Bluetooth logo

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

OsztályMax. engedélyezett teljesítményTávolság (m)
(mW)(dBm)
110020~100
22.54~10
310~1
40.5-3~0.5

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 verzióMaximális sebességMaximális távolság
3.025 Mbit / s10 méter (33 ft)
4.025 Mbit / s60 méter (200 láb)
5.050 Mbit / s240 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 specifikációKlasszikus Bluetooth technológiaBluetooth Alacsony energiájú technológia (BLE)
Távolság / tartomány (elméleti max.)100 m (330 ft)> 100 m (> 330 láb)
Adatsebesség nyílt térben1-3 Mbit / s125 kbit / s - 1 Mbit / s - 2 Mbit / s
Adatátvitel0,7-2,1 Mbit / s0,27 Mbit / s
Aktív slave-ek száma7Nem meghatározott; alkalmazástól függ
Biztonság56/128-bites alkalmazásréteg szintű128 bites AES / CBC-MAC és alkalmazásréteg szintű
HibatűrésAdaptív gyors frekvencia ugrás, FEC, fast-ACKAdaptív frekvencia ugrás, lazy-ACK, 24 bites CRC, 32 bites üzenetbe integrált ellenőrzés
Rendelkezésre állás (nem csatlakoztatott állapotban)jellemzően 100 ms6 ms
Adatküldés minimális ideje100 ms3 ms
HangátvitelLehetségesNem lehetséges
Hálózati topológiaScatternetScatternet
Energiafelhasználás1 W (referenciaérték)0,01-0,50 W (használattól függően)
Maximális áramfogyasztás<30 mA<15 mA
SzolgáltatáskeresésIgenIgen
Elsődleges felhasználásMobiltelefonok, 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.

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.

Bluetooth alkalmazása

Források