Studio, implementazione e analisi delle prestazioni di architetture Bluetooth Mesh per applicazioni IoT basate su protocollo Bluetooth 5 e successivi

The research focused on the analysis and implementation of Bluetooth mesh networks, an important wireless communication technology for the Internet of Things (IoT) that allows devices to communicate with each other by forming a network of interconnected devices. The initial goal was to improve the reliability of receiving Status messages within a Bluetooth Mesh (BM) network. To this end, code and firmware were developed, and the results of experimental tests conducted in collaboration with Nordic Semiconductor in a real environment showed a significant improvement in performance. A simulation environment for BM networks was then developed to analyze the impact of different network parameter configurations on reliability and end-to-end latency. The results of the experimental tests highlighted the importance of timing parameters and standard implementation. In collaboration with the MathWorks Bluetooth Toolbox development team, a new implementation of the standard was developed, specifically for message management in the scanning and advertising phases in relay nodes. This enabled significant performance improvements, improved network reliability, and reduced message transmission latency. The research demonstrates the usefulness of using simulation environments to test and validate the performance of Bluetooth mesh networks, which is especially important when the architecture and network parameters are complex. Collaboration between academic research and industry has enabled the development of increasingly advanced and powerful technologies for increasingly complex IoT applications that require reliable and high-performance communication networks.

La ricerca si è concentrata sull’analisi e l’implementazione delle reti Bluetooth mesh, un’importante tecnologia di comunicazione wireless per l’Internet of Things (IoT) che consente ai dispositivi di comunicare tra loro formando una rete di dispositivi interconnessi. Inizialmente, l’obiettivo è stato quello di migliorare l’affidabilità nella ricezione dei messaggi di Status all’interno di una rete Bluetooth Mesh (BM). Sono stati sviluppati codice e firmware per tale scopo e i risultati dei test sperimentali condotti in collaborazione con Nordic Semiconductor in ambiente reale hanno dimostrato un significativo miglioramento delle prestazioni. Successivamente è stato sviluppato un ambiente di simulazione per reti BM per analizzare l’impatto di diverse configurazioni dei parametri di rete sull’affidabilità e sulla latenza end-to-end. I risultati dei test sperimentali hanno evidenziato l’importanza dei parametri temporali e dell’implementazione dello standard. In collaborazione con il team di sviluppo del toolbox Bluetooth di MathWorks, è stata sviluppata una nuova implementazione dello standard, in particolare per la gestione dei messaggi nelle fasi di scansione e advertising nei nodi relay. Ciò ha permesso di ottenere importanti miglioramenti delle prestazioni, migliorando l’affidabilità della rete e riducendo la latenza di trasmissione dei messaggi. La ricerca dimostra l’utilità dell’utilizzo di ambienti di simulazione per testare e validare le prestazioni delle reti BM, particolarmente importante in presenza di una complessità dell’architettura e dei parametri di rete. La collaborazione tra la ricerca accademica e l’industria ha permesso di sviluppare tecnologie sempre più avanzate e performanti per applicazioni IoT sempre più complesse e richiedenti reti di comunicazione affidabili e performanti.