Bluetooth - Bluetooth

Bluetooth
BluetoothLogo.svg
Vyvinutý Bluetooth Special Interest Group
Představeno 7. května 1998 ; Před 23 lety ( 1998-05-07 )
Průmysl Sítě osobní oblasti
Kompatibilní hardware Osobní počítače
Smartphony
Herní konzole
Zvuková zařízení
Fyzický rozsah Obvykle méně než 10 m (33 ft), až 100 m (330 ft).
Bluetooth 5.0: 40–400 m (100–1 000 stop)
Více než kilometr, méně než metr
webová stránka bluetooth .com

Bluetooth je bezdrátový technologický standardkrátkého dosahu,který se používá pro výměnu dat mezi pevnými a mobilními zařízeními na krátké vzdálenosti pomocí rádiových vln UHF v pásmech ISM od 2,402 GHz do 2,48GHz a pro budování sítí osobních sítí (PAN). Původně byl koncipován jako bezdrátová alternativa kdatovým kabelům RS-232 . Používá se hlavně jako alternativa k drátovým spojením, k výměně souborů mezi blízkými přenosnými zařízeními a propojení mobilních telefonů a hudebních přehrávačů s bezdrátovými sluchátky . V nejpoužívanějším režimu je přenosový výkon omezen na 2,5 miliwattu , což mu dává velmi krátký dosah až 10 metrů (30 stop).  

Bluetooth spravuje Bluetooth Special Interest Group (SIG), která má více než 35 000 členských společností v oblasti telekomunikací, výpočetní techniky, sítí a spotřební elektroniky. IEEE standardizované Bluetooth jako IEEE 802.15.1 , ale už ne udržuje standard. Bluetooth SIG dohlíží na vývoj specifikace, spravuje kvalifikační program a chrání ochranné známky. Výrobce musí splňovat standardy Bluetooth SIG, aby jej mohl prodávat jako zařízení Bluetooth. Na technologii se vztahuje síť patentů , které jsou licencovány pro jednotlivá kvalifikovaná zařízení. Od roku 2009 se čipy s integrovanými obvody Bluetooth dodávají přibližně 920  milionů kusů ročně .; do roku 2017 bylo ročně odesláno 3,6 miliardy zařízení Bluetooth a očekávalo se, že zásilky budou nadále růst přibližně o 12% ročně.

Etymologie

Název „Bluetooth“ navrhl v roce 1997 Jim Kardach ze společnosti Intel . V době tohoto návrhu, četl Frans G. Bengtsson je dlouholetou lodě , historický román o Vikingové a 10. století dánský král Harald Bluetooth .

Bluetooth je Anglicised verzi skandinávské Blatand / Blåtann (nebo ve starém skandinávském blátǫnn ). Byl to epiteton krále Haralda Bluetooth, který spojil nesourodé dánské kmeny do jediného království; Název Kardach zvolil, aby naznačoval, že Bluetooth podobně spojuje komunikační protokoly.

Logo Bluetooth Bluetooth FM Color.pngje vazba runu sloučením Mladší Futhark runy Runové písmeno ior.svg  (ᚼ, Hagall ) a Runové písmeno berkanan.svg (ᛒ, Bjarkan ), Haraldovy iniciály.

Dějiny

Vývoj rádiové technologie „short-link“, později pojmenované Bluetooth, zahájil v roce 1989 Nils Rydbeck, technický ředitel společnosti Ericsson Mobile ve švédském Lundu . Účelem bylo vyvinout bezdrátová sluchátka podle dvou vynálezů Johana Ullmana, SE 8902098-6 , vydaného 1989-06-12  a SE 9202239 , vydaného 1992-07-24  . Nils Rydbeck pověřil Torda Wingrena specifikací a Holanďan Jaap Haartsen a Sven Mattisson vývojem. Oba pracovali pro Ericsson v Lundu. Hlavní návrh a vývoj začal v roce 1994 a do roku 1997 měl tým funkční řešení. Od roku 1997 se Örjan Johansson stal vedoucím projektu a poháněl technologii a standardizaci.

V roce 1997 Adalio Sanchez, tehdejší vedoucí výzkumu a vývoje produktů IBM ThinkPad , oslovil Nilse Rydbecka ohledně spolupráce na integraci mobilního telefonu do notebooku ThinkPad. Dva pověřili inženýry ze společností Ericsson a IBM, aby tuto myšlenku prostudovali. Závěrem bylo, že spotřeba energie v technologii mobilních telefonů v té době byla příliš vysoká na to, aby umožňovala životaschopnou integraci do notebooku a stále dosahovala adekvátní životnosti baterie. Místo toho se obě společnosti dohodly na integraci technologie krátkých linek Ericssonu do notebooku ThinkPad i telefonu Ericsson, aby dosáhly cíle. Vzhledem k tomu, že ani notebooky IBM ThinkPad, ani telefony Ericsson v té době nebyly vedoucími tržními podíly na příslušných trzích, souhlasili Adalio Sanchez a Nils Rydbeck s tím, že se technologie short-link stane otevřeným průmyslovým standardem, který každému hráči umožní maximální přístup na trh. Ericsson přispěl rádiovou technologií krátkého spojení a IBM patentovalo logickou vrstvu. Adalio Sanchez z IBM poté rekrutoval Stephena Nachtsheima z Intelu, aby se připojil, a poté Intel také rekrutoval Toshibu a Nokia . V květnu 1998 byl spuštěn Bluetooth SIG s IBM a Ericsson jako zakládající signatáři a celkem pět členů: Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba a IBM.

První spotřebitelské zařízení Bluetooth bylo uvedeno na trh v roce 1999. Jednalo se o handsfree mobilní náhlavní soupravu, která v COMDEX získala „Best of show Technology Award“. První mobilní telefon Bluetooth byl Ericsson T36, ale byl to revidovaný model T39, který se ve skutečnosti dostal na pulty obchodů v roce 2001. Současně v říjnu 2001 IBM představila IBM ThinkPad A30, který byl prvním notebookem s integrovaným Bluetooth.

Počáteční začlenění Bluetooth do produktů spotřební elektroniky pokračovalo ve společnosti Vosi Technologies v Costa Mesa v Kalifornii v USA, na kterou původně dohlíželi zakládající členové Bejan Amini a Tom Davidson. Společnost Vosi Technologies vytvořil realitní developer Ivano Stegmenga s americkým patentem 608507 pro komunikaci mezi mobilním telefonem a audio systémem vozidla. V té době měla společnost Sony/Ericsson jen malý tržní podíl na trhu mobilních telefonů, kterému v USA dominovaly společnosti Nokia a Motorola. Kvůli pokračujícím jednáním o zamýšlené licenční dohodě se společností Motorola počínaje koncem devadesátých let nemohla společnost Vosi veřejně zveřejnit záměr, integraci a počáteční vývoj dalších aktivních zařízení, která měla být prvním zařízením připojeným k internetu „ Smart Home “.

Vosi potřeboval prostředky, aby systém mohl komunikovat bez kabelového připojení z vozidla k ostatním zařízením v síti. Bylo vybráno Bluetooth, protože WiFi ještě nebylo snadno dostupné nebo podporované na veřejném trhu. Vosi začala vyvíjet integrovaný automobilový systém Vosi Cello a některá další zařízení připojená k internetu, z nichž jedno mělo být stolní zařízení s názvem Vosi Symphony, propojené s Bluetooth. Prostřednictvím jednání se společností Motorola společnost Vosi představila a odhalila svůj záměr integrovat Bluetooth do svých zařízení. Na začátku roku 2000 následovala právní bitva mezi společnostmi Vosi a Motorola, která na neurčito pozastavila uvolňování zařízení. Později to Motorola implementovala do svých zařízení, což iniciovalo významnou propagaci Bluetooth na veřejném trhu kvůli jeho velkému podílu na trhu v té době.

V roce 2012 byl Jaap Haartsen nominován Evropským patentovým úřadem na Cenu evropského vynálezce.

Implementace

Bluetooth pracuje na frekvencích mezi 2,402 a 2,480  GHz nebo 2,400 a 2,4835  GHz včetně ochranných pásem o šířce 2  MHz na dolním konci a 3,5  MHz nahoře. To je v globálně nelicencovaném (ale nikoli neregulovaném) průmyslovém, vědeckém a lékařském ( ISM )  pásmu 2,4 GHz krátkého dosahu. Bluetooth využívá rádiovou technologii, která se nazývá rozšířené spektrum přeskakování frekvencí . Bluetooth rozděluje přenesená data do paketů a každý paket přenáší na jednom ze 79 určených kanálů Bluetooth. Každý kanál má šířku pásma 1  MHz. Obvykle provádí 1600  skoků za sekundu, přičemž je povoleno adaptivní přeskakování frekvence (AFH). Bluetooth Low Energy využívá  mezery 2 MHz, které pojmou 40 kanálů.

Původně byla jediným dostupným modulačním schématem modulace Gaussian Frequency-Shift Keying (GFSK). Od zavedení technologie Bluetooth 2.0+EDR lze mezi kompatibilními zařízeními používat také modulaci π/4- DQPSK (diferenciální kvadraturní fázový posun) a 8-DPSK modulaci. O zařízeních fungujících s GFSK se říká, že pracují v režimu základní rychlosti (BR), kde je možná okamžitá přenosová rychlost 1 Mbit/s . Termín Enhanced Data Rate (EDR) se používá k popisu schémat π/4-DPSK (EDR2) a 8-DPSK (EDR3), přičemž každé dává 2 respektive 3 Mbit/s. Kombinace těchto režimů (BR a EDR) v bezdrátové technologii Bluetooth je klasifikována jako rádio BR/EDR .   

V roce 2019 společnost Apple vydala rozšíření s názvem HDR, které podporuje datové rychlosti 4 (HDR4) a 8 (HDR8) Mbit/s pomocí modulace π/4- DQPSK na 4MHz kanálech s dopřednou korekcí chyb (FEC) [1] .

Bluetooth je protokol založený na paketech s architekturou master/slave . Jeden pán může komunikovat až se sedmi otroky v piconetu . Všechna zařízení v rámci dané piconetu používají hodiny poskytnuté masterem jako základnu pro výměnu paketů. Hlavní hodiny tikají s periodou 312,5 μs , dvě hodiny tikají poté slot 625 µs a dva sloty tvoří pár slotů 1250 µs. V jednoduchém případě paketů s jedním slotem master vysílá v sudých slotech a přijímá v lichých slotech. Otrok naopak přijímá v sudých slotech a vysílá v lichých slotech. Pakety mohou být dlouhé 1, 3 nebo 5 slotů, ale ve všech případech začíná master přenos v sudých slotech a slave v lichých slotech.    

Výše uvedené vylučuje Bluetooth Low Energy, zavedený ve specifikaci 4.0, který používá stejné spektrum, ale poněkud odlišně .

Komunikace a připojení

Hlavní zařízení BR/EDR Bluetooth může komunikovat s maximálně sedmi zařízeními v piconetu (počítačová síť ad hoc využívající technologii Bluetooth), i když ne všechna zařízení dosahují tohoto maxima. Zařízení mohou po dohodě měnit role a z podřízeného se může stát hlavní (například náhlavní souprava inicializující připojení k telefonu nutně začíná jako hlavní - jako iniciátor připojení - ale následně může fungovat jako podřízená).

Jádro specifikace Bluetooth poskytuje pro připojení dvou nebo více piconets pro vytvoření scatternet , ve kterém byly některé zařízení současně hrát hlavní roli v jednom piconet a podřízenými roli v další.

V kterémkoli daném čase lze data přenášet mezi masterem a jedním dalším zařízením (kromě málo používaného režimu vysílání). Master si zvolí, které podřízené zařízení bude adresovat; typicky se rychle přepíná z jednoho zařízení na druhé způsobem každý s každým . Protože je to pán, který si vybírá, kterého otroka osloví, zatímco otrok má (teoreticky) naslouchat v každém přijímacím slotu, být pánem je lehčí zátěž než být otrokem. Být pánem sedmi otroků je možné; být otrokem více než jednoho pána je možné. Specifikace je vágní, pokud jde o požadované chování v scatternetech.

Využití

Rozsahy zařízení Bluetooth podle tříd
Třída Max. povolený výkon Typ. dosah
(m)
(mW) ( dBm )
1 100 20 ~ 100
1.5 10 10 ~ 20
2 2.5 4 ~ 10
3 1 0 ~ 1
4 0,5 −3 ~ 0,5
Zdroj : BT 5 Vol 6 Part A Sect 3, Web technologie Bluetooth


Bluetooth je standardní komunikační protokol nahrazující vodiče primárně navržený pro nízkou spotřebu energie, s krátkým dosahem založeným na levných mikročipech transceiveru v každém zařízení. Vzhledem k tomu, že zařízení používají rádiový (vysílací) komunikační systém, nemusí být navzájem ve vizuální viditelnosti; Nicméně, kvazi optická bezdrátová cesta musí být životaschopné. Dosah závisí na výkonové třídě, ale efektivní rozsahy se v praxi liší. Viz tabulka „Rozsahy zařízení Bluetooth podle tříd“.

Oficiálně mají rádia třídy 3 dosah až 1 metr (3 stopy), třída 2, nejčastěji se vyskytující v mobilních zařízeních, 10 metrů (33 stop) a třída 1, primárně pro případy průmyslového použití, 100 metrů (300 stop) . Technologie Bluetooth Marketing uvádí, že dosah třídy 1 je ve většině případů 20–30 metrů (66–98 stop) a dosah třídy 2 5–10 metrů (16–33 stop). Skutečný dosah dosažený daným spojem bude záviset na vlastnostech zařízení na obou koncích spoje, jakož i na podmínkách vzduchu mezi nimi a na dalších faktorech.

Účinný dosah se liší v závislosti na podmínkách šíření, pokrytí materiálu, změnách výrobního vzorku, konfiguraci antény a podmínkách baterie. Většina aplikací Bluetooth je určena pro vnitřní podmínky, kde útlum stěn a blednutí signálu v důsledku odrazů signálu činí dosah mnohem nižší, než je specifikovaný rozsah zorného pole produktů Bluetooth.

Většina aplikací Bluetooth jsou zařízení třídy 2 napájená baterií, s malým rozdílem v dosahu, ať už je na druhém konci odkazu zařízení třídy 1 nebo třídy 2, protože zařízení s nižším napájením má tendenci nastavovat limit dosahu. V některých případech může být efektivní dosah datového spoje prodloužen, když se zařízení třídy 2 připojuje k transceiveru třídy 1 s vyšší citlivostí i vysílacím výkonem než typické zařízení třídy 2. Většinou však mají zařízení třídy 1 podobnou citlivost jako zařízení třídy 2. Připojení dvou zařízení třídy 1 s vysokou citlivostí a vysokým výkonem může umožnit dosah daleko přesahující typických 100 m, v závislosti na propustnosti požadované aplikací. Některá taková zařízení umožňují dosahy otevřeného pole až 1 km a dále mezi dvěma podobnými zařízeními, aniž by byly překročeny zákonné emisní limity.

Specifikace Bluetooth Core vyžaduje dosah nejméně 10 metrů (33 stop), ale skutečný dosah není nijak omezen. Implementace výrobců mohou být vyladěny tak, aby poskytovaly rozsah potřebný pro každý případ.

Profil Bluetooth

Aby zařízení mohlo používat bezdrátovou technologii Bluetooth, musí být schopné interpretovat určité profily Bluetooth, což jsou definice možných aplikací a specifikovat obecné chování, které zařízení s technologií Bluetooth používají ke komunikaci s jinými zařízeními Bluetooth. Tyto profily obsahují nastavení pro parametrizaci a ovládání komunikace od začátku. Dodržování profilů šetří čas pro přenos parametrů znovu, než začne fungovat obousměrné spojení. Existuje široká škála profilů Bluetooth, které popisují mnoho různých typů aplikací nebo případů použití pro zařízení.

Seznam aplikací

Typická náhlavní souprava pro mobilní telefony s technologií Bluetooth
  • Bezdrátové ovládání a komunikace mezi mobilním telefonem a náhlavní soupravou handsfree . Jednalo se o jednu z prvních aplikací, které se staly populární.
  • Bezdrátové ovládání a komunikace mezi mobilním telefonem a autorádiem kompatibilním s Bluetooth (a někdy mezi SIM kartou a autotelefonem ).
  • Bezdrátová komunikace mezi chytrým telefonem a chytrým zámkem pro odemykání dveří.
  • Bezdrátové ovládání a komunikace s telefony, tablety a přenosnými bezdrátovými reproduktory se zařízeními iOS a Android .
  • Bezdrátová náhlavní souprava Bluetooth a interkom . Idiomaticky se náhlavní soupravě někdy říká „Bluetooth“.
  • Bezdrátové streamování zvuku do sluchátek s komunikačními schopnostmi nebo bez nich.
  • Bezdrátové streamování dat shromážděných fitness zařízeními s podporou Bluetooth do telefonu nebo PC.
  • Bezdrátová síť mezi počítači v omezeném prostoru a tam, kde je vyžadována malá šířka pásma.
  • Bezdrátová komunikace se vstupními a výstupními zařízeními PC, mezi nejčastější patří myš , klávesnice a tiskárna .
  • Přenos souborů, kontaktních údajů, schůzek v kalendáři a připomenutí mezi zařízeními s OBEX a sdílení adresářů přes FTP .
  • Výměna předchozí kabelové sériové komunikace RS-232 za testovací zařízení, přijímače GPS , lékařské vybavení, snímače čárových kódů a zařízení pro řízení provozu.
  • Pro ovládací prvky, kde se často používalo infračervené záření .
  • Pro aplikace s malou šířkou pásma, kde není vyžadována vyšší šířka pásma USB a je vyžadováno připojení bez kabelu.
  • Odesílání drobných reklam z reklamních ploch podporujících technologii Bluetooth na jiná, zjistitelná zařízení Bluetooth.
  • Bezdrátový most mezi dvěma průmyslovými sítěmi Ethernet (např. PROFINET ).
  • Sedmá a osmá generace herních konzolí , jako je Nintendo s Wii a Sony je PlayStation 3 používat Bluetooth pro jejich bezdrátových ovladačů.
  • Vytáčené připojení k internetu na osobních počítačích nebo PDA pomocí datového mobilního telefonu jako bezdrátového modemu.
  • Přenos dat zdravotních senzorů na krátkou vzdálenost ze zdravotnických zařízení na mobilní telefon, set-top box nebo vyhrazená zařízení pro telehealth .
  • Umožnění telefonu DECT vyzvánět a přijímat hovory jménem blízkého mobilního telefonu.
  • Lokalizační systémy v reálném čase (RTLS) se používají ke sledování a identifikaci polohy objektů v reálném čase pomocí „uzlů“ nebo „značek“ připojených nebo vložených do sledovaných objektů a „čteček“, které přijímají a zpracovávají bezdrátové signály z těchto značek k určení jejich umístění.
  • Osobní bezpečnostní aplikace na mobilních telefonech pro prevenci krádeží nebo ztráty věcí. Chráněná položka má značku Bluetooth (např. Značku), která neustále komunikuje s telefonem. Pokud je spojení přerušeno (značka je mimo dosah telefonu), spustí se alarm. Může být také použit jako poplach pro muže přes palubu . Produkt využívající tuto technologii je k dispozici od roku 2009.
  • Calgary , Alberta , kanadská divize Roads Traffic využívá data shromážděná ze zařízení Bluetooth cestujících k předpovědi doby jízdy a dopravní zácpy pro motoristy.
  • Bezdrátový přenos zvuku (spolehlivější alternativa k vysílačům FM )
  • Živé streamování videa do zařízení pro vizuální kortikální implantát od Nabeela Fattaha na univerzitě v Newcastlu 2017.
  • Připojení pohybových ovladačů k počítači při použití náhlavních souprav VR

Bluetooth vs Wi-Fi (IEEE 802.11)

Bluetooth a Wi-Fi (Wi-Fi je obchodní značka produktů využívajících standardy IEEE 802.11 ) mají některé podobné aplikace: nastavení sítí, tisk nebo přenos souborů. Wi-Fi je určena jako náhrada za vysokorychlostní kabeláž pro obecný přístup k místní síti v pracovních oblastech nebo doma. Tato kategorie aplikací se někdy nazývá bezdrátové místní sítě (WLAN). Bluetooth byl určen pro přenosná zařízení a jeho aplikace. Kategorie aplikací je nastíněna jako bezdrátová osobní síť (WPAN). Bluetooth je náhradou za kabeláž v různých osobně přenášených aplikacích v jakémkoli prostředí a funguje také pro aplikace s pevným umístěním, jako je funkce inteligentní energie v domácnosti (termostaty atd.).

Wi-Fi a Bluetooth se do určité míry doplňují ve svých aplikacích a používání. Wi-Fi je obvykle zaměřena na přístupový bod s asymetrickým připojením klient-server, přičemž veškerý provoz je směrován přes přístupový bod, zatímco Bluetooth je obvykle symetrický mezi dvěma zařízeními Bluetooth. Bluetooth funguje dobře v jednoduchých aplikacích, kde je třeba propojit dvě zařízení s minimální konfigurací, jako je stisknutí tlačítka, jako u sluchátek a reproduktorů.

Zařízení

Bluetooth USB dongle s dosahem 100 m

Bluetooth existuje v mnoha produktech, jako jsou telefony, reproduktory , tablety, přehrávače médií, robotické systémy, notebooky a herní zařízení, stejně jako některé náhlavní soupravy s vysokým rozlišením , modemy , sluchadla a dokonce i hodinky. Vzhledem k rozmanitosti zařízení, která používají Bluetooth, spolu se současným ukončením podpory konektorů pro sluchátka od společností Apple, Google a dalších společností a kvůli nedostatečné regulaci ze strany FCC, je tato technologie náchylná k rušení. Bluetooth je nicméně užitečný při přenosu informací mezi dvěma nebo více zařízeními, která jsou blízko sebe v situacích s nízkou šířkou pásma. Bluetooth se běžně používá k přenosu zvukových dat pomocí telefonů (tj. S náhlavní soupravou Bluetooth) nebo bajtových dat pomocí ručních počítačů (přenos souborů).

Protokoly Bluetooth zjednodušují vyhledávání a nastavení služeb mezi zařízeními. Zařízení Bluetooth mohou inzerovat všechny služby, které poskytují. Díky tomu je používání služeb jednodušší, protože lze více automatizovat konfiguraci zabezpečení, síťové adresy a oprávnění než u mnoha jiných typů sítí.

Požadavky na počítač

Typický Bluetooth USB dongle
Interní karta Bluetooth pro notebook (14 × 36 × 4  mm)

Osobní počítač, který nemá vestavěnou technologii Bluetooth, může používat adaptér Bluetooth, který umožňuje počítači komunikovat se zařízeními Bluetooth. Zatímco některé stolní počítače a nejnovější notebooky mají vestavěné rádio Bluetooth, jiné vyžadují externí adaptér, obvykle ve formě malého USB „ dongle “.

Na rozdíl od svého předchůdce IrDA , který vyžaduje pro každé zařízení samostatný adaptér, Bluetooth umožňuje komunikaci více zařízení s počítačem přes jeden adaptér.

Implementace operačního systému

U platforem Microsoft verze Windows XP Service Pack 2 a SP3 fungují nativně s technologií Bluetooth v1.1, v2.0 a v2.0+EDR. Předchozí verze vyžadovaly, aby si uživatelé nainstalovali vlastní ovladače adaptéru Bluetooth, které Microsoft přímo nepodporoval. Vlastní Bluetooth dongle společnosti Microsoft (zabalené s jejich počítačovými zařízeními Bluetooth) nemají žádné externí ovladače, a proto vyžadují minimálně Windows XP Service Pack 2. Windows Vista RTM/SP1 s Feature Pack pro bezdrátové připojení nebo Windows Vista SP2 fungují s Bluetooth v2.1+EDR . Windows 7 funguje s technologií Bluetooth v2.1+EDR a Extended Inquiry Response (EIR). Balíčky Bluetooth pro Windows XP a Windows Vista/Windows 7 podporují nativně následující profily Bluetooth: PAN, SPP, DUN , HID, HCRP. Zásobník Windows XP lze nahradit zásobníkem třetí strany, který podporuje více profilů nebo novější verze Bluetooth. Zásobník Bluetooth systému Windows Vista/Windows 7 podporuje další profily dodané dodavatelem, aniž by bylo nutné vyměnit zásobník Microsoft. Obecně se doporučuje nainstalovat nejnovější ovladač dodavatele a související zásobník, abyste mohli zařízení Bluetooth používat v plném rozsahu.

Produkty Apple pracují s Bluetooth od Mac OS  X v10.2 , který byl vydán v roce 2002.

Linux má dva populární balíčky Bluetooth , BlueZ a Fluoride. Balíček BlueZ je součástí většiny linuxových jader a byl původně vyvinut společností Qualcomm . Fluorid, dříve známý jako Bluedroid, je součástí operačního systému Android a byl původně vyvinut společností Broadcom . Existuje také balíček Affix, vyvinutý společností Nokia . Kdysi byl populární, ale od roku 2005 nebyl aktualizován.

FreeBSD obsahuje Bluetooth od jeho vydání v5.0, implementovaného prostřednictvím netgraph .

NetBSD obsahuje Bluetooth od vydání v4.0. Jeho zásobník Bluetooth byl přenesen také na OpenBSD , ale OpenBSD jej později odstranil jako neudržovaný.

DragonFly BSD má implementaci Bluetooth NetBSD od 1.11 (2008). Ve stromové struktuře byla také k dispozici implementace z FreeBSD na bázi síťových grafů , možná deaktivovaná do 2014-11-15, a může vyžadovat více práce.

Specifikace a funkce

Specifikace byly formalizovány skupinou Bluetooth Special Interest Group (SIG) a formálně oznámeny 20. května 1998. Dnes má členství ve více než 30 000 společnostech po celém světě. Byla založena společnostmi Ericsson , IBM , Intel , Nokia a Toshiba a později se přidala řada dalších společností.

Všechny verze standardů Bluetooth podporují sestupnou kompatibilitu . To umožňuje, aby nejnovější standard pokrýval všechny starší verze.

Pracovní skupina Bluetooth Core Specification Working Group (CSWG) produkuje hlavně 4 druhy specifikací:

  • Cyklus vydání specifikace Bluetooth Core je obvykle několik let mezi nimi
  • Core Specification Addendum (CSA), cyklus vydání může být tak těsný, jako několikrát za rok
  • Core Specification Supplement (CSS), lze vydat velmi rychle
  • Errata (K dispozici s uživatelským účtem: Errata přihlášení )

Bluetooth 1.0 a 1.0B

Verze 1.0 a 1.0B měly mnoho problémů a výrobci měli potíže s interoperabilitou svých produktů. Verze 1.0 a 1.0B také zahrnovaly povinný přenos adresy hardwarového zařízení Bluetooth (BD_ADDR) v procesu Connecting (anonymizace anonymity na úrovni protokolu), což byl hlavní překážkou pro určité služby plánované pro použití v prostředích Bluetooth.

Bluetooth 1.1

Bluetooth 1.2

Mezi hlavní vylepšení patří:

  • Rychlejší připojení a vyhledávání
  • Adaptivní frekvenční poskakovací rozprostřené spektrum (AFH) , které zlepšuje odolnost proti vysokofrekvenčnímu rušení tím, že se vyhýbá používání přeplněných frekvencí v přeskakovací sekvenci.
  • V praxi vyšší přenosové rychlosti než ve v1.1, až 721 kbit/s.
  • Extended Synchronous Connections (eSCO), které zlepšují kvalitu hlasu zvukových odkazů tím, že umožňují opakované přenosy poškozených paketů, a mohou volitelně zvýšit latenci zvuku, aby poskytovaly lepší souběžný přenos dat.
  • Provoz rozhraní HCI ( Host Controller Interface ) s třívodičovým UART .
  • Ratifikován jako standard IEEE 802.15.1–2005
  • Zavedeny režimy řízení toku a retransmise pro L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Tato verze Bluetooth Core Specification byla vydána před rokem 2005. Hlavním rozdílem je zavedení Enhanced Data Rate (EDR) pro rychlejší přenos dat . Bitová rychlost EDR je 3  Mbit/s, ačkoli maximální rychlost přenosu dat (umožňující čas mezi pakety a potvrzení) je 2,1  Mbit/s. EDR využívá kombinaci GFSK a modulace klíčování s fázovým posunem (PSK) se dvěma variantami, π/4- DQPSK a 8- DPSK . EDR může zajistit nižší spotřebu energie díky sníženému pracovnímu cyklu .

Specifikace je publikována jako Bluetooth v2.0 + EDR , což znamená, že EDR je volitelná funkce. Kromě EDR obsahuje specifikace v2.0 další drobná vylepšení a produkty mohou požadovat shodu s „Bluetooth v2.0“, aniž by podporovaly vyšší přenosovou rychlost. Minimálně jedno komerční zařízení uvádí ve svém listu „Bluetooth v2.0 bez EDR“.

Bluetooth 2.1 + EDR

Specifikace Bluetooth Core verze 2.1 + EDR byla přijata společností Bluetooth SIG dne 26. července 2007.

Funkce nadpisu v2.1 je zabezpečené jednoduché párování (SSP): to zlepšuje zážitek z párování pro zařízení Bluetooth a zároveň zvyšuje využití a sílu zabezpečení.

Verze 2.1 umožňuje různá další vylepšení, včetně rozšířené odpovědi na dotaz (EIR), která poskytuje více informací během postupu šetření, což umožňuje lepší filtrování zařízení před připojením; a sniff subrating, což snižuje spotřebu energie v režimu nízké spotřeby.

Bluetooth 3.0 + HS

Verze 3.0 + HS specifikace Bluetooth Core byla přijata společností Bluetooth SIG dne 21. dubna 2009. Bluetooth v3.0 + HS poskytuje teoretické rychlosti přenosu dat až 24 Mbit/s, i když ne přes samotné spojení Bluetooth. Místo toho je pro vyjednávání a zřízení použito spojení Bluetooth a přenos vysoké rychlosti je přenášen přes kolokované spojení 802.11 .

Hlavní novou funkcí je AMP (Alternative MAC/PHY), přidání 802.11 jako vysokorychlostního přenosu. Vysokorychlostní část specifikace není povinná, a proto pouze zařízení, která zobrazují logo „+HS“, ve skutečnosti podporují Bluetooth přes vysokorychlostní přenos dat 802.11. Zařízení Bluetooth v3.0 bez přípony „+HS“ je vyžadováno pouze pro podporu funkcí uvedených v Core Specification Version 3.0 nebo dřívějším dodatku Core Specification Addendum 1.

Vylepšené režimy L2CAP
Enhanced Retransmission Mode (ERTM) implementuje spolehlivý kanál L2CAP, zatímco Streaming Mode (SM) implementuje nespolehlivý kanál bez retransmise nebo řízení toku. Zavedeno v dodatku základní specifikace 1.
Alternativní MAC/PHY
Umožňuje použití alternativních MAC a PHY pro přenos dat profilu Bluetooth. Rádio Bluetooth se stále používá pro zjišťování zařízení, počáteční připojení a konfiguraci profilu. Když však musí být odesláno velké množství dat, vysokorychlostní alternativní MAC PHY 802.11 (obvykle spojená s Wi-Fi) data přenáší. To znamená, že Bluetooth používá osvědčené modely připojení s nízkou spotřebou, když je systém nečinný, a rychlejší rádio, když musí odesílat velké množství dat. Odkazy AMP vyžadují vylepšené režimy L2CAP.
Unicast Data bez připojení
Umožňuje odesílání dat služby bez vytvoření explicitního kanálu L2CAP. Je určen pro aplikace, které vyžadují nízkou latenci mezi akcí uživatele a opětovným připojením/přenosem dat. To je vhodné pouze pro malé množství dat.
Vylepšené ovládání napájení
Aktualizuje funkci řízení výkonu, aby odstranil řízení výkonu s otevřenou smyčkou a také aby objasnil nejasnosti v řízení výkonu zavedené novými schématy modulace přidanými pro EDR. Vylepšené řízení spotřeby odstraňuje nejasnosti zadáním očekávaného chování. Tato funkce také přidává řízení výkonu uzavřené smyčky, což znamená, že po přijetí odpovědi lze spustit filtrování RSSI. Kromě toho byl zaveden požadavek „přejít rovnou k maximálnímu výkonu“. Očekává se, že se tím bude zabývat problém se ztrátou propojení náhlavní soupravy, který je obvykle pozorován, když uživatel vloží telefon do kapsy na opačné straně než náhlavní souprava.

Extrémně široké pásmo

Vysokorychlostní (AMP) funkce Bluetooth v3.0 byla původně určena pro UWB , ale WiMedia Alliance, orgán odpovědný za příchuť UWB určeného pro Bluetooth, oznámil v březnu 2009, že se rozpadá, a nakonec UWB bylo vynecháno ze specifikace Core v3.0.

Dne 16. března 2009 WiMedia Alliance oznámila, že uzavírá smlouvy o přenosu technologií pro specifikace WiMedia Ultra- wideband (UWB). Společnost WiMedia přenesla všechny současné i budoucí specifikace, včetně prací na budoucích vysokorychlostních a energeticky optimalizovaných implementacích, do skupiny Bluetooth Special Interest Group (SIG), Wireless USB Promoter Group a USB Implementers Forum . Po úspěšném dokončení přenosu technologií, marketingu a souvisejících administrativních položek WiMedia Alliance ukončila činnost.

V říjnu 2009 pozastavila skupina Bluetooth Special Interest Group vývoj UWB jako součást alternativního řešení MAC/PHY, Bluetooth v3.0 + HS. Malý, ale významný počet bývalých členů WiMedia nepodepsal a nepodepíše potřebné dohody o přenosu IP . V roce 2009 byl Bluetooth SIG v procesu vyhodnocování dalších možností pro jeho dlouhodobější plán.

Bluetooth 4.0

Technologie Bluetooth SIG dokončila specifikaci Bluetooth Core Specification verze 4.0 (nazývaná Bluetooth Smart) a byla přijata k 30. červnu 2010. Obsahuje protokoly Classic Bluetooth , Bluetooth high speed a Bluetooth Low Energy (BLE). Vysoká rychlost Bluetooth je založena na Wi-Fi a Classic Bluetooth se skládá ze starších protokolů Bluetooth.

Bluetooth Low Energy , dříve známý jako Wibree, je podmnožinou Bluetooth v4.0 se zcela novým zásobníkem protokolů pro rychlé vytváření jednoduchých odkazů. Jako alternativa ke standardním protokolům Bluetooth, které byly zavedeny v Bluetooth v1.0 až v3.0, je zaměřen na aplikace s velmi nízkým výkonem napájené knoflíkovým článkem . Chip designy umožňují dva typy implementace, dual-mode, single-mode a vylepšené minulé verze. Prozatímní názvy Wibree a Bluetooth ULP (Ultra Low Power) byly opuštěny a na chvíli byl použit název BLE. Na konci roku 2011 byla jako obecná veřejná tvář BLE představena nová loga „Bluetooth Smart Ready“ pro hostitele a „Bluetooth Smart“ pro senzory.

Ve srovnání s klasickým Bluetooth má Bluetooth Low Energy zajistit výrazně sníženou spotřebu energie a náklady při zachování podobného komunikačního dosahu . Pokud jde o prodloužení životnosti baterie zařízení Bluetooth, BLE představuje významný pokrok.

  • V implementaci v jednom režimu je implementován pouze nízkoenergetický zásobník protokolů. Společnosti Dialog Semiconductor , STMicroelectronics, AMICCOM, CSR , Nordic Semiconductor a Texas Instruments vydaly řešení Bluetooth Low Energy s jedním režimem.
  • V implementaci se dvěma režimy je funkce Bluetooth Smart integrována do stávajícího klasického ovladače Bluetooth. V březnu 2011 tyto polovodičové společnosti oznámily dostupnost čipů splňujících standard: Qualcomm-Atheros , CSR , Broadcom a Texas Instruments . Vyhovující architektura sdílí všechny stávající rádio a funkce Classic Bluetooth, což má za následek zanedbatelné zvýšení nákladů ve srovnání s Classic Bluetooth.

Nákladově snížené čipy v jednom režimu, které umožňují vysoce integrovaná a kompaktní zařízení, jsou vybaveny lehkou linkovou vrstvou poskytující provoz v nečinném režimu s extrémně nízkým výkonem, snadné zjišťování zařízení a spolehlivý přenos dat z bodu do více bodů s pokročilou úsporou energie a zabezpečením šifrovaná připojení za nejnižší možné náklady.

Obecná vylepšení ve verzi 4.0 zahrnují změny nezbytné k usnadnění režimů BLE, stejně jako služby Generic Attribute Profile (GATT) a Security Manager (SM) se šifrováním AES .

Dodatek 2 k základní specifikaci byl odhalen v prosinci 2011; obsahuje vylepšení rozhraní hostitele zvuku a vrstvy přizpůsobení protokolu vysokorychlostního (802.11) protokolu.

Dodatek 3 k základní specifikaci, revize 2, má datum přijetí 24. července 2012.

Dodatek 4 k základní specifikaci má datum přijetí 12. února 2013.

Bluetooth 4.1

Společnost Bluetooth SIG oznámila formální přijetí specifikace Bluetooth v4.1 dne 4. prosince 2013. Tato specifikace je přírůstkovou aktualizací softwaru ke specifikaci Bluetooth v4.0, nikoli aktualizací hardwaru. Aktualizace obsahuje dodatky Bluetooth Core Specification Addenda (CSA 1, 2, 3 & 4) a přidává nové funkce, které zlepšují použitelnost pro spotřebitele. Patří mezi ně zvýšená podpora koexistence pro LTE, hromadné výměny dat-a podpora inovací vývojářů tím, že umožňuje zařízením podporovat více rolí současně.

Mezi nové funkce této specifikace patří:

  • Signalizace koexistence mobilní bezdrátové služby
  • Trénujte píchání a generalizované prokládané skenování
  • Řízená reklama s nízkým pracovním cyklem
  • L2CAP připojení orientované a vyhrazené kanály s řízením toku na základě kreditu
  • Duální režim a topologie
  • Topologie vrstvy odkazu LE
  • 802.11n PAL
  • Aktualizace zvukové architektury pro širokopásmový projev
  • Rychlý interval inzerce dat
  • Omezený čas zjišťování

Všimněte si, že některé funkce již byly k dispozici v dodatku k základní specifikaci (CSA) před vydáním v4.1.

Bluetooth 4.2

Vydáno dne 2. prosince 2014, zavádí funkce pro internet věcí .

Hlavní oblasti zlepšení jsou:

Starší hardware Bluetooth může přijímat funkce 4,2, jako je například Data Packet Length Extension a vylepšené soukromí prostřednictvím aktualizací firmwaru.

Bluetooth 5

Bluetooth SIG vydal Bluetooth 5 6. prosince 2016. Jeho nové funkce jsou zaměřeny hlavně na novou technologii internetu věcí . Sony bylo první, kdo oznámil podporu Bluetooth 5.0 s Xperia XZ Premium v únoru 2017 během Světového mobilního kongresu 2017. Samsung Galaxy S8 byl spuštěn s podporou Bluetooth 5 v dubnu 2017. V září 2017 iPhone 8 , 8 Plus a iPhone X spuštěno také s podporou Bluetooth 5. Apple také integroval Bluetooth 5 do své nové nabídky HomePod vydané 9. února 2018. Marketing snižuje počet bodů; aby to bylo jen „Bluetooth 5“ (na rozdíl od Bluetooth 4.0); změna je z důvodu „Zjednodušení našeho marketingu, efektivnější komunikace výhod uživatelů a snazší signalizace významných aktualizací technologií na trh“.

Bluetooth 5 poskytuje u BLE možnosti, které mohou zdvojnásobit rychlost (2  Mbit/s burst) na úkor dosahu nebo poskytnout až čtyřnásobek dosahu na úkor rychlosti přenosu dat. Nárůst přenosů by mohl být důležitý pro zařízení Internet věcí , kde se mnoho uzlů připojuje po celém domě. Bluetooth 5 zvyšuje kapacitu služeb bez připojení, jako je navigace nízkoenergetického připojení Bluetooth podle polohy.

Hlavní oblasti zlepšení jsou:

  • Maska dostupnosti slotu (SAM)
  • 2 Mbit/s PHY pro LE
  • LE dlouhý dosah
  • Nepřipojitelná reklama s vysokým pracovním cyklem
  • LE Advertising Extensions
  • Algoritmus výběru kanálu LE #2

Funkce přidané v CSA5 - Integrované v v5.0:

  • Vyšší výstupní výkon

V této verzi specifikace byly odebrány následující funkce:

  • Státní park

Bluetooth 5.1

Bluetooth SIG představil Bluetooth 5.1 21. ledna 2019.

Hlavní oblasti zlepšení jsou:

  • Angle of Arrival (AoA) a Angle of Departure (AoD), které se používají pro lokalizaci a sledování zařízení
  • Index reklamního kanálu
  • GATT ukládání do mezipaměti
  • Drobná vylepšení šarže 1:
    • Podpora HCI pro ladění klíčů v LE Secure Connections
    • Mechanismus aktualizace přesnosti spánkových hodin
    • Pole ADI v datech odezvy skenování
    • Interakce mezi QoS a specifikací toku
    • Blokovat klasifikaci hostitelského kanálu pro sekundární reklamu
    • Povolte, aby se SID zobrazovalo v sestavách odpovědí na skenování
    • Určete chování při porušení pravidel
  • Synchronizovaný přenos pravidelné reklamy

Funkce přidané v dodatku základní specifikace (CSA) 6 - Integrováno v v5.1:

V této verzi specifikace byly odebrány následující funkce:

  • Klíče jednotek

Bluetooth 5.2

Dne 31. prosince 2019 společnost Bluetooth SIG zveřejnila specifikaci Bluetooth Core verze 5.2. Nová specifikace přidává nové funkce:

  • Enhanced Attribute Protocol (EATT), vylepšená verze Attribute Protocol (ATT)
  • LE Power Control
  • Isochronní kanály LE
  • LE Audio, které je postaveno na nových funkcích 5.2. BT LE Audio bylo oznámeno v lednu 2020 na CES společností Bluetooth SIG . Ve srovnání s běžným zvukem Bluetooth umožňuje Bluetooth Low Energy Audio nižší spotřebu baterie a vytváří standardizovaný způsob přenosu zvuku přes BT LE. Bluetooth LE Audio také umožňuje vysílání jeden na mnoho a mnoho na jednoho, což umožňuje více přijímačů z jednoho zdroje nebo jednoho přijímače pro více zdrojů. Používá nový kodek LC3 . BLE Audio také přidá podporu pro sluchadla.

Bluetooth 5.3

Technologie Bluetooth SIG zveřejnila 13. července 2021 verzi Bluetooth Core Specification Version 5.3. Vylepšení funkcí Bluetooth 5.3 jsou:

  • Podrobování připojení
  • Periodický reklamní interval
  • Vylepšení klasifikace kanálů
  • Vylepšení ovládání velikosti šifrovacího klíče

V této verzi specifikace byly odebrány následující funkce:

  • Alternativní rozšíření MAC a PHY (AMP)

Technické informace

Architektura

Software

Ve snaze rozšířit kompatibilitu zařízení Bluetooth používají zařízení, která dodržují standard, rozhraní mezi hostitelským zařízením (např. Notebookem, telefonem) a zařízením Bluetooth (např. Bezdrátová náhlavní souprava Bluetooth) s názvem HCI (Host Controller Interface).

Protokoly na vysoké úrovni, jako je SDP (Protocol used to find other Bluetooth devices within the communication range, also responsible for detection the function of devices in range), RFCOMM (Protocol used to emulate serial port connections) and TCS (Telephony control protocol) komunikovat s řadičem základního pásma prostřednictvím protokolu L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol). Protokol L2CAP je zodpovědný za segmentaci a opětovné sestavení paketů.

Hardware

Hardware, který tvoří zařízení Bluetooth, se logicky skládá ze dvou částí; které mohou, ale nemusí být fyzicky oddělené. Rádiové zařízení odpovědné za modulaci a přenos signálu; a digitální ovladač. Digitální ovladač je pravděpodobně CPU, jehož jednou z funkcí je spouštění Link Controller; a rozhraní s hostitelským zařízením; ale některé funkce mohou být delegovány na hardware. Link Controller je zodpovědný za zpracování základního pásma a správu protokolů AREC a FEC fyzické vrstvy. Kromě toho zvládá přenosové funkce (asynchronní i synchronní), kódování zvuku (např. SBC (kodek) ) a šifrování dat. CPU zařízení odpovídá za dodržování pokynů týkajících se Bluetooth hostitelského zařízení za účelem zjednodušení jeho provozu. Za tímto účelem CPU spouští software s názvem Link Manager, který má funkci komunikace s jinými zařízeními prostřednictvím protokolu LMP.

Zařízení Bluetooth je bezdrátové zařízení krátkého dosahu . Zařízení Bluetooth jsou vyráběna na čipech s integrovaným obvodem ( obvod RF ) RF CMOS .

Zásobník protokolů Bluetooth

Stack protokolu Bluetooth

Bluetooth je definován jako architektura protokolu vrstev skládající se z hlavních protokolů, protokolů výměny kabelů, protokolů ovládání telefonie a přijatých protokolů. Povinné protokoly pro všechny sady Bluetooth jsou LMP, L2CAP a SDP. Zařízení, která komunikují s Bluetooth téměř univerzálně, navíc mohou používat tyto protokoly: HCI a RFCOMM.

Link Manager

Link Manager (LM) je systém, který spravuje navázání spojení mezi zařízeními. Je zodpovědný za vytvoření, ověření a konfiguraci odkazu. Link Manager vyhledá další manažery a komunikuje s nimi prostřednictvím protokolu pro správu odkazu LMP. K plnění své funkce poskytovatele služeb používá LM služby zahrnuté v Link Controller (LC). Link Manager Protocol se v zásadě skládá z několika PDU (Protocol Data Units), které jsou odesílány z jednoho zařízení do druhého. Následuje seznam podporovaných služeb:

  • Přenos a příjem dat.
  • Žádost o jméno
  • Žádost o adresy odkazů.
  • Navázání spojení.
  • Ověření.
  • Vyjednávání režimu spojení a navázání spojení.

Rozhraní hostitelského ovladače

Rozhraní hostitelského řadiče poskytuje příkazové rozhraní pro řadič a pro správce propojení, které umožňuje přístup k registrům stavu a řízení hardwaru. Toto rozhraní poskytuje přístupovou vrstvu pro všechna zařízení Bluetooth. Vrstva HCI stroje si vyměňuje příkazy a data s firmwarem HCI přítomným v zařízení Bluetooth. Jednou z nejdůležitějších úloh HCI, které je třeba provést, je automatické zjišťování dalších zařízení Bluetooth, která se nacházejí v okruhu pokrytí.

Logický Link Control a Adaptační protokol

Logical Link Control a adaptace Protocol (L2CAP) se používá pro multiplex více logických spojení mezi dvěma zařízeními používajícími různé protokoly vyšší úrovně. Poskytuje segmentaci a opětovné sestavení paketů ve vzduchu.

V základním režimu poskytuje L2CAP pakety s užitečným zatížením konfigurovatelným až do 64 kB, přičemž 672 bytů je výchozí MTU a 48 bytů je minimální povinná podporovaná MTU.

V režimech retransmise a řízení toku lze L2CAP konfigurovat buď pro isochronní data, nebo pro spolehlivá data na kanál prováděním opakovaných přenosů a kontrol CRC.

Dodatek 1 ke specifikaci jádra Bluetooth přidává do základní specifikace dva další režimy L2CAP. Tyto režimy účinně odmítají původní režimy retransmise a řízení toku:

Vylepšený režim retransmise (ERTM)
Tento režim je vylepšenou verzí původního režimu opakovaného přenosu. Tento režim poskytuje spolehlivý kanál L2CAP.
Režim streamování (SM)
Jedná se o velmi jednoduchý režim bez opakovaného přenosu nebo řízení toku. Tento režim poskytuje nespolehlivý kanál L2CAP.

Spolehlivost v kterémkoli z těchto režimů je volitelně a/nebo dodatečně zaručena nižší vrstvou rozhraní Bluetooth BDR/EDR vzduchu konfigurací počtu opakovaných přenosů a časového limitu proplachování (čas, po kterém rádio vypláchne pakety). Sekvenování v pořadí je zaručeno spodní vrstvou.

Přes logické linky AMP lze provozovat pouze kanály L2CAP konfigurované v ERTM nebo SM.

Service Discovery Protocol

Service Discovery Protocol (SDP) umožňuje přístroj objevit služby nabízené jinými zařízeními, a jejich přidružené parametry. Pokud například používáte mobilní telefon s náhlavní soupravou Bluetooth, telefon pomocí SDP určuje, které profily Bluetooth může náhlavní souprava používat (profil náhlavní soupravy, profil Hands Free (HFP), Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) atd.) A nastavení multiplexeru protokolů potřebná k připojení telefonu k náhlavní soupravě pomocí každého z nich. Každá služba je identifikována univerzálně jedinečným identifikátorem (UUID), přičemž oficiálním službám (profily Bluetooth) je přiřazen krátký formulář UUID (16 bitů namísto plných 128).

Radiofrekvenční komunikace

Radio Frequency Communications (RFCOMM) je protokol nahrazující kabel používaný ke generování virtuálního sériového datového proudu. RFCOMM zajišťuje binární přenos dat a emuluje řídicí signály EIA-232 (dříve RS-232) přes vrstvu základního pásma Bluetooth, tj. Jde o emulaci sériového portu.

RFCOMM poskytuje uživateli jednoduchý, spolehlivý datový proud podobný TCP. Mnoho profilů souvisejících s telefonií jej používá přímo jako nosič příkazů AT a také jako transportní vrstvu pro OBEX přes Bluetooth.

Mnoho aplikací Bluetooth používá RFCOMM kvůli jeho rozšířené podpoře a veřejně dostupnému API ve většině operačních systémů. Kromě toho lze aplikace, které ke komunikaci používaly sériový port, rychle portovat a používat RFCOMM.

Protokol zapouzdření sítě Bluetooth

Bluetooth Network Encapsulation Protocol (BNEP) se používá pro přenos dat jiného zásobníku protokolu je přes L2CAP kanálu. Jeho hlavním účelem je přenos IP paketů v profilu Personal Area Networking. BNEP plní podobnou funkci jako SNAP v bezdrátové síti LAN.

Transportní protokol ovládání audia/videa

Audio / Video Control Transport Protocol (AVCTP) je používán profil dálkového ovládání pro přenos AV / příkazy C přes L2CAP kanál. Tlačítka pro ovládání hudby na stereo sluchátkách používají tento protokol k ovládání hudebního přehrávače.

Transportní protokol distribuce zvuku/videa

Audio / Video Distribution Transport Protocol (AVDTP) je používán Advanced Audio Distribution ( A2DP ) profil pro streamování hudby na stereo sluchátka přes L2CAP kanál určený pro distribuci videa profilu v přenosu Bluetooth.

Protokol ovládání telefonie

Telephony Control Protocol  - Binary (TCS BIN) je bit orientovaný protokol, který definuje řízení hovorů signalizaci pro zřízení hlasové a datové volání mezi zařízeními Bluetooth. Navíc „TCS BIN definuje postupy správy mobility pro manipulaci se skupinami zařízení Bluetooth TCS“.

TCS-BIN používá pouze profil bezdrátové telefonie, který nedokázal přilákat implementátory. Jako takový má pouze historický význam.

Přijaté protokoly

Přijaté protokoly jsou definovány jinými normotvornými organizacemi a začleněny do sady protokolů Bluetooth, což umožňuje Bluetooth kódovat protokoly pouze v případě potřeby. Mezi přijaté protokoly patří:

Protokol point-to-point (PPP)
Internetový standardní protokol pro přenos IP datagramů přes spojení point-to-point.
TCP /IP /UDP
Základní protokoly pro sadu protokolů TCP/IP
Object Exchange Protocol (OBEX)
Protokol relační vrstvy pro výměnu objektů poskytující model pro reprezentaci objektů a operací
Bezdrátové aplikační prostředí/Protokol bezdrátové aplikace (WAE/WAP)
WAE specifikuje aplikační rámec pro bezdrátová zařízení a WAP je otevřený standard, který poskytuje mobilním uživatelům přístup k telefonním a informačním službám.

Oprava chyb základního pásma

V závislosti na typu paketu mohou být jednotlivé pakety chráněny opravou chyb , a to buď rychlostí opravy chyby 1/3 rychlosti (FEC), nebo rychlostí 2/3. Kromě toho budou pakety s CRC znovu přenášeny, dokud nebudou potvrzeny automatickým požadavkem na opakování (ARQ).

Nastavení připojení

Jakékoli zařízení Bluetooth v rozpoznatelném režimu přenáší na vyžádání následující informace:

  • Název zařízení
  • Třída zařízení
  • Seznam služeb
  • Technické informace (například: funkce zařízení, výrobce, použitá specifikace Bluetooth, časový posun)

Jakékoli zařízení může provést dotaz k nalezení dalších zařízení, ke kterým se má připojit, a jakékoli zařízení lze nakonfigurovat tak, aby na takové dotazy odpovídalo. Pokud však zařízení, které se pokouší připojit, zná adresu zařízení, vždy odpoví na přímé požadavky na připojení a na požádání odešle informace zobrazené v seznamu výše. Použití služeb zařízení může vyžadovat spárování nebo přijetí jeho vlastníkem, ale samotné připojení může být zahájeno jakýmkoli zařízením a drženo, dokud se nedostane mimo dosah. Některá zařízení lze současně připojit pouze k jednomu zařízení a připojení k nim jim brání v připojení k jiným zařízením a zobrazování v dotazech, dokud se neodpojí od druhého zařízení.

Každé zařízení má jedinečnou 48bitovou adresu . Tyto adresy se však v dotazech obvykle nezobrazují. Místo toho se používají přátelská jména Bluetooth, která mohou být nastavena uživatelem. Tento název se zobrazí, když jiný uživatel vyhledává zařízení a v seznamech spárovaných zařízení.

Většina mobilních telefonů má ve výchozím nastavení název Bluetooth nastaven na výrobce a model telefonu. Většina mobilních telefonů a notebooků zobrazuje pouze názvy Bluetooth a pro získání dalších informací o vzdálených zařízeních jsou vyžadovány speciální programy. To může být matoucí, protože například v dosahu může být několik mobilních telefonů s názvem T610 (viz Bluejacking ).

Párování a lepení

Motivace

Mnoho služeb nabízených přes Bluetooth může zpřístupnit soukromá data nebo nechat spojující stranu ovládat zařízení Bluetooth. Z bezpečnostních důvodů je nutné rozpoznat konkrétní zařízení, a tím umožnit kontrolu nad tím, která zařízení se mohou k danému zařízení Bluetooth připojit. Současně je užitečné, aby zařízení Bluetooth dokázala navázat spojení bez zásahu uživatele (například jakmile bude v dosahu).

K vyřešení tohoto konfliktu používá Bluetooth proces zvaný bonding a vazba je generována procesem nazývaným párování . Proces párování je spuštěn buď konkrétním požadavkem uživatele na vygenerování vazby (například uživatel výslovně požaduje „Přidat zařízení Bluetooth“), nebo se spustí automaticky při připojení ke službě, kde (poprvé ) z bezpečnostních důvodů je vyžadována identita zařízení. Tyto dva případy se označují jako vyhrazené a obecné.

Párování často zahrnuje určitou úroveň interakce uživatele. Tato interakce uživatele potvrzuje identitu zařízení. Po dokončení párování se mezi těmito dvěma zařízeními vytvoří vazba, která umožní těmto dvěma zařízením se v budoucnu připojit bez opakování procesu párování k potvrzení identit zařízení. V případě potřeby může uživatel odstranit vztah vazby.

Implementace

Během párování tato dvě zařízení navážou vztah vytvořením sdíleného tajemství známého jako odkazový klíč . Pokud obě zařízení ukládají stejný klíč odkazu, jsou údajně spárována nebo spojena . Zařízení, které chce komunikovat pouze s propojeným zařízením, může kryptograficky autentizovat identitu druhého zařízení a zajistit, aby se jednalo o stejné zařízení, se kterým bylo dříve spárováno. Jakmile je vygenerován klíč odkazu, ověřené spojení mezi zařízeními bez asynchronního připojení (ACL) může být zašifrováno, aby byla chráněna vyměněná data před odposloucháváním . Uživatelé mohou odstranit klíče propojení z obou zařízení, čímž se odstraní vazba mezi zařízeními - takže je možné, aby jedno zařízení mělo uložený klíč propojení pro zařízení, se kterým již není spárováno.

Služby Bluetooth obecně vyžadují buď šifrování, nebo ověřování, a proto vyžadují spárování, než umožní připojení vzdáleného zařízení. Některé služby, jako například Object Push Profile, se rozhodnou nevyžadovat výslovně ověřování nebo šifrování, aby párování nenarušovalo uživatelskou zkušenost spojenou s případy použití služby.

Párovací mechanismy

Mechanismy párování se výrazně změnily se zavedením Secure Simple Pairing v Bluetooth v2.1. Následující přehled shrnuje mechanismy párování:

  • Starší párování : Toto je jediná metoda dostupná v Bluetooth v2.0 a dříve. Každé zařízení musí zadat PIN kód ; spárování je úspěšné pouze tehdy, když obě zařízení zadají stejný PIN kód. Jako PIN kód lze použít jakýkoli 16bajtový řetězec UTF-8; ne všechna zařízení však mohou být schopna zadat všechny možné PIN kódy.
    • Omezená vstupní zařízení : Zjevným příkladem této třídy zařízení je náhlavní souprava Bluetooth Hands-free, která má obecně málo vstupů. Tato zařízení mají obvykle pevný PIN , například „0000“ nebo „1234“, který je do zařízení pevně zakódován.
    • Číselná vstupní zařízení : Mobilní telefony jsou klasickými příklady těchto zařízení. Umožňují uživateli zadat číselnou hodnotu až o 16 číslicích.
    • Alfanumerická vstupní zařízení : Příklady těchto zařízení jsou počítače a smartphony. Umožňují uživateli zadat celý text UTF-8 jako PIN kód. Při párování s méně schopným zařízením si uživatel musí být vědom vstupních omezení na druhém zařízení; pro dostupné zařízení není k dispozici žádný mechanismus, který by určoval, jak by měl omezit dostupný vstup, který může uživatel použít.
  • Secure Simple Pairing (SSP): To vyžaduje Bluetooth v2.1, ačkoli zařízení Bluetooth v2.1 může používat pouze starší párování pro spolupráci se zařízením v2.0 nebo starším. Secure Simple Pairing využívá formu kryptografie s veřejným klíčem a některé typy mohou pomoci chránit před útoky typu man in the middle nebo MITM. SSP má následující ověřovací mechanismy:
    • Jen funguje : Jak název napovídá, tato metoda funguje, bez interakce uživatele. Zařízení však může uživatele vyzvat k potvrzení procesu párování. Tuto metodu obvykle používají náhlavní soupravy s minimálními schopnostmi IO a jsou bezpečnější než mechanismus pevného PIN, který tato omezená sada zařízení používá pro starší párování. Tato metoda neposkytuje ochranu MITM (man-in-the-middle).
    • Numerické srovnání : Pokud mají obě zařízení displej a alespoň jedno může akceptovat binární vstup uživatele ano/ne, může použít numerické srovnání. Tato metoda zobrazí na každém zařízení 6místný číselný kód. Uživatel by měl čísla porovnat, aby se ujistil, že jsou identická. Pokud je srovnání úspěšné, měli by uživatelé potvrdit párování na zařízeních, která mohou přijímat vstup. Tato metoda poskytuje ochranu MITM za předpokladu, že uživatel potvrdí na obou zařízeních a skutečně provede srovnání správně.
    • Zadání klíče : Tuto metodu lze použít mezi zařízením s displejem a zařízením se zadáváním číselné klávesnice (například klávesnice) nebo dvěma zařízeními se zadáváním pomocí číselné klávesnice. V prvním případě displej uživateli zobrazí 6místný číselný kód, který pak zadá kód na klávesnici. V druhém případě uživatel každého zařízení zadá stejné 6místné číslo. Oba tyto případy poskytují ochranu MITM.
    • Out of band (OOB): Tato metoda používá k výměně některých informací použitých v procesu párování externí komunikační prostředky, například komunikaci na blízko (NFC). Párování je dokončeno pomocí rádia Bluetooth, ale vyžaduje informace z mechanismu OOB. To poskytuje pouze úroveň ochrany MITM, která je přítomna v mechanismu OOB.

SSP je považováno za jednoduché z následujících důvodů:

  • Ve většině případů nevyžaduje, aby uživatel vygeneroval přístupový klíč.
  • V případech použití, které nevyžadují ochranu MITM, lze interakci uživatele eliminovat.
  • Pro numerické srovnání lze ochranu MITM dosáhnout jednoduchým porovnáním rovnosti uživatelem.
  • Použití OOB s NFC umožňuje spárování, když se zařízení jednoduše přiblíží, než aby vyžadovaly zdlouhavý proces zjišťování.

Bezpečnostní obavy

Před Bluetooth v2.1 není šifrování vyžadováno a lze jej kdykoli vypnout. Šifrovací klíč je navíc dobrý pouze přibližně 23,5 hodiny; použití jediného šifrovacího klíče déle, než je tento čas, umožňuje jednoduchým šifrovacím útokům získat šifrovací klíč.

  • Vypnutí šifrování je vyžadováno u několika běžných operací, takže je problematické zjistit, zda je šifrování zakázáno z platného důvodu nebo z důvodu útoku zabezpečení.

Bluetooth v2.1 to řeší následujícími způsoby:

  • Šifrování je vyžadováno pro všechna připojení jiná než SDP (Service Discovery Protocol)
  • Pro všechny běžné operace, které vyžadují deaktivaci šifrování, se používá nová funkce Pozastavení a pokračování šifrování. To umožňuje snadnou identifikaci běžného provozu z bezpečnostních útoků.
  • Šifrovací klíč je nutné před vypršením platnosti aktualizovat.

Propojovací klíče mohou být uloženy v systému souborů zařízení, nikoli na samotném čipu Bluetooth. Mnoho výrobců čipů Bluetooth nechává v zařízení ukládat odkazové klíče - pokud je však zařízení vyjímatelné, znamená to, že se klíč propojení pohybuje se zařízením.

Bezpečnostní

Přehled

Bluetooth implementuje důvěrnost , autentizaci a odvozování klíčů pomocí vlastních algoritmů založených na blokové šifře SAFER+ . Generování klíčů Bluetooth je obecně založeno na PINu Bluetooth, který je třeba zadat do obou zařízení. Tento postup může být upraven, pokud má jedno ze zařízení pevný PIN (např. Pro náhlavní soupravy nebo podobná zařízení s omezeným uživatelským rozhraním). Během párování je generován inicializační klíč nebo hlavní klíč pomocí algoritmu E22. E0 potoční kód se používá pro šifrování paketů, udělování důvěrnost, a je založen na společném kryptografické tajemství, a to dříve vytvořeného odkazu klíčem nebo hlavního klíče. Tyto klíče, používané pro následné šifrování dat odesílaných přes rozhraní Air, spoléhají na PIN Bluetooth, který byl zadán do jednoho nebo obou zařízení.

Přehled zneužití zranitelnosti Bluetooth publikoval v roce 2007 Andreas Becker.

V září 2008 vydal Národní institut pro standardy a technologie (NIST) Průvodce zabezpečením Bluetooth jako referenci pro organizace. Popisuje možnosti zabezpečení Bluetooth a jak efektivně zabezpečit technologie Bluetooth. Přestože Bluetooth má své výhody, je náchylný k útokům typu odmítnutí služby, odposlechu, útokům typu man-in-the-middle, úpravám zpráv a zneužití zdrojů. Uživatelé a organizace musí vyhodnotit přijatelnou úroveň rizika a začlenit zabezpečení do životního cyklu zařízení Bluetooth. Abychom pomohli zmírnit rizika, jsou v dokumentu NIST zahrnuty kontrolní seznamy zabezpečení s pokyny a doporučeními pro vytváření a údržbu zabezpečených Bluetooth piconetů, sluchátek s mikrofonem a čteček čipových karet.

Bluetooth v2.1 - dokončen v roce 2007, přičemž spotřebitelská zařízení se poprvé objevila v roce 2009 - provádí významné změny v zabezpečení Bluetooth, včetně párování. Další informace o těchto změnách najdete v části mechanismy párování .

Bluejacking

Bluejacking je odeslání obrázku nebo zprávy od jednoho uživatele nic netušícímu uživateli prostřednictvím bezdrátové technologie Bluetooth. Mezi běžné aplikace patří krátké zprávy, např. „Právě jste dostali bluejack!“ Bluejacking nezahrnuje odebrání nebo změnu jakýchkoli dat ze zařízení. Bluejacking může také zahrnovat bezdrátové převzetí kontroly nad mobilním zařízením a telefonování na linku s prémiovou sazbou, kterou vlastní bluejacker. Pokroky v zabezpečení tento problém zmírnily.

Historie bezpečnostních obav

2001–2004

V roce 2001 Jakobsson a Wetzel z Bell Laboratories objevili nedostatky v párovacím protokolu Bluetooth a také poukázali na zranitelnosti v šifrovacím schématu. V roce 2003 Ben a Adam Laurie ze společnosti AL Digital Ltd. zjistili, že závažné nedostatky v některých špatných implementacích zabezpečení Bluetooth mohou vést ke zveřejnění osobních údajů. V následném experimentu byl Martin Herfurt ze skupiny trifinite.group schopen provést terénní zkoušku na výstavišti CeBIT a ukázat tak důležitost problému pro svět. K tomuto experimentu byl použit nový útok s názvem BlueBug . V roce 2004 se na operačním systému Symbian objevil první údajný virus využívající technologii Bluetooth k šíření mezi mobilními telefony . Virus byl poprvé popsán společností Kaspersky Lab a vyžaduje, aby uživatelé potvrdili instalaci neznámého softwaru, než se bude moci šířit. Virus byl napsán jako důkaz koncepce skupinou autorů virů známých jako „29A“ a odeslán do antivirových skupin. Mělo by být tedy považováno za potenciální (nikoli však skutečnou) bezpečnostní hrozbu pro technologii Bluetooth nebo Symbian OS, protože virus se mimo tento systém nikdy nešířil. V srpnu 2004 světový rekordní experiment (viz také Bluetooth sniping ) ukázal, že dosah Bluetooth rádií třídy 2 lze rozšířit na 1,78 km (1,11 mi) pomocí směrových antén a zesilovačů signálu. To představuje potenciální bezpečnostní hrozbu, protože útočníkům umožňuje přístup ke zranitelným zařízením Bluetooth ze vzdálenosti nad očekávání. Útočník také musí být schopen přijímat informace od oběti a navázat spojení. Proti zařízení Bluetooth nelze provést útok, pokud útočník nezná jeho adresu Bluetooth a kanály, na kterých má vysílat, i když je lze odvodit během několika minut, pokud je zařízení používáno.

2005

V lednu 2005 se vynořil mobilní malwarový červ známý jako Lasco. Červ se začal zaměřovat na mobilní telefony využívající operační systém Symbian OS ( platforma Series 60 ) využívající zařízení s technologií Bluetooth k replikaci a šíření do dalších zařízení. Červ se instaluje sám a začíná, jakmile mobilní uživatel schválí přenos souboru (Velasco.sis) z jiného zařízení. Jakmile je červ nainstalován, začne hledat další zařízení podporující technologii Bluetooth k infikování. Červ navíc infikuje další  soubory .SIS v zařízení, což umožňuje replikaci na jiné zařízení pomocí vyměnitelných médií ( Secure Digital , CompactFlash atd.). Červ může způsobit, že mobilní zařízení bude nestabilní.

V dubnu 2005 vědci z univerzity v Cambridge zveřejnili výsledky své skutečné implementace pasivních útoků proti párování komerčních zařízení Bluetooth na základě PINu . Potvrdili, že útoky jsou prakticky rychlé a metoda vytváření symetrického klíče Bluetooth je zranitelná. Aby napravili tuto zranitelnost, navrhli implementaci, která ukázala, že silnější asymetrické vytvoření klíče je možné pro určité třídy zařízení, jako jsou mobilní telefony.

V červnu 2005 Yaniv Shaked a Avishai Wool publikovali článek popisující pasivní i aktivní metody pro získání PINu pro spojení Bluetooth. Pasivní útok umožňuje vhodně vybavenému útočníkovi odposlouchávat komunikaci a podvádět, pokud byl útočník přítomen v době počátečního párování. Aktivní metoda využívá speciálně vytvořenou zprávu, která musí být vložena v určitém bodě protokolu, aby master a slave zopakovali proces párování. Poté lze k prolomení PINu použít první metodu. Hlavní slabinou tohoto útoku je, že vyžaduje, aby uživatel napadených zařízení během útoku znovu zadal PIN, když ho k tomu zařízení vyzve. Také tento aktivní útok pravděpodobně vyžaduje vlastní hardware, protože většina komerčně dostupných zařízení Bluetooth není schopna potřebného načasování.

V srpnu 2005 vydala policie v Cambridgeshire v Anglii varování před zloději, kteří pomocí telefonů s technologií Bluetooth sledovali další zařízení ponechaná v autech. Policie radí uživatelům, aby zajistili, že veškerá připojení k mobilní síti budou deaktivována, pokud budou takto ponechány notebooky a další zařízení.

2006

V dubnu 2006 vědci ze společností Secure Network a F-Secure publikovali zprávu, která varuje před velkým počtem zařízení ponechaných ve viditelném stavu, a vydali statistiky o šíření různých služeb Bluetooth a snadném šíření případného červa Bluetooth.

V říjnu 2006 na bezpečnostní konferenci Luxemburgish Hack.lu Kevin Finistere a Thierry Zoller předvedli a vydali vzdálený root root přes Bluetooth na Mac OS X v10.3.9 a v10.4. Předvedli také první Bluetooth PIN a Linkkeys cracker, který vychází z výzkumu Wool and Shaked.

2017

V dubnu 2017 vědci v oblasti zabezpečení objevili několik využití softwaru Bluetooth na různých platformách, včetně Microsoft Windows , Linux , Apple iOS a Google Android . Tyto chyby zabezpečení se souhrnně nazývají „ BlueBorne “. Zneužití umožní útočníkovi připojit se k zařízením nebo systémům bez autentizace a může jim dát „prakticky plnou kontrolu nad zařízením“. Armis kontaktoval vývojáře společností Google, Microsoft, Apple, Samsung a Linux a umožnil jim opravit jejich software před koordinovaným oznámením zranitelností 12. září 2017.

2018

V červenci 2018 vědci z Technion - Izraelský technologický institut identifikovali zranitelnost zabezpečení v nejnovějších postupech párování Bluetooth: Secure Simple Pairing a LE Secure Connections.

V říjnu 2018 také Karim Lounis, výzkumník zabezpečení sítě na Queen's University, identifikoval na různých zařízeních Bluetooth zranitelnost zabezpečení, nazývanou CDV (Connection Dumping Vulnerability), která umožňuje útočníkovi strhnout stávající připojení Bluetooth a způsobit zrušení autorizace a odpojení zapojených zařízení. Výzkumník demonstroval útok na různá zařízení různých kategorií a od různých výrobců.

2019

V srpnu 2019 objevili bezpečnostní výzkumníci na Singapurské univerzitě technologie a designu , Helmholtz Center for Information Security a University of Oxford zranitelnost při vyjednávání klíčů, která by „hrubě vynutila vyjednané šifrovací klíče, dešifrovala odposlouchaný šifrový text a vložila platné šifrované zprávy (v reálném čase) “.

Obavy o zdraví

Bluetooth využívá vysokofrekvenční spektrum v rozsahu 2,402  GHz až 2,480  GHz, což je neionizující záření, podobné šířky pásma, jaké používají bezdrátové a mobilní telefony. Nebylo prokázáno žádné konkrétní poškození, přestože IARC zahrnovalo bezdrátový přenos do seznamu možných karcinogenů . Maximální výkon z rádia Bluetooth je 100 mW pro třídu 1, 2,5 mW pro třídu 2 a 1 mW pro zařízení třídy 3. I maximální výkon třídy 1 je nižší než u mobilních telefonů s nejnižším výkonem. Výstupy UMTS a W-CDMA 250 mW, GSM1800/1900 výstupy 1000 mW a GSM850/900 výstupy 2000 mW.        

Ocenění programů

Bluetooth Innovation World Cup, marketingová iniciativa skupiny Bluetooth Special Interest Group (SIG), byla mezinárodní soutěž, která podpořila vývoj inovací pro aplikace využívající technologii Bluetooth ve sportovních, fitness a zdravotnických produktech. Soutěž měla za cíl stimulovat nové trhy.

Mistrovství světa Bluetooth Innovation se v roce 2013 proměnilo v Bluetooth Breakthrough Awards. Bluetooth SIG následně v roce 2016 na Bluetooth World zahájilo cenu Imagine Blue Award. Program Bluetooth Breakthrough Awards zdůrazňuje nejinovativnější produkty a aplikace, které jsou dnes k dispozici, prototypy již brzy a projekty vedené studenty.

Viz také

Poznámky

Reference

externí odkazy