Bluetooth

Z Wiki XperiaSite.pl
Skocz do: nawigacja, szukaj
Bluetooth_Logo.png
Nazwa Bluetooth
Typ Łączność bezprzewodowa
Data założenia 1989

Bluetooth jest technologią bezprzewodowego przesyłania danych między urządzeniami połączonymi wykorzystując fale krótkie UHF. IEEE ustandaryzowało Bluetooth jako IEEE 802.15.1, jednak nie utrzymuje już tego standardu.

Zarządzaniem technologią oraz znakami towarowymi zajmuje się Bluetooth Special Interest Group (SIG). W jej skład wchodzi 30000 członków z różnych aren rynku telekomunikacyjnego.

Bluetooth wykorzystuje częstotliwości od 2402 do 2480 MHZ (do 2483,5 MHz jeśli wliczymy częstotliwości niewykorzystane ze względu na ryzyko interferencji).

Historia

Prace nad krótkodystansową technologią radiową rozpoczęła w 1989 firmwa Ericsson Mobile. Jej celem było stworzenie technologii pozwalającej na wykorzystanie bezprzewodowych zestawów słuchawkowych i słuchawek.

Etymologia

Nazwa

Bluetooth to zangielszczona wersja skandynawskiego Blåtand/Blåtann określenia jakie nadano władcy, który w 10 wieku zjednoczył duńskie plemiona w jedno królestwo - Haraldowi Bluetooth. Zaproponował ją Frans G. Bengtsson, który w tamtym czasie miał czytać powieść historyczną The Long Ships, która opisywała czasy Wikingów i Haralda.

Logo to runa wiązana złożona z dwóch run alfabetu nazywanego Fuþark młodszy - Hagall (ᚼ) oraz Bjarkan (ᛒ), które są inicjałami króla Haralda.

Wykorzystanie

Bluetooth

Bluetooth jest trybem łączności krótkiego zasięgu, zastępującym komunikację kablową i nastawionym na niskie zużycie energii.

Na rynku istnieją chipy podzielone na 4 klasy:

Klasa Maksymalne dopuszczalna moc Zasięg teoretyczny
(m)
Zasięg praktyczny
(m)
(mW) (dBm)
1 100 20 ~100 20-30
2 2,5 4 ~10 5-10
3 1 0 ~1 1
4 0,5 ~3 ~0,5 b/d

Ze względu na stosunek mocy (a więc i zużycia energii) do zasięgu, w urządzeniach przenośnych (w tym telefonach) korzysta się z chipów o klasie 2.

Minimalne wymagania systemowe dla Bluetooth to:

  • Android 1.0 Apple Pie,
  • iOS 1.0,
  • Windows CE,
  • BlackBerry OS 5.0,
  • Windows XP SP1,
  • OS X 10.2 Jaguar,
  • Linux z kernelem 2.4.6,
  • FreeBSD 5.0,
  • NetBSD 4.0.

Profile

Aby urządzenie potrafiło rozróżnić podłączony do niego sprzęt powstały profile, które definiują typ połączonego urządzenia, co pozwala na ustalenie odpowiedniego zachowania w ich stosunku i wpływa na dopasowanie odpowiednich ustawień zawierających parametry oraz sposób kontroli połączenia.

Przykładowe profile:

  • A2DP (Advanced Audio Distribution Profile),
  • ATT (Attribute Profile),
  • AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile),
  • BIP (Basic Imaging Profile),
  • BPP (Basic Printing Profile),
  • CIP (Common ISDN Access Profile),
  • CTP (Cordless Telephony Profile),
  • DIP (Device ID Profile),
  • DUN (Dial-up Networking Profile),
  • FAX (Fax Profile),
  • FTP (File Transfer Profile),
  • GAVDP (Generic Audio/Video Distribution Profile),
  • GAP (Generic Access Profile),
  • GATT (Generic Attribute Profile),
  • GOEP (Generic Object Exchange Profile),
  • HCRP (Hard Copy Cable Replacement Profile),
  • HDP (Health Device Profile),
  • HFP (Hands-Free Profile),
  • HID (Human Interface Device Profile),
  • HSP (Headset Profile),
  • ICP (Intercom Profile),
  • LAP (LAN Access Profile),
  • MESH (Mesh Profile),
  • MAP (Message Access Profile),
  • OBEX (OBject EXchange),
  • OPP (Object Push Profile),
  • PAN (Personal Area Networking Profile),
  • PBAP, PBA (Phone Book Access Profile),
  • PXP (Proximity Profile),
  • SPP (Serial Port Profile),
  • SDAP (Service Discovery Application Profile),
  • SAP, SIM, rSAP (SIM Access Profile),
  • SYNCH (Synchronization Profile),
  • SyncML (Synchronisation Mark-up Language Profile),
  • VDP (Video Distribution Profile),
  • WAPB (Wireless Application Protocol Bearer).

Bluetooth Smart

Początkowo nazywane Bluetooth ULP (Ultra Low Enegry), następnie Bluetooth Low Energy (w skrócie BLE) to standard powstały w 2006 jako Wibree Nokii. Obecnie wykorzystuje się nazwy Bluetooth Smart Ready dla urządzeń hostujących i Bluetooth Smart dla pozostałych.

W 2010 roku zostało zaadoptowane do współpracy z Bluetooth i dodane jako standard łączności z urządzeniami o bardzo niskim zużyciu energii.

Chipy wspierające BLE mogą występować w dwóch wersjach:

  • pojedyncze - wspierają tylko Bluetooth w wersji Smart,
  • podwójne - w tym samym momencie może dojść do zarówno do połączenia w trybie zwykłym, jak i LE.

Minimalne wymagania systemowe tego trybu to:

  • Android 4.3 Jelly Bean,
  • iOS 5,
  • Windows Phone 8,
  • BlackBerry OS 10,
  • Windows 8,
  • OS X 10.10 Yosemite,
  • Linux z kernelem 3.4,
  • Unison OS 5.2.

Profile

Tryb ten posiada bardziej precyzyjne profile niż standardowe Bluetooth, m.in.:

  • zdrowotne:
    • BLP (Blood Pressure Profile),
    • HTP (Health Thermometer Profile),
    • GLP (Glucose Profile) / CGMP (Continuous Glucose Monitor Profile),
  • sport i fitness:
    • BCS (Body Composition Service),
    • CSCP(Cycling Speed and Cadence Profile),
    • CPP (Cycling Power Profile),
    • HRP (Heart Rate Profile),
    • LNP (Location and Navigation Profile),
    • RSCP (Running Speed and Cadence Profile),
    • WSP (Weight Scale Profile),
  • internetowe:
    • IPSP (Internet Protocol Support Profile),
  • ogólne:
    • ESP (Environmental Sensing Profile),
    • UDS (User Data Service),
  • HID:
    • HOGP (HID over GATT Profile).

Specyfikacja i wersje

Każda nowa wersja Bluetooth jest wstecznie kompatybilna z urządzeniami wykorzystującymi do łączności starszą.

Specyfikacje organizacji Bluetooth Core Specification Working Group pojawiają się w 4 wersjach:

  • Bluetooth Core Specification - wydawana jest co kilka lat,
  • Core Specification Addendum (CSA) - wydawana nawet kilka razy do roku,
  • Core Specification Supplements (CSS) - wydawana bardzo często,
  • Errata - natychmiastowa jeśli zarejestrujemy się na stronie SIG.

1.0 i 1.0b

Początkowo wersja sprawiała spore problemy producentom urządzeń. Wprowadziły one adres sprzętowy urządzeń (BD_ADDR), który komplikował łączenie urządzeń.

1.1

Ustandaryzowana przez IEEE jako 802.15.1-2002 wersja poprawiała problemy przyniesione przez wersję 1.0b. Dodała możliwość wykorzystania kanałów nieszyfrowanych oraz pomiar RSSI (Received Signal Strength Indicator).

1.2

Wprowadziła FHSS, czyli metodę rozpraszania widma w systemach szerokopasmowych, co pozwoliło na zmniejszenie interferencji z innymi sieciami, szybsze wykrywanie innych urządzeni i łączenie z nimi oraz eSCO (Extended Synchronous Connections) poprawiające jakość dźwięku podczas transmisji głosowych. Doszło także do zwiększenia prędkości transmisji danych (do 721 kb/s). Wprowadzono wraz z nią protokóły HCI (Host Controller Interface) oraz L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol). Zatwierdzone jako standard IEEE 802.15.1-2005.

2.0 + EDR

Samo Bluetooth 2.0 wprowadziło niewiele pomniejszuch poprawek. Jednak główną zmianą w stosunku do wersji 1.x było wprowadzenie EDR (Enhanced Data Rate) pozwalającej na jeszcze szybszy transfer danych (teoretycznie do 3 Mb/s, w praktyce do 2,1 Mb/s). EDR pozwala także na zmniejszenie zużycia energii w stosunku do Bluetooth 1.x i 2.x.

+ EDR oznacza, że mogą istnieć urządzenia Bluetooth 2.0, nie wspierające EDR.

2.1 + EDR

Wersja 2.1 została wprowadzona głównie, aby zwiększyć bezpieczeństwo podczas korzystania z Bluetooth. Głównymi nowościami były SSP (Secure Simple Pairing), które zwiększało siłę zabezpieczeń oraz EIR (Extended Inquiry Response), które zwiększyło ilość dostarczanych informacji o wykrytych urządzeniach.

3.0 + HS

Wersja 3.0 wprowadzała znaczny wzrost prędkości przesyłania danych (do 22 Mb/s). Było to możliwe dzięki wykorzystaniu AMP (Alternative MAC/PHY), czyli dodatkowej sieci 802.11 (WiFI), która służyła jedynie do przesyłania danych.

Oprócz tego wersja ta przyniosła:

  • lepszy tryb L2CAP,
  • UCD (Unicast Connectionless Data) - tryb pomijający wykorzystanie L2CAP jeśli sygnał jest o niskim czasie oczekiwania na odpowiedź, a ilość przesyłany i/lub odbieranych danych jest niewielka,
  • lepszą kontrolę nad zużyciem energii.

Podobnie jak w wersji 2.0, urządzenia wspierające Bluetooth 3.0 nie muszą wspierać trybu HS.

4.0 + LE

Bluetooth 4.0 wprowadziło wsparcie dla Bluetooth Smart oraz profili GATT i menedżera bezpieczeństwa pozwalającego na szyfrowanie połączenia kluczem AES.

Także w tej wersji tryb LE jest opcjonalny.

Pierwszym urządzeniem wspierającym Bluetooth 4.0 był Apple iPhone 4s.

4.1

Wersja 4.1 wprowadzała poprawę użyteczności dla użytkownika. Pozwala także na korzystanie z Bluetooth i LTE w tym samym momencie. Oprócz tego pojawiły się:

  • sygnalizacja koegzystencji połączeń,
  • skanowanie z przeplotem,
  • kierunkowe ogłaszanie dostępności [urządzenia do połączenia],
  • dedykowane kanały L2CAP i możliwość ich kontrolowania,
  • tryb Dual Mode i jego topologię,
  • topologie trybu LE Link Layer,
  • 802.11n PAL,
  • Wide Band Speech - ulepszenia czystości mowy,
  • odstępy między pakietami danych,
  • limitowany czas "odkrycia" urządzenia.

4.2

Wersja 4.2 dodaje bezpieczny tryb połączenie LE oraz dłuższe pakiety danych w tym trybie. Oprócz tego zwiększono prywatność podczas korzystania z trybu Link Layer, wsparcie dla IPSP w wersji 6 (Internet Protocol Support Profile), które jest podstawą dla działania inteligentnego domu wykorzystującego Bluetooth.

Wersja ta jest skierowana głównie dla rozwoju możliwości IoT (Internet of Things).

Modele ze starszymi wersjami Bluetooth mogą otrzymać część z tych dodatków jako aktualizację oprogramowania.

5

Wersja 5 (już nie 5.0, czy 5.0 LE) przynosi dalszy rozwój skierowany na IoT. Połączone to zostało ze zwiększeniem prędkości przesyłu danych w trybie LE oraz zwiększeniem jego bezpieczeństwa.

Głównymi zmianami przynoszonymi przez wersję 5.0 są:

  • SAM (Slot Availability Mask),
  • wzrost prędkości przsyłu danych w trybie LE do 2 Mb/s,
  • wzrost zasięgu w trybie LE,
  • kierunkowe ogłaszanie dostępności [urządzenia do połączenia] w trybie LE,
  • nowy algorytm wyboru kanałów połączenia w trybie LE,
  • CSA5 - wzrost mocy na wyjściu.

Pierwszym urządzeniem wspierającym Bluetooth w tej wersji był Samsung Galaxy S8.

Porównania

vs. WiFi

Zasada działania obu sieci jest podobna, w teorii wykorzystanie też (np. łączność, drukowanie, przesyłanie plików).

Różnica polega na tym, że Wi-Fi jest zastępstwem dla sieci kablowych o dużych prędkościach przesyłu, pozwalających na stworzenie sie LAN oraz WLAN (Wireless Local Area Network), gdzie Bluetooth powstało jako łączność ze sprzętem przenośnym pod postacią sieci WPAN (Wireless Personal Area Network). Rozróżnia je też budowa sieci - sieć Wi-Fi jest asymetrycznym połączeniem klient-serwer przez który to przechodzi cały ruch, a sieć Bluetooth to sieć symetryczna klient-klient.

vs. ANT+

Bluetooth Smart i ANT+ to bardzo podobne technologie służące do kontaktu z urządzeniami przy bardzo niskim użyciu energii.

Niestety urządzenia BLE współpracują jedynie z urządzeniami Bluetooth. Tak samo z tymi wykorzystującymi ANT+ jako technologię łączności.