Bluetooth
busz bluetooth A Bluetooth történelmi visszatekintése egészen a 10. századig nyúlik vissza - bár a kezdeteknek nincs jelentős szerepük a vezeték nélküli átvitel-technikában. A Harald Gormsen, király, Dánia és a dán Birodalom (mely magába foglalta Dániát és Norvégia nagy részét) uralkodása alatt a helyi szokások szerint toldalék-nevet kapott, a Blåtand-et. Ez a szócska hajdan inkább a király sötét megjelenésére utalt, a történelem már kékfogúként - blue tooth-ként - emlékezik meg róla.
A Bluetooth-t a '90-es években fejlesztette ki a Bluetooth Special Interest Group (SIG) az IEEE 802.15.1 szabványnak megfelelően, kistávolságú rádiófrekvenciás buszként. A kommunikációs kapcsolat pont-pont jellegű, de az un. ad-hoc-hálózatok és a piko-hálózatok kialakítása is lehetséges. Eredetileg az RS-232 átvitel vezeték nélküli alternativájaként jelent meg.
A Bluetooth nagyobbik részét a holland Jaap Haartsen és a svéd Dr. Sven Mattisson fejlesztették az Ericson-nál, de a fejlesztésben szerepet kapott a Nokia és az Intel is.
A Bluetooth olyan interfész felületet ad, melyen keresztül kommunikálhatnak egymással a PDA-k és a mobiltelefonok csakúgy, mint a számítógépek és a periférák.
ISM sáv
A busz működéséhez világszerte egy liszenszmentes sávot, az un. ISM-sáv-ot (Industrial, Scientific and Medical Band) a 2,402 GHz - 2,480 GHz frekvenciatartományban szabadon hagyják - elméletileg. Gyakorlatilag ezen a sávtartományon forgalmazhatnak WLAN-ok és vezeték nélküli telefonok is, illetve zavarhatják a mikrohullámú berendezések.
AFH
A Bluetooth az FHSS egy speciális frekvenciaugrásos változatát, az adaptív ugrást, az AFH-t (adaptive frequency hopping spread spectrum) alkalmazza.
Ez az eljárás 79 frekvencia-lépcsőre osztja a teljes sávszélességet. Ezek között a lépcsők között 1 MHz sávszélesség lett kihagyva, és a készülékek akár 1600-szor is válthatják ezeket a frekvencia-lépcsőket másodpercenként. Léteznek olyan csomagok is, melyek nem válthatnak túl sűrűn lépcsőt, ezek az un. Multislot csomagok. A sávszélesség két szélső lépcsője (legalacsonyabb és legmagasabb) biztonsági célokat szolgál, ezek az un. biztonsági sávok (Guard Band).
Persze a standard-tól jó pár országban eltérnek, így például (hol máshol) Franciaországban is, ahol a fentartott frekvenciataromány 2.4465 és 2.4835 GHz között található, így a fenti szabályok szerint csak 23 lépcső alakítható itt ki a megszokott 79-cel szemben.
Asszimetrikus átvitel alkalmazásával a 706,25 kbit/s letöltési és 57,6 kbit/s feltöltési sebesség is elérhető.
Eredetileg az átvitelre a GFSK modulációt alkalmazta, de ezt az évek során kibővítették / lecserélték.
Osztályai
Osztály | Max. engedélyezett teljesítmény | Távolság (m) | |
---|---|---|---|
(mW) | (dBm) | ||
1 | 100 | 20 | ~100 |
2 | 2.5 | 4 | ~10 |
3 | 1 | 0 | ~1 |
4 | 0.5 | -3 | ~0.5 |
A mobileszközökben általában 3. osztályú kommunikációs modulok találhatók, az 1.osztály ipari célokra került kifejlesztésre.
Verziói
Az évek során a Bluetooth-nak több verzója jelent meg a technológia fejlődésével párhuzamosan. Jelenleg a protokoll az 5. verziójánál tart (Bluetooth 5).
Az 1.1-es verziótól a készülék egyidejűleg akár 7 csatornán is kommunikálhat, ha ezt a rendelkezésre álló sávszélesség lehetővé teszi (shared medium).
A 2.0-ás verzióval és az EDR (Enhanced Data Rate) alkalmazásával az adatátvitelhez a 2,1 Mbit/s sebesség is biztosítható.
Bluetooth verzió | Maximális sebesség | Maximális távolság |
---|---|---|
3.0 | 25 Mbit / s | 10 méter (33 ft) |
4.0 | 25 Mbit / s | 60 méter (200 láb) |
5.0 | 50 Mbit / s | 240 méter (800 láb) |
Bluetooth LE / Bluetooth 5
en: Bluetooth Low Energy
A klasszikus Bluetooth technológiával szemben a Bluetooth LE (rövidebben: BLE) célja az azonos kommunikációs tartomány mellett egy lényegesen alacsonyabb energiafogyasztás, melyet lényegesen egyszerűsített modulációs eljárások alkalmazásával ér el. A BLE lassan, de biztosan kiszorítja a klasszikus Bluetooth-t a piacokról.
A protokollt még 2001-ben kezdte kifejleszteni a Nokia, melyet 2004-ben mutattak be „Bluetooth Low End Extension” névvel, melyet később (2006-ban) Wibree-re változtattak. 2007-ben a Bluetooth jogtulajdonosokkal egyezségre jutottak, így a Wibree vált a Bluetooth következő generációs protokolljává, a BLE-vé, mely a generációs jellegre utalva „Bluetooth 5” néven is szerepel.
Technikailag a BLE a klasszikus Bluetooth-hoz képest lefelezte az 2.4 GHZ ISM sávok számát, így a korábbi 79 csatormával szemben itt csak 40 található, és ezek 2 Mz-el határolódnak el egymástól. A frekvenciaugrások technológiáját is megváltoztatták, a BLE lassabban vált frekvenciát és azt is DSSS (közvetlen szekvenciájú szórt spektrum) eljárással teszi.
A BLE és a klasszikus Bluetooth összehasonlítása
Műszaki specifikáció | Klasszikus Bluetooth technológia | Bluetooth Alacsony energiájú technológia (BLE) |
---|---|---|
Távolság / tartomány (elméleti max.) | 100 m (330 ft) | > 100 m (> 330 láb) |
Adatsebesség nyílt térben | 1-3 Mbit / s | 125 kbit / s - 1 Mbit / s - 2 Mbit / s |
Adatátvitel | 0,7-2,1 Mbit / s | 0,27 Mbit / s |
Aktív slave-ek száma | 7 | Nem meghatározott; alkalmazástól függ |
Biztonság | 56/128-bites alkalmazásréteg szintű | 128 bites AES / CBC-MAC és alkalmazásréteg szintű |
Hibatűrés | Adaptív gyors frekvencia ugrás, FEC, fast-ACK | Adaptív frekvencia ugrás, lazy-ACK, 24 bites CRC, 32 bites üzenetbe integrált ellenőrzés |
Rendelkezésre állás (nem csatlakoztatott állapotban) | jellemzően 100 ms | 6 ms |
Adatküldés minimális ideje | 100 ms | 3 ms |
Hangátvitel | Lehetséges | Nem lehetséges |
Hálózati topológia | Scatternet | Scatternet |
Energiafelhasználás | 1 W (referenciaérték) | 0,01-0,50 W (használattól függően) |
Maximális áramfogyasztás | <30 mA | <15 mA |
Szolgáltatáskeresés | Igen | Igen |
Elsődleges felhasználás | Mobiltelefonok, játékok, fejhallgatók, sztereó audio streamingek, intelligens otthonok, hordozható számítógépek, autóipar, számítógépek, biztonság, egészségügy, sport és fitness stb. | Mobiltelefonok, játékok, intelligens otthonok, ruházat, autóipar, számítógépek, biztonság, egészségügy, sport és fitness, ipari stb. |
Bluetooth mesh networking
A Bluetooth mesh networking a BLE (Bluetooth 5) alapjaira felépített hálózatszervezési modell, mely elsősorban az IoT alkalmazások kiszolgálására lett létrehozva, 2017-ben.
- A hálózati telegrammok több szegmensből és maximum 284 bájtból állhatnak, de a legjellemzőbbek a 11 bájtból álló, egy szegmens hosszú telegrammok. Minden üzenet „opcode”-dal kezdődik, mely lehet egy bájt (speciális üzenetek esetén), 2 bájt (szabványos üzenetek esetén) vagy 3 bájt (szállítói-specifikus üzenetek esetén).
- Minden üzenetnek van egy forrása és egy célcíme, amely meghatározza, hogy mely eszközök kapják (és dolgozzák fel) az adott üzenetet. A készülékek üzeneteket küldhetnek célállomás csoportokra vagy akár az összes elérhető állomásra is (broadcasting).
- Minden üzenetnek egyedi sorszáma van.
- Minden üzenet titkosításra kerül és hitelesített. Az üzenetek biztonságos kezeléséhez hálózati vagy applikációk kulcsokat használhatnak.
- Az üzeneteknek „élniük” kell, azaz time to live (TTL) pecsétet tartalmaznak.