Bluetooth
Bluetooth je v informatice otevřený standard pro bezdrátovou komunikaci propojující dvě a více elektronických zařízení, jako například mobilní telefon, PDA, osobní počítač nebo bezdrátová sluchátka. Vytvořen byl v roce 1994 firmou Ericsson jako bezdrátová náhrada za sériové drátové rozhraní RS-232.[1]
Původ názvu
[editovat | editovat zdroj]Název Bluetooth je odvozen z anglického jména dánského krále Haralda Modrozuba (bluetooth znamená v angličtině „modrozub“) vládnoucího v 10. století. Ten využil svých diplomatických schopností k tomu, aby válčící kmeny přistoupily k diskusi a ukončily vzájemné rozepře. Právě této analogie bylo využito pro název technologie Bluetooth, která podobně jako kdysi král Harald slouží k usnadnění vzájemné komunikace. Znak Bluetooth vznikl spojením runových znaků pro písmena H a B.
Specifikace
[editovat | editovat zdroj]| Class | Maximální povolený výkon | Dosah (přibližný) | |
|---|---|---|---|
| mW | dBm | ||
| Class 1 | 100 | 20 | ~100 metrů |
| Class 2 | 2,5 | 4 | ~10 metrů |
| Class 3 | 1 | 0 | ~1 metr |
| Verze | Rychlost přenosu dat | Maximální propustnost |
|---|---|---|
| Verze 1.2 | 1 Mbit/s | 0,7 Mbit/s |
| Verze 2.0 + EDR | 2,1 Mbit/s | 1,4 Mbit/s |
| Verze 3.0 + HS | 24 Mbit/s (přes Wi-Fi) | |
| Verze 4.0 | 1 Mbit/s (více přes Wi-Fi) | |
| Verze 5.0 | 2 Mbit/s (více přes Wi-Fi) |
Technologie Bluetooth je normalizována standardem IEEE 802.15.1. Spadá do kategorie osobních počítačových sítí, tzv. PAN (Personal Area Network). Vyskytuje se v několika verzích, v roce 2010 byla nejvíce využívaná verze 2.0, která byla implementována ve většině prodávaných zařízení, jako jsou např. mobilní telefony, notebooky, televize. Specifikace Bluetooth 2.0 EDR (Enhanced Data-Rate) zavedla novou modulační techniku pi/4-DQPSK, čímž se zvýšila datová propustnost na trojnásobnou hodnotu oproti Bluetooth 1.2 (2,1 Mbit/s). Výdrž baterie je výrazně vyšší, protože samotné navázání spojení i přenos probíhají v daleko kratší době než u starších verzí Bluetooth. Následovala verze 3. V roce (2011) bylo vyvinuto rozhraní Bluetooth 4.0 pro větší dosah (až 100 metrů), menší spotřebu elektrické energie a také s podporou šifrování AES-128. Následovaly verze 4.1, 4.2 od prosince 2014. Od 16.6. 2016 nastoupila verze Bluetooth 5.0 s přenosovou rychlostí až 2 Mbit/s. Umožňuje čtyři volby přenosové rychlosti mezi 2Mb/s až 125kbit/s, čím menší přenosová rychlost, tím větší dosah, který je oproti verzi 4.2 až čtyřnásobný (tedy ve volných prostranstvích až 200 metrů), podle Marka Powella, výkonného ředitele společnosti Bluetooth SIG. Bezdrátové vysílání (broadcasting) nebylo v případě Bluetooth 4.2 příliš oblíbené kvůli malé velikosti zpráv, omezené na 31 bajtů. Bluetooth 5 umožňuje vysílání zpráv až o velikosti 255 bajtů, díky čemuž nachází využití také například v majácích používaných pro reklamní trh či navigaci v nákupních centrech a podobných prostorách. Verze Bluetooth 5.0 je zpětně kompatibilní s předchozími verzemi 4.2, 4.1, 4, 3, 2.1., 2. Zařízení s Bluetooth 5.0 je energeticky méně náročné (tj. například mobil s verzí 5 vydrží při poslechu hudby déle bez připojení, než se baterie vybije.). Je bezpečnější a také odolnější proti rušení.
Rádiové rozhraní
[editovat | editovat zdroj]Bluetooth pracuje v bezlicenčním ISM pásmu 2,4 GHz (stejném jako u Wi-Fi). K přenosu využívá metody FHSS, kdy během jedné sekundy je provedeno 1600 skoků (přeladění) mezi 79 frekvencemi s rozestupem 1 MHz. Tento mechanismus má zvýšit odolnost spojení vůči rušení na stejné frekvenci. Je definováno několik výkonových úrovní (1 mW, 10 mW, 100 mW), s nimiž je umožněna komunikace do vzdálenosti 1–100 m. Udávané hodnoty ovšem platí jen ve volném prostoru. Pokud jsou mezi komunikujícími zařízeními překážky (typicky například zdi, tělo uživatele), dosah rychle klesá. Většinou ovšem nedochází ke skokové ztrátě spojení, ale postupně se zvyšuje počet chybně přenesených paketů.
Vyšší síťové vrstvy
[editovat | editovat zdroj]Přenosová rychlost se pohybuje okolo 720 kbit/s (90 KiB/s) a je možné vytvořit datový spoj symetrický, případně asymetrický, kdy přenosová rychlost při příjmu (downlink) je vyšší než při odesílání (uplink). Jednotlivá zařízení jsou identifikována pomocí své adresy BD_ADDR (BlueTooth Device Address) (někdy BDA) podobně, jako je MAC adresa u Ethernetu.
Bluetooth podporuje jak dvoubodovou, tak mnohabodovou komunikaci. Pokud je více stanic propojeno do ad-hoc sítě (tzv. piconet), působí jedna radiová stanice jako řídicí (master) a může simultánně obsloužit až 7 podřízených (slave) zařízení. Všechna zařízení v pikosíti se synchronizují s taktem řídicí stanice a se způsobem přeskakování mezi kmitočty. Specifikace dovoluje simultánně použít až 10 pikosítí na ploše o průměru 10 metrů a tyto pikosítě dále sdružovat do tzv. scatternets neboli „rozprostřených“ sítí.
Bluetooth a Wi-Fi
[editovat | editovat zdroj]Implementačně je u Wi-Fi s Bluetooth podobný tzv. ad-hoc způsob komunikace. Wi-Fi pracuje na linkové vrstvě síťového modelu ISO/OSI, nestará se o typ přenášeného protokolu. Naproti tomu Bluetooth řeší sám o sobě vyšší, až aplikační vrstvy síťového modelu. Z toho vyplývá, že pro každý typ připojitelného zařízení musí mít Bluetooth definován speciální protokol, pomocí kterého s ním bude komunikovat. Tento způsob komplikuje vývoj softwarové podpory Bluetooth (tj. ovladač zařízení), ale i kompatibilitu jednotlivých implementací, jež mohou obsahovat chyby, které způsobí nefunkčnost komunikace. Na druhou stranu však zjednodušují vývoj software, který dané zařízení používá a konfiguraci jednotlivých zařízení, která mají být propojena.
V roce 2023 představila firma Quallcom technologii XPAN (Expanded Personal Area Network), která by kvůli většímu dosahu a datové propustnosti měla Bluetooth nahradit pomocí Wi-Fi. Jako první by se měla technologie uplatnit u bezdrátových sluchátek, které přijdou na trh v roce 2025, a která budou nabízet možnost komunikace jak pomocí Bluetooth, tak XPAN/Wi-Fi.[2]
Bluetooth zařízení
[editovat | editovat zdroj]Bluetooth je integrováno v mnoha zařízeních, jako je mobilní telefony, iPod Touch, Nintendo Wii, PlayStation 3, Lego Mindstorms EV3 aj. Technologie je použita při přenosu informací mezi dvěma nebo více zařízeními, která jsou blízko sebe. Bluetooth je běžně používán v mobilních telefonech často spojené s náhlavní soupravou nebo v přenosu dat mezi telefonem a počítačem. Bluetooth protokoly usnadňují rozpoznání a nastavení služeb mezi jednotlivými zařízeními. Bluetooth zařízení mohou využít všech služeb, které poskytují.
Požadavky počítače
[editovat | editovat zdroj]
Osobní počítač, který nemá vestavěné Bluetooth, může použít adaptér Bluetooth, který umožní počítači komunikovat s ostatními zařízeními Bluetooth, například mobilními telefony, počítačovou myší, klávesnicí. Zatímco některé stolní počítače a nejnovější notebooky mají vestavěný přijímač Bluetooth, ostatní zařízení budou vyžadovat externí přijímač v podobě hardwarového zařízení. Na rozdíl od svého předchůdce IrDA, který vyžaduje pro komunikaci s každým zařízením jeden vyhrazený adaptér, Bluetooth umožňuje více zařízením zároveň komunikovat s počítačem přes jeden sdílený adaptér.
Podpora operačních systémů
[editovat | editovat zdroj]Apple podporuje Bluetooth od macOS v10.2, který byl uvolněn v roce 2002. Pro Windows XP je pro SP2 a novější podporován Bluetooth 1.1, 2.0 a 2.0 +EDR (předchozí verze vyžadovaly od uživatele instalaci ovladačů, které nebyly přímo podporovány společností Microsoft). Windows Vista s Feature Pack pro bezdrátové sítě nebo Windows Vista SP2 podporují Bluetooth 2.1 +EDR. Windows 7 podporují Bluetooth 2.1+EDR a rozšířenou kontrolu EIR. Zmíněné verze Windows nativně podporují tyto profily: PAN, SPP, DUN, HID, HCRP. Využít lze též implementace Bluetooth od třetích stran, které mohou podporovat novější verze Bluetooth nebo další profily. Pro Linux existují pro Bluetooth dvě implementace: BlueZ a Affix. BlueZ je součástí většiny linuxových jader a byl původně vyvinut společností Qualcomm. Affix byl vyvinut firmou Nokia. Systém FreeBSD nabízí podporu Bluetooth od verze 5.0. NetBSD podporuje Bluetooth od verze 4.0, implementace byla portována též na OpenBSD.
Požadavky mobilního telefonu
[editovat | editovat zdroj]Mobilní telefon je schopen spárovat se s mnoha zařízeními. Aby byla zajištěna co nejširší podpora funkcí spolu se staršími zařízeními, Open Mobile Terminal Platform (OMTP) fórum vydalo doporučený dokument s názvem „Bluetooth Local Connectivity“.
Specifikace a funkce
[editovat | editovat zdroj]Specifikace Bluetooth byla vyvinuta v roce 1994 Jaapem Haartsenem a Svenem Mattissonem, kteří pracovali pro Ericsson ve švédském Lundu. Specifikace je založena na přeskakování několika frekvencí FHSS. Specifikace byly formalizovány Bluetooth Special Interest Group (SIG). SIG byl oficiálně představen 20. května 1998. Dnes má členství více než 13.000 společností po celém světě. Založeno bylo společnostmi Ericsson, IBM, Intel, Toshiba a Nokia a později se přidalo mnoho dalších společností.
Bluetooth 1.0 a 1.b
[editovat | editovat zdroj]Verze 1.0 a 1.0b měla mnoho problémů a výrobci měli potíže, aby jejich výrobky byly interoperabilní. Verze 1.0 a 1.0b obsahovala také povinné hardwarové adresy Bluetooth zařízení (BD_ADDR) v připojeném procesu (interpretace anonymity není možná na úrovni protokolu), který byl hlavní překážkou pro některé služby, plánované pro použití v Bluetooth.
Bluetooth 1.1
[editovat | editovat zdroj]- V roce 2002 schválen jako IEEE Standard 802.15.1
- Nalezeno mnoho chyb u verze 1.0b, byly stanoveny specifikace.
- Přidána podpora pro nešifrované kanály.
- Indikátor síly signálu (RSSI).
Bluetooth 1.2
[editovat | editovat zdroj]Zpětně kompatibilní s 1.1, k hlavnímu vylepšení patří:
- Rychlejší připojení a vyhledání zařízení.
- Přeskakování frekvence (AFH), která zlepšuje odolnost vůči rádiovému rušení a zamezení používání přeplněných frekvencí.
- Vyšší přenosové rychlosti než v1.1 až do 721 kbit/s.
- Rozšířená synchronní připojení (ESCO), která zlepšují kvalitu hlasu.Tím umožňuje přenosy poškozených souborů a může být zvolena zvýšená zvuková latence, která zajistí lepší podporu souběžného přenosu dat.
- Standardizované rozhraní mezi hostitelem a řadičem (HCI), podpora pro třídrátové USART rozhraní.
- V roce 2005 schválen jako IEEE Standard 802.15.1.
- Představeno řízení toku dat a režim L2CAP pro přenos.
Bluetooth 2.0 + EDR
[editovat | editovat zdroj]Specifikace Bluetooth verze 2.0 byla vydána v roce 2004. Tato nová verze poprvé měla funkci Enhanced Data Rate (EDR), která v tomto případě zprostředkovává přenosovou rychlost až 3 Mbs, což je oproti předchozím verzím veliké zrychlení. Výdrž baterie zařízení byla vylepšena.[3]
Bluetooth 2.1 + EDR
[editovat | editovat zdroj]Bluetooth Core specifikace verze 2.1+EDR je plně zpětně kompatibilní s 1.2, a byla přijata sdružením Bluetooth SIG 26. července v roce 2007. Hlavním rysem v2.1 je bezpečné jednoduché párování (SSP), to zlepšuje spárování zařízení a zároveň používání zvýšené bezpečnosti. Podrobnější informace o párování níže. Verze 2.1 umožňuje různá další vylepšení, obsahuje např.: rozšířené informace EIR, která poskytuje více informací v průběhu vyhledávání, které umožní lepší třídění zařízení před připojením, což snižuje spotřebu energie v režimu nízké energie.