Bluetooth

Z Multimediaexpo.cz

Verze z 8. 2. 2017, 03:05

Příklad Bluetooth zařízení – bezdrátové sluchátko

Bluetooth je v informatice označení pro bezdrátovou komunikaci sloužící k propojení mezi dvěma a více elektronickými zařízeními, jakými jsou například mobilní telefon, PDA, osobní počítač nebo bezdrátová sluchátka. Vytvořen byl v roce 1994 firmou Ericsson a míněn jako bezdrátová náhrada za sériové drátové rozhraní RS-232.^[1]

Původ názvu

Název Bluetooth je odvozen z anglického jména dánského krále Haralda Modrozuba (bluetooth je „modrozub“) vládnoucího v 10. století. Ten využil svých diplomatických schopností k tomu, aby válčící kmeny přistoupily k diskuzi a ukončily vzájemné rozepře. Právě této analogie bylo využito pro název technologie Bluetooth, která podobně jako kdysi král Harald slouží k usnadnění vzájemné komunikace.

Specifikace

Technologie Bluetooth je definovaná standardem IEEE 802.15.1. Spadá do kategorie osobních počítačových sítí, tzv. PAN (Personal Area Network). Vyskytuje se v několika verzích, z nichž v současnosti nejvíce využívaná je verze 2.0 a je implementována ve většině aktuálně (2010) prodávaných zařízení jako jsou např mobilní telefony, notebooky, ale i televize. V současné době (2011) je nově vyvinuto rozhraní Bluetooth 4.0, u kterého výrobci slibují větší dosah (až 100 metrů), menší spotřebu elektrické energie a také podporu šifrování AES-128. Specifikace Bluetooth 2.0 EDR (Enhanced Data-Rate) zavádí novou modulační techniku pi/4-DQPSK a zvyšuje tak datovou propustnost na trojnásobnou hodnotu oproti Bluetooth 1.2 (2,1 Mbit/s). Tímto se dosahuje daleko větší výdrže baterii, protože samotné navázání spojení a i přenos samotný probíhá v daleko kratší době, než u starších verzí Bluetooth. Zařízení se dělí dle výkonnosti následujícím způsobem:

Přenosové rychlosti podle standardů:

Rádiové rozhraní

Bluetooth pracuje v 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, 2,5 mW, 100 mW), s nimiž je umožněna komunikace do vzdálenosti cca 10–100 m. Udávané hodnoty ovšem platí jen ve volném prostoru. Pokud jsou mezi komunikujícími zařízeními překážky (typicky například zdi), dosah rychle klesá. Většinou ovšem nedochází ke skokové ztrátě spojení, ale postupně se zvyšuje počet chybně přenesených paketů.

Vyšší síťové vrstvy

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) 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 rádiová stanice jako řídící (master) a může simultánně obsloužit až 7 podřízených (slave) zařízení. Všechna zařízení v pikosíti se synchronizují s taktem řídící 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 vs. Wi-Fi

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, které 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.

Bluetooth zařízení

Bluetooth je integrováno v mnoha zařízeních, jako je iPod Touch, Lego Mindstorms NXT, PlayStation 3, PSP Go, telefony, Nintendo Wii a v mnoha dalších zařízení. 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

Osobní počítač, který nemá vestavěné Bluetooth, může použít adaptér Bluetooth, který umožní počítači komunikovat s ostatními zařízeními Bluetooth, například mobilní telefony, počítačové myši, klávesnice. Zatímco některé stolní počítače a nejnovější notebooky mají vestavěný příjímač Bluetooth, ostatní zařízení budou vyžadovat externí příjímač 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 operačního systému

Hlavní článek: Bluetooth stack

Apple podporuje Bluetooth od Mac OS X 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

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

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 v1.0 a v1.b

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 v1.1

• 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 v1.2

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.
• Hostitelsky kontrolované rozhraní (HCI), podpora pro třídrátové USART rozhraní.
• V roce 2005 schválen jako IEEE Standard 802.15.1
• Představena kontrola toku a režim L2CAP pro přenos.

Bluetooth v2.1 + EDR

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.

Související články

• Bluejacking
• Bluetooth stack

Reference

1. ↑ Bluetooth traveler [online]. www.hoovers.com, [cit. 2010-04-09]. Dostupné online (anglicky)

Externí odkazy

• Základy technologie Bluetooth: původ a rozsah funkcí
• semestrální práce ČVUT na téma Bluetooth
• Bluetooth 4.0