Bluetooth je telekomunikační standardpro obousměrnou výměnu dat na krátkou vzdálenost pomocí rádiových vln UHF ve frekvenčním pásmu 2,4 GHz . Jeho účelem je zjednodušit spojení mezi blízkými elektronickými zařízeními odstraněním drátových spojů. Může nahradit například kabely mezi počítači , tablety , reproduktory, mobilními telefony mezi nimi nebo tiskárnami , skenery , klávesnicemi , myšmi , ovladači videoher , mobilními telefony , osobními asistenty , systémy handsfree pro mikrofony nebo sluchátka., Auto rádia , digitální fotoaparáty, čtečky čárových kódů a interaktivní reklamní kiosky.
Název „ Bluetooth “ je přímo inspirován poangličtěnou přezdívkou dánského vikingského krále Haralda s modrým zubem (v dánštině Harald Blåtand , anglicky Harald Bluetooth ), známého tím, že se mu podařilo sjednotit dánské kmeny v rámci jediného království. zároveň křesťanství. Tento název navrhl v roce 1996 Jim Kardach ze společnosti Intel , inženýr, který pracoval na vývoji systému, který by umožňoval mobilním telefonům komunikovat s počítači. V té době Kardach vyrobené tento návrhu Ericsson protějšek mu řekl o tomto panovníkovi po přečtení historický román ORM Červené od Frans Gunnar Bengtsson , který se koná za jeho vlády. Z toho vyplývá, že stejně jako král Harald sjednotil svou zemi a spojil Dánsko a Norsko , Bluetooth spojuje telekomunikace a počítače a „sjednocuje“ zařízení navzájem.
Logo Bluetooth je také inspirováno iniciálami v runové abecedě ( nedávný Futhark ) Haralda Blåtanda ( Hagall ) (ᚼ) a ( Bjarkan ) (ᛒ).
Bluetooth SIG píše a publikuje specifikace standardu, který se vyvíjel od roku 1999, od verze 1.0, 1.1, 1.2, 2.0 + EDR ( Enhanced Data Rate ), 2.1 + EDR, 3.0 + HS, 4.0, 4.1 a pak 4.2 vprosince 2014 a v5.
Publikované verze standardů Bluetooth jsou následující:
Verze | Datováno | Hlavní vylepšení |
---|---|---|
1.0 | Květen 1999 | Tvorba |
1,0b | Prosince 1999 | Interoperabilita mezi značkami |
1.1 | 2002 | Některé opravy chyb
Možné použití nezašifrovaných kanálů Přidání signálu k měření příjmu |
1.2 | 2003 | Vylepšená praktická propustnost se zvýšila na 721 kbit / s a zlepšila se odolnost proti rušení |
2.0 | 2004 | Vynikající praktický tok
Zpětná kompatibilita Snížení periferní spotřeby a optimalizace převodů |
2,0 + EDR | 2004 | Teoretická maximální rychlost zvýšena na 3 Mbit / s (užitečné 2,1 Mbit / s) s režimem EDR ( Enhanced Data Rate ) |
2,1 + EDR | 2007 | Snadnější a rychlejší párování.
Posílené zabezpečení Přidání režimu připojení pomocí „NFC“ ( Near Field Communication ), což usnadňuje párování na velmi krátkou vzdálenost. |
3 | 2009 | Teoretická vyšší rychlost se ve vysokorychlostním režimu „HS“ (Bluetooth v3.0 + Wi-Fi ) zvýšila na 24 Mbit / s a následně byla opuštěna. |
4 + THE | 2010 |
Klasické Bluetooth: malá změna
Stereofonní hudební reprodukce srovnatelné kvality s CD. Bluetooth LE (tvorba) : snížení spotřeby periferií ( nízká energie ) |
4.1 | 2013 |
Klasické Bluetooth: malá nebo žádná změna
Bluetooth LE: připojení několika zařízení na jeden hlavní přístup pro výstup smartphonů LTE . |
4.2 | 2014 |
Klasické Bluetooth: malá nebo žádná změna
Bluetooth LE: snížená spotřeba zabezpečených protokolů IP pro připojené objekty . Zvýšená užitečná velikost paketu ( PDU ) z 31 na 256 bajtů, což výrazně zkracuje dobu stahování. |
5 | Prosinec 2016 |
Klasické Bluetooth: Snížení interference s jinými zařízeními (Maska dostupnosti slotu) Bluetooth LE: Vyšší teoretická rychlost (2 Mbit / s PHY), praktická: 1,4 Mbit / s, dosah od 40 m do 350 ma u některých modulů až 500 metrů. |
5.1 | Ledna 2019 |
Klasické Bluetooth: malá nebo žádná změna
Bluetooth LE: Možnost zařízení určit směr signálu Bluetooth (umístění) |
5.2 | Prosince 2019 |
Klasické Bluetooth: malá nebo žádná změna Bluetooth LE: Vytvoření zvukového profilu (dříve vyhrazeného pro klasický Bluetooth) pomocí kodeku LC3 |
Základní prvky produktu Bluetooth jsou definovány v prvních dvou vrstvách protokolu:
Tyto vrstvy se starají o hardwarové úlohy, jako je ovládání přeskakování frekvencí a synchronizace hodin.
Rádiová vrstva (nejnižší vrstva) je spravována na hardwarové úrovni . Je to ona, kdo se stará o přenos a příjem rádiových vln. Definuje charakteristiky jako uspořádání kmitočtového pásma a kanálu, charakteristiky vysílače, modulace, přijímače atd.
Systém Bluetooth pracuje ve frekvenčních pásmech 2,4 GHz ISM ( průmyslová, vědecká a lékařská ), která nevyžadují licenci kvůli nízkému vysílacímu výkonu a nízkému riziku rušení. Toto frekvenční pásmo je mezi 2400 a 2483,5 MHz . Vysílač pro Frequency Hopping se používá k omezení rušení a útlumu.
U klasického Bluetooth (kromě verze BLE) jsou definovány dvě modulace: jedna je povinná pomocí binární frekvenční modulace ( FSK ), aby se minimalizovala složitost vysílače; volitelná modulace (režim EDR) využívá fázovou modulaci ( PSK se čtyřmi a osmi symboly). Rychlost modulace je 1 Mbaud pro všechny modulace. Duplexní přenos využívá časové dělení.
K 79 RF kanálů konvenční Bluetooth ( 40 v BLE režimu ) jsou číslovány 0 až 78 a jsou odděleny 1 MHz počínaje 2402 MHz . Informace jsou kódovány přeskakováním frekvencí a perioda je 625 µs , což umožňuje 1600 skoků za sekundu.
V klasickém Bluetooth jsou na trhu tři třídy rádiových modulů Bluetooth:
Třída | Napájení | Dosah ( m ) |
---|---|---|
1 | 100 mW (20 dBm) | 100 |
2 | 2,5 mW (4 dBm) | 10 až 20 |
3 | 1 mW (0 dBm) | pár metrů |
Většina výrobců elektroniky používá moduly třídy 2.
V režimu Bluetooth s nízkou spotřebou (BLE) se vysílací výkon může pohybovat od 0,01 mW (−20 dBm) do 10 mW (10 dBm). Použitá modulace je typu GFSK ( Gaussian FSK ).
Základní pásmo je spravováno na hardwarové úrovni. Je to na úrovni základního pásma, že hardwarové adresy periferií jsou definovány (ekvivalent k MAC adresu jednoho síťové karty ). Tato adresa se jmenuje BD_ADDR ( adresa zařízení Bluetooth ) a je kódována na 48 bitů .
Tyto adresy jsou spravovány registrační autoritou IEEE .
Je to také základní pásmo, které spravuje různé typy komunikace mezi zařízeními. Spojení mezi dvěma zařízeními Bluetooth mohou být synchronní nebo asynchronní, tato spojení se nazývají „Logické odkazy“ ( Logical Link ).
Základní pásmo proto může spravovat dva hlavní typy logických vazeb:
Data přenášená přes tyto logické odkazy jsou ve formě paketů. Existují různé typy paketů, které lze použít jak logickými odkazy, tak pouze jedním typem odkazu.
Každý paket je v zásadě stejný.
Existují tři základní části:
Piconet je mini-síť, která je vytvořena okamžitě a automaticky, když několik Bluetooth zařízení jsou ve stejném poloměru. Síť pico je organizována podle hvězdné topologie: existuje „pán“ a několik „otroků“.
Zařízení typu „master“ může spravovat až:
Komunikace je přímá mezi „pánem“ a „otrokem“. „Otroci“ nemohou mezi sebou komunikovat.
Všichni „slave“ sítě pico jsou synchronizováni s „master“ hodinami. Je to „pán“, kdo určuje frekvenci poskakování pro celou síť pico.
Bluetooth mezi sítěmi„Podřízené“ periferie mohou mít několik „pánů“: různé pikonety lze proto spojit dohromady.
Takto vytvořená síť se nazývá scatternet (doslova „rozptýlená síť“).
Kóduje a dekóduje pakety bluetooth podle užitečného zatížení a parametrů souvisejících s fyzickým kanálem, logickým přenosem a logickými odkazy.
Vytváří, spravuje a ničí kanály L2CAP pro přenos servisních protokolů a toků dat aplikací. Využívá protokol L2CAP k interakci se svým protějškem na vzdálených zařízeních.
Tato vrstva spravuje propojení mezi zařízeními „master“ a „slave“ i typy propojení (synchronní nebo asynchronní).
Je to správce odkazů, který implementuje bezpečnostní mechanismy, jako jsou:
Tato vrstva poskytuje jednotnou metodu pro přístup k vrstvám materiálu. Jeho role oddělení umožňuje nezávislý vývoj hardwaru a softwaru.
Podporované transportní protokoly jsou Universal Serial Bus (USB); PC karta ; RS-232 ; UART .
HCI umožňuje přenos dat při maximální rychlosti, tj. 720 kbit / s pro standard 1,2, a třikrát vyšší rychlost pro standard 2,0 + EDR.
Vrstva L2CAP ( Logical Link Control & Adaptation Protocol ) poskytuje služby multiplexování protokolů na vyšší úrovni a segmentace a opětovného sestavování paketů, jakož i přenos informací o kvalitě služeb. Protokoly na vysoké úrovni tak mohou přenášet a přijímat pakety až do 64 kB, což umožňuje řízení toku komunikačním kanálem.
Vrstva L2CAP používá logické kanály.
RFCOMM: znamená „ vysokofrekvenční komunikace (en) “. Tato služba je založena na specifikacích RS-232 , které emulují sériové linky. Lze jej použít zejména k přenosu IP komunikace přes Bluetooth. RFCOMM se používá, když rychlost přenosu dat nedosahuje více než 360 kbit / s (např. Mobilní telefony).
SDPSDP: znamená „ Service Discovery Protocol (en) “. Tento protokol umožňuje zařízení Bluetooth vyhledávat další zařízení a identifikovat dostupné služby. Toto je obzvláště složitá součást Bluetooth.
OBEXOBEX : znamená „ OBject EXchange “. Tato služba umožňuje přenos objektů pomocí výměnného protokolu vyvinutého pro IrDA .
Profil odpovídá funkční specifikaci konkrétního použití. Profily mohou také odpovídat různým typům zařízení.
Účelem profilů je zajistit interoperabilitu mezi všemi zařízeními Bluetooth.
Definují:
Různé profily jsou:
Generický přístupový profil (GAP) je základní profil, který zdědí všechny ostatní profily. Definuje obecné postupy pro vyhledávání zařízení, připojení a zabezpečení.
K získání certifikace Bluetooth jsou vyžadovány kvalifikační testy. Kvalifikační testy jsou dvou typů:
RF kvalifikace: cílem testů je prokázat, že použitá hardwarová platforma respektuje rádiové výkony standardu Bluetooth. Existuje seznam RF testů, které je třeba provést, a to jak při přenosu, tak při příjmu. Jedná se o tyto testy:
Softwarová kvalifikace: pokud výrobce sám vyrobil software své nové konstrukce s horními vrstvami HCI, RFCOMM, L2CAP, SDP nebo jinými profily Bluetooth, musí být kvalifikován. Softwarová certifikace se provádí profil po profilu. Každá softwarová vrstva musí být v souladu se standardem Bluetooth, aby byla respektována.
Tyto dvě kategorie prováděných a přijímaných kvalifikačních zkoušek jsou poté přijímány s certifikací Bluetooth. Takto vyrobený produkt odpovídá verzi standardu Bluetooth, pro kterou je certifikován, kompatibilní s produkty, které splňují stejnou verzi standardu Bluetooth. Výrobce poté obdrží certifikát shody.
Ve verzích prodávaných v roce 2015 (4.0 a 4.1), široce používaných, zejména v mobilních zařízeních, jako jsou mobilní telefony, má spojení Bluetooth následující vlastnosti:
Výsledkem je přítomnost na zařízeních, která často běží na baterii a chtějí si vyměnit malé množství dat na krátkou vzdálenost:
Kompatibilita mezi značkami je docela dobrá, ale není dokonalá: některým zařízením se nedaří připojit k jiným.
Bezdrátové ovladače konzolí Nintendo Wii (řadič s názvem Wiimote ) a Switch (řadiče s názvem Joy-Con ), stejně jako konzole Sony PlayStation 3 (DualShock 3), PlayStation 4 (DualShock 4) používají protokol Bluetooth. Řadiče Xbox 360 a Xbox One používají vlastní bezdrátové připojení. Nová verze ovladače Xbox, rozpoznatelná podle jacku, dodávaná zejména s Xbox One slim, obsahuje modul Bluetooth.
Za účelem výměny dat musí být zařízení spárována. Párování se provádí spuštěním zjišťování ze zařízení a výměnou kódu. V některých případech je kód zdarma a obě zařízení musí zadat pouze stejný kód. V ostatních případech je kód nastaven jedním ze dvou zařízení (například zařízení bez klávesnice) a druhé jej musí znát, aby se k němu mohlo připojit. Kódy se poté uloží do paměti a pro výměnu dat stačí, aby si jedno zařízení vyžádalo připojení a druhé ho přijalo.
Aby se omezilo riziko vniknutí, zařízení, která používají předprogramovaný kód (často 0000 nebo 1234), musí být aktivována ručně a párování lze provést pouze na krátkou dobu.
Sdílení zařízeníV případě po sobě jdoucích sdílení (například bezdrátová zvuková náhlavní souprava připojená k počítači, kterou poté chcete použít s telefonem), musí první zařízení ukončit spojení se zařízením Bluetooth a uchovat informace o něm pro pozdější připojení . Poté musíme tuto periferii připojit k druhému zařízení, aby bylo možné v procesu zjistit, zda na tomto zařízení již není zaregistrováno.
Věci se výrazně komplikuje, pokud máte oba dva nebo více vysílacích zařízení (například telefonu, tabletu, počítače a podobně) a dvě nebo více přijímacích zařízení (reproduktory Bluetooth, sluchátka, dálkově ovládané obývací pokoj zařízení a podobně), protože nové párování bude teoreticky odmítnuto, pokud bylo některé ze dvou zařízení dříve spárováno jinde, i když připojení (ale nikoli párování!) bylo ukončeno a původně spárovaný vysílač je vypnutý. Musí to být ukončeno.
Zařízení nemá dva možné stavy, ale čtyři: vypnuto, zapnuto, spárováno, připojeno (a v posledních dvou případech k jinému zařízení).
Bluetooth používá jeden z frekvenčních rozsahů, které využívá také Wi-Fi (2,4 GHz ), což znamená, že jedna síť může druhou rušit nebo rušit nebo omezit její rychlost. Bluetooth spotřebovává méně energie než bezdrátově, ale za dobrých podmínek má nižší maximální dosah 10 metrů , se sníženou funkčností a menším počtem připojitelných zařízení současně.
Na rozdíl od Bluetooth Wi-Fi obecně vyžaduje použití přístupového bodu , ale někteří výrobci umožňují přímé připojení mezi zařízeními pomocí Wi-Fi Direct , podobně jako u Bluetooth s velmi vysokou šířkou pásma.
ARCEP , dříve ART, telekomunikační regulační orgán, specifikuje podmínky pro používání rádiových zařízení v pásmu 2,4 GHz :