
SDP
L2CAP
HCI
LINK MANAGER
BR/EDR PHY

19. Stack Bluetooth Smart
Bluetooth Low Energy
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GAP
GATT
SMP
ATT
L2CAP
HCI
LINK LAYER
LE PHY

20. Stack Bluetooth Smart Ready
Bluetooth Low Energy
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SPP/DUN/OPP
RFCOMM
GAP
SMP
SDP
GATT
ATT
L2CAP
HCI
LINK MANAGER
LINK LAYER
BR/EDR PHY
LE PHY

21. I profili in Bluetooth Classic
Bluetooth Low Energy
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22. GATT: Generic Attribute Profile (1)
Bluetooth Low Energy
•
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Servizio
•
•
•
Insieme di caratteristiche aggregate per erogare una funzionalità
Esempio:
• “Health Thermometer Service”
Caratteristiche
•
•
Un singolo valore accessibile in lettura o scrittura
Esempio:
• “Temperature Measurement” (temperatura letta)
• “Temperature Type” (tipo di termometro)
• “Intermediate Temperature” (letture in-progress)
• “Measurement Interval”
https://developer.bluetooth.org/gatt/services/Pages/ServiceViewer.aspx?u=org.bluetooth.service.health_thermometer.xml

23. GATT: Generic Attribute Profile (2)
Bluetooth Low Energy
•
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Descrittori
•
•
•
Informazioni accessorie su una caratteristica
Esempio:
• “Is write supported” sulla caratteristica che gestisce l’intervallo di
campionamento
Tutto è un UUID
•
•
A qualsiasi entità è assegnato un UUID (Universally Unique
IDentifier)
Accanto a BD-Address e Friendly-Name, un dispositivo può usare un
UUID anche in advertising (feature usata dagli iBeacon di Apple)

24. Profili, Servizi, Caratteristiche, Descrittori…
Bluetooth Low Energy
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Profile
Service
Service
Service
Characteristic
Characteristic
Characteristic
Value
Descriptor
Descriptor
Descriptor

25. UUID
Bluetooth Low Energy
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Entità
UUID
Base Bluetooth
00000000-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Generic Access
00001800-0000-1000-8000-00805F9B34FB
GATT
00001801-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Immediate Alert
00001802-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Health Thermometer
00001809-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Heart Rate
0000180D-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Battery Service
0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Battery Level
00002A19-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Blood Pressure
00001810-0000-1000-8000-00805F9B34FB
Current Time
00001805-0000-1000-8000-00805F9B34FB
TX Power
00001804-0000-1000-8000-00805F9B34FB

26. Sistemi operativi e supporto BLE
Bluetooth Low Energy
•
Desktop
•
•
•
•
Linux
Mac OS X
Windows
Mobile
•
•
•
•
Android 4.3
iOS 5
Windows Phone 8
BlackBerry 10
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27. Android API per Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy
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•
Introdotta in Android 4.3 Jelly Bean
•
Consente di gestire GATT client e server,
accesso a caratteristiche e descrittori,
registrazione per le notifiche
•
Non supporta la modalità “peripheral”:
attualmente, dunque, non è possibile
creare un beacon (come su iPhone)
•
Android 4.4 KitKat offre un logger dei
pacchetti a livello HCI

28. Device Android con supporto Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy
•
•
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•
Google: Nexus 4, Nexus 5, Nexus 7 “2013”
Samsung: Galaxy S3, S3 mini, Galaxy S4, S4 mini; Note 2, Note 3, Note
8”, Note 10” 2014 Edition
LG: Optimus G, 4X, G2
•
Grandi assenti: Galaxy Nexus, Nexus 7, Nexus 10
•
Altri dispositivi con Android 4.2.x possono disporre di API proprietarie
per l’accesso al modulo BLE
•
Importante: non basta un semplice aggiornamento software per avere
BLE, occorre un hardware dedicato!

29. Principali differenze nelle API “Classic” e LE
Bluetooth Low Energy
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•
Il dispatching degli eventi avviene attraverso normali
“listener” anziché via Intent e BroadcastReceiver
•
I componenti che modellano GATT client,
caratteristiche e descrittori non sono Parcelable:
l’intera gestione della comunicazione avviene
all’interno di un singolo Fragment
•
Lettura e scrittura sono asincrone (addio I/O stream)
•
La stabilità (pre KitKat) lascia un po’ a desiderare…

30. API Android
Bluetooth Low Energy
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BluetoothManager manager = (BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
adapter = manager.getAdapter();
boolean started = adapter.startLeScan(mLeScanCallback);
BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback = new BluetoothAdapter.LeScanCallback() {
@Override
public void onLeScan(final BluetoothDevice device, int rssi, final byte[] scanRecord) {
!
//
!
}
};
gestione device…

31. API Android
Bluetooth Low Energy
1
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BluetoothGatt mGatt = device.connectGatt(getActivity(), true, new BluetoothGattCallback() {
String SERVICE = “0000180F-0000-1000-8000-00805F9B34FB”;
String LEVEL =
“00002A19-0000-1000-8000-00805F9B34FB”;
!
2
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS && newState == BluetoothGatt.STATE_CONNECTED) {
BluetoothGattService service = gatt.getService(UUID.fromString(SERVICE));
BluetoothGattCharacteristic ch = service.getCharacteristics(UUID.fromString(LEVEL));
gatt.readCharacteristic(ch);
}
}
@Override
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic ch, int st) {
final int batteryLevel = ch.getIntValue(BluetoothGattCharacteristic.FORMAT_UINT8, 0);
}
});
3

32. Playground: sperimentare con BLE
Bluetooth Low Energy
Kontakt Beacon
WTEK Heartrate Monitor
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TI SensorTag
estimote
Tracer Keyfob
Pebble Keyfob
TI CC2450 miniDK
geektech Arduino BLE shield

33. Linux e Mac OS X
Bluetooth Low Energy
•
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Linux
•
•
•
•
Qualsiasi dongle USB Bluetooth 4.0 dual-mode (su ebay a 10 euro!)
bluez 5.1
Suggerimento: scaricare (e compilare) l’ultima release dal repository
ufficiale, anziché usare la build presente nelle distribuzioni
Mac OS X
•
•
Tutti i (nuovi) Mac usciti sul mercato dal 2012 dovrebbero avere
Bluetooth Low Energy a bordo
LightBlue (utility gratuita su Mac App Store)

34. Linux: discovery dei dispositivi
Bluetooth Low Energy
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output di:
hcitool -i hci0 lescan

35. Linux: lista servizi e lettura caratteristiche
Bluetooth cui
Si seleziona il device conLow Energy
comunicare in modalità interattiva
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Lista servizi primari
La batteria è carica (0x64 = 100%)
lettura della caratteristica
“battery level” esposta dal
“battery service”

36. Mac OS X: LightBlue per far tutto!
Bluetooth Low Energy
gerdavax
La batteria è carica AT gmail DOT com
(0x64 = 100%)

37. BLE Scanner su Android
Bluetooth Low Energy
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38. FAQ su Bluetooth Low Energy vs resto del mondo
Bluetooth Low Energy
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•
Per usare BLE è sufficiente un aggiornamento software?
• No!
•
BLE sostituisce Bluetooth Classic?
• No!
•
BLE rimpiazzerà NFC?
• Bella domanda :-)
• Hanno casi d’uso piuttosto diversi (malgrado ciò che si dice…)
•
BLE sarà lo standard del futuro?
• Se lo sapessi, non sarei qui! (comunque, credo di si)

39. Conclusioni
Bluetooth Low Energy
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•
Bluetooth Low Energy sarà la più grande ed invadente
evoluzione delle comunicazioni wireless a corto raggio
•
Parallelamente alla diffusione di oggetti direttamente
connessi alla Rete (IoT), lo smartphone diventerà
centro-stella e gateway di una moltitudine di dispositivi
invisibili che circondano gli utenti
•
Importanti implicazioni per la privacy: chi raccoglie i
dati sulla nostra vita li userà per condizionarci?
• “abbiamo rilevato che sei fiacco, perché non prendi un po’ di XYZ?”

40. Ringraziamenti
Bluetooth Low Energy
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•
Mara Marzocchi, Marco Casario, Gosia Sosnowska e tutto il
team di Codemotion per l’enorme lavoro che fanno ogni anno
per la community italiana degli sviluppatori software
•
Matteo @mbonifazi Bonifazi per avermi prestato il suo Nexus
7 2013 mentre ero in attesa del Nexus 5 e dell’aggiornamento
ad Android 4.3 sul Galaxy S3
•
Roberto @frabons Fraboni per aver condiviso scenari e
curiosità sull’uso degli iBeacon

41. Riferimenti e risorse
Bluetooth Low Energy
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•
https://developer.bluetooth.org/TechnologyOverview/Pages/BLE.aspx
•
http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html
•
https://developer.apple.com/library/ios/documentation/NetworkingInternetWeb/
Conceptual/CoreBluetooth_concepts/AboutCoreBluetooth/Introduction.html
•
Bluetooth Low Energy: The Developer’s Handbook (Robin Heydon, Prentice-Hall)

42. Approfondimenti dai precedenti Codemotion
Bluetooth Low Energy
•
NFC
Tecnologia e applicazioni
(2012)
•
Android Bluetooth Hacking
(2010)
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43. Contatti
Bluetooth Low Energy
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!
•
•
•
•
•
mail: gerdavax AT gmail DOT com
blog: http://www.gerdavax.it
twitter: @gerdavax
slideshare: http://www.slideshare.net/gerdavax
Linkedin: http://www.linkedin.com/in/gerdavax