Bluetooth to standard telekomunikacyjny do dwukierunkowej wymiany danych na krótkie odległości z wykorzystaniem fal radiowych UHF w paśmie częstotliwości 2,4 GHz . Jego celem jest uproszczenie połączeń między pobliskimi urządzeniami elektronicznymi poprzez usunięcie połączeń przewodów. Można go zastąpić na przykład kabli między komputerami , tabletki , głośniki, telefony komórkowe między sobą lub z drukarek , skanerów , klawiatur , myszy , gry wideo kontrolerów, telefony komórkowe , osobiści asystenci , hands-free systemówdla mikrofonów lub słuchawek., Samochód radia , aparaty cyfrowe, czytniki kodów kreskowych i interaktywne kioski reklamowe.
Nazwa „ Bluetooth ” jest bezpośrednio inspirowana zanglicyzowanym przezwiskiem duńskiego króla Wikingów Haralda z niebieskim zębem (po duńsku Harald Blåtand , po angielsku Harald Bluetooth ), znanym z tego, że udało mu się zjednoczyć duńskie plemiona w jednym królestwie, wprowadzając jednocześnie chrześcijaństwo. Nazwę tę zaproponował w 1996 roku Jim Kardach z firmy Intel , inżynier pracujący wówczas nad systemem, który umożliwiłby komunikację telefonów komórkowych z komputerami. Kiedy Kardach złożył tę propozycję, odpowiednik Ericssona powiedział mu o tym władcy po przeczytaniu powieści historycznej Orm the Red autorstwa Fransa Gunnara Bengtssona , która rozgrywa się podczas jego rządów. Wynika z tego, że tak jak król Harald zjednoczył swój kraj i połączył Danię i Norwegię , tak Bluetooth łączy ze sobą telekomunikację i komputery oraz „jednoczy” urządzenia.
Logo Bluetooth jest również inspirowane inicjałami w alfabecie runicznym ( ostatni Futhark ) Haralda Blåtanda ( Hagall ) (ᚼ) i ( Bjarkan ) (ᛒ).
Bluetooth SIG zapisuje i wydaje specyfikacji standardu, która rozwinęła się od 1999 roku, z wersji 1.0, 1.1, 1.2, 2.0 EDR ( EDR ), 2,1 EDR, 3,0 + HS, 4,0, 4,1, a następnie 4.2grudzień 2014 i v5.
Opublikowane wersje standardów Bluetooth są następujące:
Wersja | Przestarzały | Główne ulepszenia |
---|---|---|
1,0 | maj 1999 | kreacja |
1.0b | grudzień 1999 | Interoperacyjność między markami |
1,1 | 2002 | Niektóre poprawki błędów
Możliwość korzystania z nieszyfrowanych kanałów Dodanie sygnału do pomiaru mocy odbioru |
1.2 | 2003 | Zwiększona praktyczna przepustowość do 721 kb/s i zwiększona odporność na zakłócenia |
2,0 | 2004 | Doskonały praktyczny przepływ
Kompatybilność wsteczna Zmniejszenie zużycia urządzeń peryferyjnych i optymalizacja transferów |
2.0 + EDR | 2004 | Teoretyczna maksymalna prędkość zwiększona do 3 Mbit/s (przydatne 2,1 Mbit/s) w trybie EDR ( Enhanced Data Rate ) |
2,1 + EDR | 2007 | Łatwiejsze i szybsze parowanie.
Wzmocnione bezpieczeństwo Dodanie trybu połączenia przez „NFC” ( Near Field Communication ), co ułatwia parowanie na bardzo krótkich dystansach. |
3 | 2009 | Teoretycznie wyższa prędkość wzrosła do 24 Mbit/s w trybie szybkim „HS” (Bluetooth v3.0 + Wi-Fi ) opcjonalnie, a następnie zrezygnowano. |
4 + TE | 2010 |
Klasyczny Bluetooth: mała zmiana
Stereofoniczna reprodukcja muzyki o jakości porównywalnej z płytą CD. Bluetooth LE (tworzenie) : redukcja zużycia urządzeń peryferyjnych ( Low Energy ) |
4.1 | 2013 |
Klasyczny Bluetooth: niewielkie lub żadne zmiany
Bluetooth LE: połączenie kilku urządzeń na jednym masterze dostęp do wyjścia smartfonów LTE . |
4.2 | 2014 |
Klasyczny Bluetooth: niewielkie lub żadne zmiany
Bluetooth LE: zmniejszone zużycie bezpiecznych protokołów IP dla podłączonych obiektów . Zwiększono użyteczny rozmiar pakietu ( PDU ) z 31 do 256 bajtów, co znacznie skraca czas pobierania. |
5 | grudzień 2016 |
Klasyczny Bluetooth: redukcja zakłóceń z innymi urządzeniami (maska dostępności gniazda) Bluetooth LE: Wyższa prędkość teoretyczna (2 Mbit/s PHY), praktyczna: 1,4 Mbit/s, zasięg od 40 m do 350 m oraz do 500 m przy niektórych modułach. |
5.1 | Styczeń 2019 |
Klasyczny Bluetooth: niewielkie lub żadne zmiany
Bluetooth LE: Możliwość określenia przez urządzenie kierunku sygnału Bluetooth (lokalizacja) |
5.2 | Grudzień 2019 |
Klasyczny Bluetooth: niewielkie lub żadne zmiany Bluetooth LE: Tworzenie profilu audio (wcześniej zarezerwowanego dla klasycznego Bluetooth) przy użyciu kodeka LC3 |
Podstawowe elementy produktu Bluetooth są zdefiniowane w dwóch pierwszych warstwach protokołu:
Warstwy te zajmują się zadaniami sprzętowymi, takimi jak kontrola przeskoków częstotliwości i synchronizacja zegara.
Warstwa radiowa (najniższa warstwa) jest zarządzana na poziomie sprzętowym . To ona zajmuje się transmisją i odbiorem fal radiowych. Określa cechy takie jak pasmo częstotliwości i układ kanałów, charakterystyka nadajnika, modulacji, odbiornika itp.
System Bluetooth działa w pasmach częstotliwości 2,4 GHz ISM ( przemysłowych, naukowych i medycznych ) , które nie wymagają licencji do działania ze względu na niską moc transmisji i niskie ryzyko zakłóceń. To pasmo częstotliwości mieści się w zakresie od 2400 do 2483,5 MHz . Nadawczo-odbiorcze do przeskoku częstotliwości są wykorzystywane do tłumienia zakłóceń granicznej i.
W przypadku klasycznego Bluetooth (z wyjątkiem wersji BLE) zdefiniowane są dwie modulacje: jedna obowiązkowa przy użyciu modulacji częstotliwości binarnej ( FSK ) w celu zminimalizowania złożoności nadajnika; opcjonalna modulacja (tryb EDR) wykorzystuje modulację fazową ( cztero- i ośmiosymboliczny PSK ). Szybkość modulacji wynosi 1 Mbaud dla wszystkich modulacji. Transmisja dupleksowa wykorzystuje podział czasu.
Do 79 kanałów RF konwencjonalnych Bluetooth ( 40 w trybie BLE ) są ponumerowane od 0 do 78 , a oddzielony od 1 MHz, począwszy od 2402 MHz . Informacje są kodowane przez przeskoki częstotliwości, a okres wynosi 625 µs , co pozwala na 1600 przeskoków na sekundę.
W klasycznym Bluetooth na rynku dostępne są trzy klasy modułów radiowych Bluetooth:
Klasa | Moc | Zasięg ( m ) |
---|---|---|
1 | 100 mW (20 dBm) | 100 |
2 | 2,5 mW (4 dBm) | 10 do 20 |
3 | 1 mW (0 dBm) | kilka metrów |
Większość producentów elektroniki używa modułów klasy 2.
W trybie Bluetooth Low Energy (BLE) moc nadawania może wahać się od 0,01 mW (-20 dBm) do 10 mW (10 dBm). Zastosowana modulacja jest typu GFSK ( Gaussian FSK ).
Zarządzanie pasmem podstawowym odbywa się na poziomie sprzętowym. Jest na poziomie pasma że adresy sprzętowe urządzeń peryferyjnych są zdefiniowane (odpowiednik adresu MAC z karty sieciowej ). Adres ten nosi nazwę BD_ADDR ( Adres urządzenia Bluetooth ) i jest zakodowany na 48 bitach .
Adresami tymi zarządza IEEE Registration Authority .
Jest to również pasmo podstawowe, które zarządza różnymi rodzajami komunikacji między urządzeniami. Połączenia nawiązywane między dwoma urządzeniami Bluetooth mogą być synchroniczne lub asynchroniczne, połączenia te nazywane są „Łączami Logicznymi” ( Łącze Logiczne ).
Pasmo podstawowe może zatem zarządzać dwoma głównymi typami łączy logicznych:
Dane przesyłane przez te łącza logiczne mają postać pakietów. Istnieją różne rodzaje pakietów, które mogą być wykorzystywane przez oba łącza logiczne lub tylko przez jeden rodzaj łącza.
Każdy pakiet jest w zasadzie taki sam.
Istnieją trzy zasadnicze części:
Piconet jest mini-sieć, która jest tworzona automatycznie i natychmiast, gdy kilka urządzeń Bluetooth w tym samym promieniu. Sieć piko jest zorganizowana zgodnie z topologią gwiazdy: jest „master” i kilka „slave”.
Urządzenie „master” może zarządzać maksymalnie:
Komunikacja jest bezpośrednia między „masterem” a „slave”. „Niewolnicy” nie mogą się ze sobą komunikować.
Wszystkie „slave” sieci pico są zsynchronizowane z zegarem „master”. To „master” określa częstotliwość przeskoków dla całej sieci piko.
Sieć wewnętrzna BluetoothUrządzenia peryferyjne „podrzędne” mogą mieć kilka „nadrzędnych”: różne pikonety mogą być zatem ze sobą połączone.
Sieć utworzona w ten sposób nazywa się scatternet (dosłownie „rozproszona sieć”).
Koduje i dekoduje pakiety bluetooth zgodnie z ładunkiem i parametrami związanymi z kanałem fizycznym, transportem logicznym i łączami logicznymi.
Tworzy, zarządza i niszczy kanały L2CAP do transportu protokołów usług i przepływów danych aplikacji. Wykorzystuje protokół L2CAP do interakcji z jego odpowiednikiem na zdalnych urządzeniach.
Ta warstwa zarządza łączami między urządzeniami „master” i „slave”, a także typami łączy (synchroniczne lub asynchroniczne).
To właśnie menedżer linków implementuje mechanizmy bezpieczeństwa, takie jak:
Ta warstwa zapewnia jednolity sposób dostępu do warstw materiału. Jego rola separacji umożliwia niezależny rozwój sprzętu i oprogramowania.
Obsługiwane protokoły transportowe to Universal Serial Bus (USB); Karta PC ; RS-232 ; UART .
HCI umożliwia transfer danych z maksymalną szybkością, 720 kbit/s dla standardu 1.2 i trzykrotnie wyższą szybkością dla standardu 2.0 + EDR.
Warstwa protokołu L2CAP ( Logical Link Control & Adaptation Protocol ) zapewnia usługi multipleksowania protokołów wyższego poziomu oraz segmentacji i ponownego składania pakietów, a także transportu informacji o jakości usług. Protokoły wysokiego poziomu mogą więc przesyłać i odbierać pakiety do 64 KB, co pozwala na kontrolę przepływu przez kanał komunikacyjny.
Warstwa L2CAP wykorzystuje kanały logiczne.
RFCOMM: oznacza „ Komunikację radiową (en) ”. Usługa ta oparta jest na specyfikacji RS-232 , która emuluje łącza szeregowe. Może być używany w szczególności do przekazywania komunikacji IP przez Bluetooth. RFCOMM jest używany, gdy szybkość transmisji danych nie przekracza 360 kbit/s (np. telefony komórkowe).
SDPSDP: oznacza „ Protokół wykrywania usług (en) ”. Protokół ten umożliwia urządzeniu Bluetooth wyszukiwanie innych urządzeń i identyfikowanie dostępnych usług. To szczególnie złożona część Bluetooth.
OBEXOBEX : oznacza „ Wymianę obiektów ”. Usługa ta umożliwia przesyłanie obiektów przy użyciu protokołu wymiany opracowanego dla IrDA .
Profil odpowiada specyfikacji funkcjonalnej do konkretnego zastosowania. Profile mogą również odpowiadać różnym typom urządzeń.
Celem profili jest zapewnienie współdziałania między wszystkimi urządzeniami Bluetooth.
Określają:
Różne profile to:
Ogólny profil dostępu (GAP) to podstawowy profil dziedziczony przez wszystkie inne profile. Definiuje ogólne procedury wyszukiwania urządzeń, połączenia i bezpieczeństwa.
W celu uzyskania certyfikatu Bluetooth wymagane są testy kwalifikacyjne. Testy kwalifikacyjne są dwojakiego rodzaju:
Kwalifikacja RF: celem testów jest wykazanie, że wykorzystywana platforma sprzętowa jest zgodna z wydajnością radiową standardu Bluetooth. Istnieje lista testów RF do wykonania, zarówno w transmisji, jak i w odbiorze. Te testy to:
Kwalifikacja oprogramowania: jeśli producent sam wyprodukował oprogramowanie swojego nowego projektu, z górnymi warstwami HCI, RFCOMM, L2CAP, SDP lub innymi profilami Bluetooth, muszą one zostać zakwalifikowane. Certyfikacja oprogramowania odbywa się profil po profilu. Każda warstwa oprogramowania musi być zgodna ze standardem Bluetooth, aby była przestrzegana.
Te dwie kategorie testów kwalifikacyjnych przeprowadzonych i zaakceptowanych, certyfikacja Bluetooth jest następnie akceptowana. Wytworzony w ten sposób produkt jest zgodny z wersją standardu Bluetooth, dla którego jest certyfikowany, kompatybilny z produktami zgodnymi z tą samą wersją standardu Bluetooth. Producent otrzymuje wówczas certyfikat zgodności.
W wersjach wprowadzonych na rynek w 2015 roku (4.0 i 4.1), szeroko stosowanych, głównie w urządzeniach mobilnych, takich jak telefony komórkowe, łącze Bluetooth ma następujące cechy:
W rezultacie jest obecny na urządzeniach, które często działają na zasilaniu bateryjnym, chcąc wymienić niewielką ilość danych na niewielką odległość:
Kompatybilność między markami jest całkiem dobra, ale nie idealna: niektóre urządzenia nie łączą się z innymi.
Bezprzewodowe kontrolery konsol Nintendo Wii (kontroler o nazwie Wiimote ) i Switch (kontrolery o nazwie Joy-Con ), a także konsole Sony PlayStation 3 (DualShock 3), PlayStation 4 (DualShock 4) korzystają z protokołu Bluetooth. Kontrolery Xbox 360, a także kontrolery Xbox One korzystają z zastrzeżonego połączenia bezprzewodowego. Nowa wersja kontrolera Xbox, który można rozpoznać po jego gnieździe, dostarczany w szczególności z Xbox One slim, zawiera moduł Bluetooth.
W celu wymiany danych urządzenia muszą być sparowane. Parowanie odbywa się poprzez uruchomienie wykrywania z urządzenia i wymianę kodu. W niektórych przypadkach kod jest bezpłatny, a oba urządzenia wymagają tylko wprowadzenia tego samego kodu. W innych przypadkach kod jest ustalany przez jedno z dwóch urządzeń (na przykład urządzenie bez klawiatury), a drugie musi go znać, aby się z nim połączyć. Kody są wtedy zapamiętywane i wystarczy, że jedno urządzenie zażąda połączenia, a drugie zaakceptuje je w celu wymiany danych.
Aby ograniczyć ryzyko włamania, urządzenia korzystające z zaprogramowanego kodu (często 0000 lub 1234) muszą być aktywowane ręcznie, a parowanie można przeprowadzić tylko przez krótki czas.
Udostępnianie urządzeniaW przypadku kolejnych udostępnień (na przykład bezprzewodowego zestawu słuchawkowego audio podłączonego do komputera, którego następnie chcesz używać z telefonem), pierwsze urządzenie będzie musiało przerwać połączenie z urządzeniem Bluetooth, zachowując informację o tym przez jakiś czas. późniejsze połączenie. Następnie musimy tylko podłączyć to urządzenie peryferyjne do drugiego urządzenia, dzięki czemu odkryje w procesie, czy nie jest jeszcze zarejestrowane na tym.
Robi się znacznie komplikuje, jeśli masz oba dwa lub więcej urządzeń nadawczych (np: telefon, tablet, komputer, etc.) oraz dwa lub więcej urządzeń (głośniki, słuchawki Bluetooth, zdalne sterowane urządzenie pokój dzienny, itp) odbieranie, ponieważ teoretycznie nowe parowanie zostanie odrzucone, jeśli którekolwiek z dwóch urządzeń zostało wcześniej sparowane w innym miejscu, nawet jeśli połączenie (ale nie parowanie!) zostało zakończone, a oryginalnie sparowany nadajnik jest wyłączony. To musi się skończyć.
Urządzenie nie ma dwóch możliwych stanów, ale cztery: wyłączone, włączone, sparowane, połączone (aw dwóch ostatnich przypadkach z innym urządzeniem).
Bluetooth korzysta z jednego z zakresów częstotliwości, z których korzysta również Wi-Fi (2,4 GHz ), co oznacza, że jedna sieć może zakłócać działanie drugiej lub ograniczać jej prędkość. Bluetooth zużywa mniej energii niż łączność bezprzewodowa, ale w dobrych warunkach ma mniejszy maksymalny zasięg wynoszący 10 metrów , przy zmniejszonej funkcjonalności i mniejszej liczbie urządzeń, które można podłączyć jednocześnie.
W przeciwieństwie do Bluetooth, Wi-Fi zazwyczaj wymaga użycia punktu dostępu , ale niektórzy producenci umożliwiają bezpośrednie połączenie między urządzeniami za pomocą Wi-Fi Direct , podobnie jak Bluetooth o bardzo dużej przepustowości.
ARCEP , dawniej ART, Urząd Regulacji Telekomunikacji, określa warunki korzystania ze sprzętu radiowego w paśmie 2,4 GHz :