Bluetooth

Чтобы узнать о датском короле, см. Харальд Блютуз .

Bluetooth

Разработано	Специальная группа по интересам Bluetooth
Представлено	7 мая 1998 г ( 07.05.1998 )
Промышленность	Персональные сети
Совместимое оборудование	Персональные компьютеры Смартфоны Игровые консоли Аудиоустройства Встроенные устройства
Физический диапазон	Обычно менее 10 м (33 футов), но до 100 м (330 футов). Bluetooth 5.0: 40–400 м (100–1000 футов)
Веб-сайт	www .Bluetooth .с

Bluetooth Наушники , наушники и микрофон, которые обмениваются данными с мобильным телефоном по протоколу Bluetooth.

Bluetooth технологии ближнего действия — это стандарт беспроводной , который используется для обмена данными между фиксированными и мобильными устройствами на коротких расстояниях и построения персональных сетей (PAN). В наиболее широко используемом режиме мощность передачи ограничена 2,5 милливаттами , что обеспечивает очень короткую дальность действия — до 10 метров (33 фута). Он использует УВЧ радиоволны в диапазонах ISM от 2,402   ГГц до 2,48   ГГц. В основном он используется как альтернатива проводному соединению для обмена файлами между находящимися поблизости портативными устройствами и подключения сотовых телефонов и музыкальных плееров к беспроводным наушникам .

Bluetooth управляется Группой специальных интересов Bluetooth (SIG), в которую входят более 35 000 компаний-членов в области телекоммуникаций, вычислений, сетей и бытовой электроники. IEEE но стандартизировал Bluetooth как IEEE 802.15.1, больше не поддерживает этот стандарт. Bluetooth SIG курирует разработку спецификации, управляет программой квалификации и защищает товарные знаки. Производитель должен соответствовать стандартам Bluetooth SIG, чтобы продавать его как устройство Bluetooth. сеть патентов На технологию распространяется , лицензия на которую предоставляется отдельным соответствующим устройствам. По состоянию на 2021 год 4,7 миллиарда интегральных микросхем Bluetooth. Ежегодно продается Впервые Bluetooth был продемонстрирован в космосе в 2024 году. Это было раннее испытание, призванное расширить возможности Интернета вещей .

Этимология

Название «Bluetooth» было предложено в 1997 году Джимом Кардачем из Intel , одним из основателей Bluetooth SIG. Название было навеяно разговором со Свеном Маттиссоном, который рассказал историю Скандинавии через рассказы из « Франса Г. Бенгтссона » Длинных кораблей , исторического романа о викингах и датском короле X века Харальде Блютусе . Обнаружив изображение рунного камня Харальда Блютуз. в книге История викингов « Гвина Джонса » Кардах предложил Bluetooth в качестве кодового названия для программы беспроводной связи ближнего действия, которая теперь называется Bluetooth.

По данным официального сайта Bluetooth,

Bluetooth задумывался только как заполнитель, пока маркетинг не придумал что-то действительно крутое.

Позже, когда пришло время выбирать серьезное имя, Bluetooth пришлось заменить либо на RadioWire, либо на PAN (Personal Area Networking). PAN был лидером, но тщательный поиск показал, что у него уже были десятки тысяч упоминаний в Интернете.

Полный поиск товарных знаков на RadioWire не удалось завершить к моменту запуска, поэтому единственным выбором стал Bluetooth. Название быстро прижилось и, прежде чем его удалось изменить, распространилось по всей отрасли, став синонимом беспроводной технологии ближнего действия.

Bluetooth — это англизированная версия скандинавского слова Blåtand / Blåtann (или по- древнескандинавски blát ?nn ). Это был эпитет короля Харальда Bluetooth, который объединил разрозненные датские племена в единое королевство; Кардач выбрал это название, чтобы подчеркнуть, что Bluetooth аналогичным образом объединяет протоколы связи.

Логотип Bluetooth руна связывания , объединяющая Младшего Футарка. руны (ᚼ, Хагал ) и (ᛒ, Бьяркан ), инициалы Харальда.

История

Модуль Bluetooth Ericsson PBA 313 01/2S R2A, 22-я неделя выпуска 2001 г.

Разработка технологии радиосвязи «короткой связи», позже названной Bluetooth, была инициирована в 1989 году Нильсом Ридбеком, техническим директором компании Ericsson Mobile в Лунде , Швеция. Целью была разработка беспроводных гарнитур на основе двух изобретений Йохана Ульмана : SE 8902098-6 , выдан 12 июня 1989 г.   и SE 9202239 , выдан 24 июля 1992   г. Нильс Ридбек поручил Торду Вингрену уточнить детали, а голландцам Яапу Хаартсену и Свену Маттиссону - разработать. Оба работали в компании Ericsson в Лунде. Основное проектирование и разработка начались в 1994 году, и к 1997 году команда нашла работоспособное решение. С 1997 года Орьян Йоханссон стал руководителем проекта и продвигал технологии и стандартизацию.

В 1997 году Адалио Санчес, тогдашний руководитель отдела исследований и разработок продукта IBM ThinkPad , обратился к Нильсу Ридбеку с предложением о сотрудничестве по интеграции мобильного телефона в ноутбук ThinkPad. Два назначенных инженера из Ericsson и IBM изучили эту идею. Был сделан вывод, что энергопотребление мобильных телефонов в то время было слишком высоким, чтобы обеспечить эффективную интеграцию в ноутбук и при этом обеспечить достаточное время автономной работы. Вместо этого обе компании согласились интегрировать технологию короткого соединения Ericsson как в ноутбук ThinkPad, так и в телефон Ericsson для достижения этой цели.

Поскольку ни ноутбуки IBM ThinkPad, ни телефоны Ericsson в то время не занимали лидирующие позиции на своих рынках, Адалио Санчес и Нильс Ридбек согласились сделать технологию коротких ссылок открытым отраслевым стандартом, чтобы предоставить каждому игроку максимальный доступ к рынку. Эрикссон разработал технологию короткой радиосвязи, а IBM предоставила патенты на логический уровень. Затем Адалио Санчес из IBM нанял Стивена Нахтсхайма из Intel, а затем Intel также наняла Toshiba и Nokia . В мае 1998 года была запущена Bluetooth SIG, учредителями которой выступили IBM и Ericsson, а всего пять участников: Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba и IBM.

Первое устройство Bluetooth было представлено в 1999 году. Это была мобильная гарнитура с функцией громкой связи, получившая награду «Best of show Technology Award» на выставке COMDEX . Первым мобильным телефоном с Bluetooth был неизданный прототип Ericsson T36, хотя именно обновленная модель Ericsson T39 появилась на полках магазинов в июне 2001 года. Однако Ericsson выпустила R520m в первом квартале 2001 года. что делает R520m первым коммерчески доступным телефоном Bluetooth. Параллельно в октябре 2001 года IBM представила IBM ThinkPad A30, который стал первым ноутбуком со встроенным Bluetooth.

Раннее внедрение Bluetooth в продукты бытовой электроники продолжилось в компании Vosi Technologies в Коста-Меса, Калифорния, первоначально под руководством членов-основателей Бежана Амини и Тома Дэвидсона. Vosi Technologies была создана застройщиком Ивано Стегменгой (патент США № 608507) для связи между сотовым телефоном и аудиосистемой автомобиля. В то время Sony/Ericsson занимала лишь незначительную долю рынка сотовых телефонов, на котором в США доминировали Nokia и Motorola. Из-за продолжающихся переговоров о предполагаемом лицензионном соглашении с Motorola, начавшихся в конце 1990-х годов, Воси не мог публично раскрыть намерения, интеграцию и первоначальную разработку других устройств с поддержкой, которые должны были стать первыми устройствами « умного дома », подключенными к Интернету.

Воси требовалось средство, позволяющее системе обмениваться данными без проводного соединения автомобиля с другими устройствами в сети. Был выбран Bluetooth, поскольку Wi-Fi еще не был доступен и не поддерживался на общедоступном рынке. Vosi начал разработку интегрированной автомобильной системы Vosi Cello и некоторых других устройств, подключенных к Интернету, одно из которых должно было стать настольным устройством под названием Vosi Symphony, подключенным к сети через Bluetooth. В ходе переговоров с Motorola Vosi представила и раскрыла свое намерение интегрировать Bluetooth в свои устройства. В начале 2000-х годов юридическая тяжба разгорелся спор между Vosi и Motorola, которые приостановили выпуск устройств на неопределенный срок. Позже Motorola реализовала его в своих устройствах, что положило начало значительному распространению Bluetooth на публичном рынке из-за его большой доли на рынке в то время.

В 2012 году Яап Хаартсен был номинирован Европейским патентным ведомством на премию European Inventor Award .

Выполнение

Bluetooth работает на частотах от 2,402 до 2,480   ГГц или от 2,400 до 2,4835   ГГц, включая защитные полосы шириной 2   МГц в нижней части и   шириной 3,5 МГц в верхней части. Это нелицензируемый (но не регулируемый) во всем мире промышленный, научный и медицинский ( ISM )   радиочастотный диапазон ближнего действия 2,4 ГГц. Bluetooth использует радиотехнологию, называемую расширенным спектром со скачкообразной перестройкой частоты . Bluetooth делит передаваемые данные на пакеты и передает каждый пакет по одному из 79 назначенных каналов Bluetooth. Каждый канал имеет полосу пропускания 1   МГц. Обычно он выполняет 1600   скачков в секунду с включенной адаптивной скачкообразной перестройкой частоты (AFH). Bluetooth Low Energy использует   интервал 2 МГц, что позволяет использовать 40 каналов.

Первоначально модуляция с гауссовой частотной манипуляцией (GFSK) была единственной доступной схемой модуляции. С момента появления Bluetooth 2.0+EDR между совместимыми устройствами также можно использовать модуляцию π/4- DQPSK (дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция) и 8-DPSK. Говорят, что устройства, работающие с GFSK, работают в режиме базовой скорости (BR), где мгновенная скорость передачи данных 1   Мбит/с возможна . Термин «повышенная скорость передачи данных» ( EDR ) используется для описания схем π/4-DPSK (EDR2) и 8-DPSK (EDR3), передающих 2 и 3   Мбит/с соответственно.

В 2019 году Apple опубликовала расширение под названием HDR, которое поддерживает скорости передачи данных 4 (HDR4) и 8 (HDR8) Мбит/с с использованием модуляции π/4 -DQPSK на каналах 4 МГц с прямой коррекцией ошибок (FEC).

Bluetooth — это пакетный протокол с архитектурой «главный/подчиненный» . Один мастер может общаться с семью подчиненными в пикосети . Все устройства в пределах данной пикосети используют часы, предоставленные ведущим устройством, в качестве основы для обмена пакетами. Тики главных часов с периодом 312,5   мкс , тогда два такта составляют слот 625   мкс, а два слота составляют пару слотов 1250   мкс. В простом случае однослотовых пакетов ведущий передает в четных слотах и ​​принимает в нечетных. Ведомое устройство, наоборот, принимает в четных слотах и ​​передает в нечетных. Пакеты могут иметь длину 1, 3 или 5 слотов, но во всех случаях передача ведущего устройства начинается в четных слотах, а ведомого - в нечетных.

Вышеуказанное не включает Bluetooth Low Energy, представленный в спецификации 4.0. который использует тот же спектр, но несколько по-другому .

Общение и связь

Главное устройство Bluetooth BR/EDR может взаимодействовать максимум с семью устройствами в пикосети (специальной компьютерной сети, использующей технологию Bluetooth), хотя не все устройства достигают этого максимума. Устройства могут переключаться ролями по соглашению, и ведомое устройство может стать ведущим (например, гарнитура, инициирующая соединение с телефоном, обязательно начинается как ведущее — как инициатор соединения — но впоследствии может работать как ведомое).

Базовая спецификация Bluetooth предусматривает соединение двух или более пикосетей для формирования сети разброса , в которой определенные устройства одновременно играют роль ведущего/лидера в одной пикосети и роль ведомого в другой.

В любой момент времени данные могут передаваться между ведущим устройством и еще одним устройством (за исключением малоиспользуемого режима широковещания). Ведущий выбирает, к какому ведомому устройству обращаться; обычно он быстро переключается с одного устройства на другое по круговому принципу . Поскольку именно ведущий выбирает, к какому ведомому адресу обращаться, тогда как ведомый (теоретически) должен прослушивать каждый слот приема, быть мастером легче, чем быть ведомым. Быть хозяином семи рабов возможно; возможно быть рабом более чем одного хозяина. Спецификация расплывчата относительно требуемого поведения в скаттернетах.

Использование

Bluetooth — это стандартный протокол связи, заменяющий провод, в первую очередь предназначенный для низкого энергопотребления и малого радиуса действия, основанный на недорогих приемопередатчиков микрочипах в каждом устройстве. Поскольку устройства используют систему радио (вещательной) связи, им не обязательно находиться в прямой видимости друг друга; однако квазиоптический беспроводной путь должен быть жизнеспособным.

Классы Bluetooth и энергопотребление

Мощность устройства Bluetooth по классам

Сорт	Максимально допустимая мощность
	мВт	дБм
1	10–100	+10–+20
1.5*	2.5–10	+4–+10
2	1–2.5	0–+4
3	0.01–1	−20–0
* Класс   1.5 включен в класс   1 для BR/EDR.
Источник: Базовая спецификация Bluetooth, версия   5.3, Том   6, Часть   А, §   3, и Том   2, часть   A, §   3, Bluetooth SIG

Исторически диапазон Bluetooth определялся классом радиосвязи, при этом более низкий класс (и более высокая выходная мощность) имел больший диапазон. Фактическая дальность действия данной линии связи зависит от нескольких качеств как устройств связи, так и воздуха и препятствий между ними . Основными атрибутами, влияющими на дальность действия, являются скорость передачи данных, протокол (Bluetooth Classic или Bluetooth Low Energy), мощность передачи и чувствительность приемника, а также относительная ориентация и усиление обеих антенн.

Эффективный диапазон варьируется в зависимости от условий распространения, покрытия материала, вариаций промышленных образцов, конфигурации антенн и состояния батарей. Большинство приложений Bluetooth предназначены для использования внутри помещений, где затухание стен и затухание сигнала из-за отражения сигнала делают дальность действия намного ниже, чем указанные диапазоны прямой видимости продуктов Bluetooth.

Большинство приложений Bluetooth представляют собой устройства класса 2 с батарейным питанием, с небольшой разницей в радиусе действия независимо от того, является ли другой конец соединения устройством класса 1 или класса 2, поскольку устройство с меньшим энергопотреблением имеет тенденцию устанавливать предел диапазона. В некоторых случаях эффективная дальность передачи данных может быть расширена, когда устройство класса 2 подключается к приемопередатчику класса 1 с более высокой чувствительностью и мощностью передачи, чем типичное устройство класса 2. Однако в целом устройства класса 1 имеют чувствительность, аналогичную чувствительности устройств класса 2. Соединение двух устройств класса 1 с высокой чувствительностью и высокой мощностью может обеспечить дальность действия, значительно превышающую типичные 100 м, в зависимости от пропускной способности, необходимой для приложения. Некоторые такие устройства допускают расстояние в открытом пространстве до 1 км и более между двумя аналогичными устройствами без превышения установленных законом пределов излучения.

Профиль Bluetooth

Основная статья: Список профилей Bluetooth

Чтобы использовать беспроводную технологию Bluetooth, устройство должно иметь возможность интерпретировать определенные профили Bluetooth. Например,

• Профиль гарнитуры (HSP) позволяет подключать наушники и вкладыши к мобильному телефону или ноутбуку.
• Профиль медицинского устройства (HDP) позволяет подключить сотовый телефон к цифровому термометру или детектору сердечного ритма.
• Профиль распределения видео (VDP) отправляет видеопоток с видеокамеры на экран телевизора или записывающее устройство.

Профили представляют собой определения возможных приложений и определяют общее поведение, которое устройства с поддержкой Bluetooth используют для связи с другими устройствами Bluetooth. Эти профили включают настройки для параметрирования и управления связью с самого начала. Соблюдение профилей экономит время на повторную передачу параметров до того, как двунаправленная связь станет эффективной. Существует широкий спектр профилей Bluetooth, которые описывают множество различных типов приложений или вариантов использования устройств.

Список приложений

Типичная Bluetooth- гарнитура для мобильного телефона начала 2000-х годов.

Портативная водонепроницаемая Bluetooth-колонка JBL с аккумуляторной батареей, изготовленная в конце 2010-х годов.

• Беспроводное управление и связь между мобильным телефоном и гарнитурой громкой связи . Это было одно из первых приложений, ставших популярными.
• Беспроводное управление звуком и функциями связи между мобильным телефоном и автомобильной стереосистемой, совместимой с Bluetooth (а иногда и между SIM-картой и автомобильным телефоном). ).
• Беспроводная связь между смартфоном и умным замком для отпирания дверей.
• Беспроводное управление и связь с телефонами, планшетами и портативными беспроводными колонками на базе iOS и Android .
• Беспроводная Bluetooth-гарнитура и домофон . Идиоматически гарнитуру иногда называют «Bluetooth».
• Беспроводная потоковая передача звука на наушники с возможностью связи или без нее.
• Беспроводная потоковая передача данных, собранных фитнес-устройствами с поддержкой Bluetooth, на телефон или ПК.
• Беспроводная сеть между компьютерами в ограниченном пространстве, где требуется небольшая полоса пропускания.
• Беспроводная связь с устройствами ввода и вывода ПК, наиболее распространенными из которых являются мышь , клавиатура и принтер .
• Передача файлов, контактных данных, встреч в календаре и напоминаний между устройствами с помощью OBEX и совместное использование каталогов через FTP .
• Запуск затвора камеры смартфона управляемой через Bluetooth с помощью палки для селфи, .
• Замена предыдущей проводной последовательной связи RS-232 в испытательном оборудовании, GPS-приемниках , медицинском оборудовании, сканерах штрих-кодов и устройствах управления дорожным движением.
• Для управления, где инфракрасный порт . часто использовался
• Для приложений с низкой пропускной способностью, где не требуется более высокая пропускная способность USB и желательно беспроводное соединение.
• Отправка небольших рекламных объявлений с рекламных щитов с поддержкой Bluetooth на другие обнаруживаемые устройства Bluetooth.
• Беспроводной мост между двумя сетями Industrial Ethernet (например, PROFINET ).
• Игровые консоли используют Bluetooth в качестве протокола беспроводной связи для периферийных устройств с седьмого поколения , включая Nintendo . от Wii и Sony PlayStation 3 , которые используют Bluetooth для своих контроллеров.
• Коммутируемый доступ в Интернет на персональных компьютерах или КПК с использованием мобильного телефона с возможностью передачи данных в качестве беспроводного модема.
• Передача данных датчиков здоровья на короткие расстояния от медицинских устройств на мобильный телефон, телевизионную приставку или специальные телемедицины . устройства
• Разрешение телефону DECT звонить и отвечать на вызовы от имени находящегося поблизости мобильного телефона.
• Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) используются для отслеживания и определения местоположения объектов в реальном времени с использованием «узлов» или «тегов», прикрепленных к отслеживаемым объектам или встроенных в них, и «считывателей», которые получают и обрабатывают беспроводные сигналы. сигналы от этих тегов для определения их местоположения.
• Приложение личной безопасности на мобильных телефонах для предотвращения кражи или потери вещей. Защищаемый объект имеет маркер Bluetooth (например, метку), который находится в постоянной связи с телефоном. Если связь разрывается (маркер находится вне зоны действия телефона) то поднимается тревога. Его также можно использовать в качестве сигнализации о человеке за бортом .
• Калгари , Альберта , Отдел дорожного движения Канады использует данные, собранные с Bluetooth-устройств путешественников, для прогнозирования времени в пути и пробок на дорогах для автомобилистов.
• Беспроводная передача звука (более надежная альтернатива FM-передатчикам )
• Прямая трансляция видео на зрительный кортикальный имплантат, выполненная Набилем Фаттахом в университете Ньюкасла, 2017 г.
• Подключение контроллеров движения к ПК при использовании VR-гарнитуры

Устройства

адаптер Bluetooth USB- с радиусом действия 100 м (330 футов).

Bluetooth присутствует во многих продуктах, таких как телефоны, колонки , планшеты, медиаплееры, робототехнические системы, ноутбуки и игровые консоли, а также в некоторых гарнитурах высокого разрешения , модемах , слуховых аппаратах . и даже часы. Тем не менее, Bluetooth полезен при передаче информации между двумя или более устройствами, находящимися рядом друг с другом, в ситуациях с низкой пропускной способностью. Bluetooth обычно используется для передачи звуковых данных с помощью телефонов (например, с помощью гарнитуры Bluetooth) или байтовых данных с помощью портативных компьютеров (передача файлов).

Протоколы Bluetooth упрощают обнаружение и настройку служб между устройствами. Устройства Bluetooth могут рекламировать все предоставляемые ими услуги. Это упрощает использование сервисов, поскольку большую часть конфигурации безопасности, сетевого адреса и разрешений можно автоматизировать, чем во многих других типах сетей.

Требования к компьютеру

Ранний USB- ключ Bluetooth

Ранняя внутренняя Bluetooth-карта ноутбука (14 × 36 × 4   мм).

Персональный компьютер, не имеющий встроенного Bluetooth, может использовать адаптер Bluetooth, который позволяет ПК взаимодействовать с устройствами Bluetooth. В то время как некоторые настольные компьютеры и новейшие ноутбуки оснащены встроенным радиомодулем Bluetooth, для других требуется внешний адаптер, обычно в виде небольшого USB- адаптера .

В отличие от своего предшественника IrDA , для которого требуется отдельный адаптер для каждого устройства, Bluetooth позволяет нескольким устройствам взаимодействовать с компьютером через один адаптер.

Реализация операционной системы

Дополнительная информация: стек Bluetooth.

На Microsoft платформах выпуски Windows XP с пакетом обновления 2 и SP3 изначально работают с Bluetooth v1.1, v2.0 и v2.0+EDR. Предыдущие версии требовали от пользователей установки собственных драйверов адаптера Bluetooth, которые напрямую не поддерживались Microsoft. Собственные Bluetooth-ключи Microsoft (входящие в комплект поставки компьютерных устройств Bluetooth) не имеют внешних драйверов и поэтому требуют как минимум Windows XP Service Pack 2. Windows Vista RTM/SP1 с пакетом функций для беспроводной связи или Windows Vista SP2 работают с Bluetooth v2.1+EDR. . Windows 7 работает с Bluetooth v2.1+EDR и расширенным ответом на запрос (EIR). Стеки Bluetooth Windows XP и Windows Vista/Windows 7 изначально поддерживают следующие профили Bluetooth: PAN, SPP, DUN , HID, HCRP. Стек Windows XP можно заменить стеком стороннего производителя, который поддерживает больше профилей или новые версии Bluetooth. Стек Bluetooth Windows Vista/Windows 7 поддерживает дополнительные профили, поставляемые поставщиком, без необходимости замены стека Microsoft. Windows 8 и более поздние версии поддерживают Bluetooth Low Energy (BLE). Обычно рекомендуется установить последнюю версию драйвера поставщика и связанного с ним стека, чтобы иметь возможность использовать устройство Bluetooth в полной мере.

Продукты Apple работают с Bluetooth начиная с Mac OS   X v10.2 , выпущенной в 2002 году.

В Linux есть два популярных стека Bluetooth : BlueZ и Fluoride. Стек BlueZ включен в большинство ядер Linux и изначально был разработан Qualcomm . Фтор, ранее известный как Bluedroid, включен в ОС Android и изначально был разработан компанией Broadcom . Существует также стек Affix, разработанный Nokia . Когда-то он был популярен, но не обновлялся с 2005 года.

FreeBSD включает Bluetooth начиная с версии 5.0, реализованной через netgraph .

NetBSD включает Bluetooth с момента выпуска версии 4.0. был портирован на OpenBSD , однако позже OpenBSD удалил его как неподдерживаемый. Его стек Bluetooth также

DragonFly BSD имеет реализацию Bluetooth NetBSD с версии 1.11 (2008 г.). Реализация на основе netgraph из FreeBSD также доступна в дереве, возможно, отключена до 15 ноября 2014 г. и может потребовать дополнительной работы.

Технические характеристики и особенности

Спецификации были официально утверждены Специальной группой по интересам Bluetooth (SIG) и официально объявлены 20 мая 1998 года. В 2014 году в нее входили более 30 000 компаний по всему миру. Ее основали Ericsson , IBM , Intel , Nokia и Toshiba , а позже к ней присоединились многие другие компании.

Все версии стандартов Bluetooth обратно совместимы со всеми более ранними версиями.

Рабочая группа по основным спецификациям Bluetooth (CSWG) разрабатывает в основном четыре типа спецификаций:

• Базовая спецификация Bluetooth – обычно публикуется каждые несколько лет.
• Дополнение к основной спецификации (CSA)
• Дополнения к основным спецификациям (CSS) — могут выпускаться чаще, чем дополнения.
• Исправления — доступны с учетной записью Bluetooth SIG: вход в систему исправлений )

Bluetooth 1.0 и 1.0Б

• Продукты не были совместимыми.
• Анонимность была невозможна, что не позволяло некоторым службам использовать среду Bluetooth.

Блютуз 1.1

• Ратифицирован как стандарт IEEE 802.15.1–2002.
• Исправлены многие ошибки, обнаруженные в спецификациях версии 1.0B.
• Добавлена ​​возможность незашифрованных каналов.
• Индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI)

Блютуз 1.2

Основные улучшения включают в себя:

• Более быстрое подключение и обнаружение
• Адаптивный расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (AFH) , который повышает устойчивость к радиочастотным помехам за счет исключения использования переполненных частот в последовательности скачкообразного изменения частоты.
• На практике более высокие скорости передачи, чем в версии 1.1, до 721 кбит/с.
• Расширенные синхронные соединения (eSCO), которые улучшают качество передачи речи по аудиоканалам, позволяя повторную передачу поврежденных пакетов, и могут дополнительно увеличивать задержку звука, чтобы обеспечить лучшую одновременную передачу данных.
• Работа интерфейса хост-контроллера (HCI) с трехпроводным UART
• Ратифицирован как стандарт IEEE 802.15.1–2005.
• Введены режимы управления потоком и повторной передачи для L2CAP.

Bluetooth 2.0 + ЭДР

Эта версия базовой спецификации Bluetooth была выпущена до 2005 года. Основным отличием является введение повышенной скорости передачи данных (EDR) для более быстрой передачи данных . Скорость передачи данных EDR составляет 3   Мбит/с, хотя максимальная скорость передачи данных (с учетом времени между пакетами и подтверждений) составляет 2,1   Мбит/с. EDR использует комбинацию GFSK и фазовой манипуляции (PSK) с двумя вариантами: π/4- DQPSK и 8- DPSK . EDR может обеспечить более низкое энергопотребление за счет сокращения рабочего цикла .

Спецификация опубликована как Bluetooth v2.0 + EDR , что подразумевает, что EDR является дополнительной функцией. Помимо EDR, спецификация v2.0 содержит и другие незначительные улучшения, и продукты могут заявлять о соответствии Bluetooth v2.0 без поддержки более высокой скорости передачи данных. По крайней мере, у одного коммерческого устройства в паспорте указано «Bluetooth v2.0 без EDR».

Bluetooth 2.1 + ЭДР

Базовая спецификация Bluetooth версии 2.1 + EDR была принята Bluetooth SIG 26 июля 2007 года.

Главной особенностью версии 2.1 является безопасное простое сопряжение (SSP): оно улучшает процесс сопряжения для устройств Bluetooth, одновременно увеличивая использование и уровень безопасности.

Версия 2.1 допускает различные другие улучшения, включая расширенный ответ на запрос (EIR), который предоставляет больше информации во время процедуры запроса, чтобы обеспечить лучшую фильтрацию устройств перед подключением; и пониженная мощность сниффа, которая снижает энергопотребление в режиме пониженного энергопотребления.

Bluetooth 3.0 + ХС

Версия 3.0 + HS базовой спецификации Bluetooth был принят Bluetooth SIG 21 апреля 2009 года. Bluetooth v3.0 + HS обеспечивает теоретическую скорость передачи данных до 24 Мбит/с, но не по самому каналу Bluetooth. Вместо этого для согласования и установления используется канал Bluetooth, а трафик с высокой скоростью передачи данных передается по совмещенному каналу 802.11 .

Основной новой функцией является AMP (Альтернативный MAC/PHY), добавление 802.11 в качестве высокоскоростного транспорта. Высокоскоростная часть спецификации не является обязательной, и, следовательно, только устройства с логотипом «+HS» фактически поддерживают высокоскоростную передачу данных Bluetooth по стандарту 802.11. Устройство Bluetooth v3.0 без суффикса «+HS» требуется только для поддержки функций, представленных в базовой спецификации версии 3.0. или более раннее Приложение к основной спецификации 1.

L2CAP Расширенные режимы

Режим расширенной повторной передачи (ERTM) реализует надежный канал L2CAP, а режим потоковой передачи (SM) реализует ненадежный канал без повторной передачи или управления потоком. Представлено в дополнении 1 к базовой спецификации.

Альтернативный MAC/PHY

Позволяет использовать альтернативные MAC и PHY для передачи данных профиля Bluetooth. Радиомодуль Bluetooth по-прежнему используется для обнаружения устройств, первоначального подключения и настройки профиля. Однако, когда необходимо отправить большие объемы данных, данные передаются по альтернативному высокоскоростному MAC PHY 802.11 (обычно связанному с Wi-Fi). Это означает, что Bluetooth использует проверенные модели подключения с низким энергопотреблением, когда система простаивает, и более быстрое радио, когда необходимо отправить большие объемы данных. Для каналов AMP требуются расширенные режимы L2CAP.

Одноадресная передача данных без установления соединения

Разрешает отправку служебных данных без установления явного канала L2CAP. Он предназначен для использования приложениями, которым требуется низкая задержка между действиями пользователя и повторным подключением/передачей данных. Это подходит только для небольших объемов данных.

Улучшенное управление питанием

Обновляется функция управления мощностью, чтобы исключить управление мощностью с разомкнутым контуром, а также прояснить неоднозначности в управлении мощностью, возникающие из-за новых схем модуляции, добавленных для EDR. Расширенное управление питанием устраняет неоднозначность, определяя ожидаемое поведение. Эта функция также добавляет управление мощностью с обратной связью, что означает, что фильтрация RSSI может запускаться сразу после получения ответа. Кроме того, был введен запрос «перейти сразу к максимальной мощности». Ожидается, что это решит проблему потери соединения с гарнитурой, которая обычно наблюдается, когда пользователь кладет свой телефон в карман на противоположной стороне от гарнитуры.

Сверхширокополосный

Высокоскоростная функция (AMP) Bluetooth v3.0 изначально предназначалась для UWB , но WiMedia Alliance, орган, ответственный за версию UWB, предназначенную для Bluetooth, объявил в марте 2009 года о своем расформировании, и в конечном итоге UWB был исключен. из спецификации Core v3.0.

16 марта 2009 года WiMedia Alliance объявил о заключении соглашений о передаче технологий для спецификаций сверхширокополосной связи WiMedia (UWB). WiMedia передала все текущие и будущие спецификации, включая работу над будущими высокоскоростными и оптимизированными по энергопотреблению реализациями, в Группу специальных интересов Bluetooth (SIG), Группу промоутеров беспроводного USB и Форум разработчиков USB . После успешного завершения передачи технологий, маркетинга и сопутствующих административных вопросов WiMedia Alliance прекратил свою деятельность.

В октябре 2009 года Специальная группа по интересам Bluetooth приостановила разработку UWB как части альтернативного решения MAC/PHY, Bluetooth v3.0 + HS. Небольшое, но значительное число бывших членов WiMedia не подписали и не подпишут необходимые соглашения о передаче IP . По состоянию на 2009 год Bluetooth SIG находился в процессе оценки других вариантов своей долгосрочной дорожной карты.

Блютуз 4.0

Основная статья: Bluetooth с низким энергопотреблением

Bluetooth SIG завершил разработку базовой спецификации Bluetooth версии 4.0 (называемой Bluetooth Smart) и был принят 30 июня 2010 г. . Он включает Classic Bluetooth , высокоскоростной Bluetooth и Bluetooth Low Energy протоколы (BLE). Высокоскоростной Bluetooth основан на Wi-Fi, а классический Bluetooth состоит из устаревших протоколов Bluetooth.

Bluetooth Low Energy , ранее известный как Wibree, представляет собой подмножество Bluetooth v4.0 с совершенно новым стеком протоколов для быстрого создания простых соединений. В качестве альтернативы стандартным протоколам Bluetooth, которые были представлены в Bluetooth v1.0–v3.0, он предназначен для приложений с очень низким энергопотреблением, работающих от батарейки типа «таблетка» . Конструкции микросхем допускают два типа реализации: двухрежимную, одномодовую и улучшенную прошлую версию. От предварительных названий Wibree и Bluetooth ULP (Ultra Low Power) отказались, и некоторое время использовалось название BLE. В конце 2011 года в качестве общедоступного лица BLE были представлены новые логотипы «Bluetooth Smart Ready» для хостов и «Bluetooth Smart» для датчиков.

По сравнению с классическим Bluetooth , Bluetooth Low Energy предназначен для обеспечения значительного снижения энергопотребления и стоимости при сохранении аналогичного радиуса действия связи . С точки зрения увеличения срока службы батареи устройств Bluetooth BLE представляет собой значительный прогресс.

• В одномодовой реализации реализуется только стек протоколов с низким энергопотреблением. Диалог Полупроводник , СТМикроэлектроника , АМИКОМ, КСО , Северные полупроводники и Техасские инструменты выпустили одномодовые решения Bluetooth Low Energy.
• В двухрежимной реализации функциональность Bluetooth Smart интегрирована в существующий контроллер Classic Bluetooth. По состоянию на март 2011 г. Следующие полупроводниковые компании объявили о наличии чипов, соответствующих стандарту: Qualcomm Atheros , CSR , Broadcom. и Техасские инструменты . Соответствующая архитектура использует все существующие радиомодули и функции Classic Bluetooth, что приводит к незначительному увеличению стоимости по сравнению с Classic Bluetooth.

Недорогие одномодовые чипы, которые позволяют создавать высокоинтегрированные и компактные устройства, имеют легкий канальный уровень, обеспечивающий работу в режиме ожидания со сверхнизким энергопотреблением, простое обнаружение устройств и надежную передачу данных между точками и многими точками с улучшенным энергосбережением и безопасностью. зашифрованные соединения по минимально возможной цене.

Общие улучшения в версии 4.0 включают изменения, необходимые для облегчения работы режимов BLE, а также служб Generic Attribute Profile (GATT) и Security Manager (SM) с AES шифрованием .

Приложение 2 к базовой спецификации было представлено в декабре 2011 года; он содержит улучшения интерфейса хост-контроллера аудио и уровня адаптации высокоскоростного протокола (802.11).

Дата принятия Дополнения к основной спецификации 3, редакция 2 — 24 июля 2012 года.

Дата принятия Дополнения 4 к основной спецификации — 12 февраля 2013 г.

Блютуз 4.1

Bluetooth SIG объявила об официальном принятии спецификации Bluetooth v4.1 4 декабря 2013 года. Эта спецификация представляет собой дополнительное обновление программного обеспечения для спецификации Bluetooth v4.0, а не обновление оборудования. Обновление включает дополнения к базовой спецификации Bluetooth (CSA 1, 2, 3 и 4) и добавляет новые функции, повышающие удобство использования для потребителей. К ним относятся расширенная поддержка сосуществования LTE, скорость массового обмена данными, а также поддержка инноваций разработчиков, позволяющая устройствам поддерживать несколько ролей одновременно.

Новые возможности этой спецификации включают в себя:

• Сигнализация сосуществования услуг мобильной беспроводной связи
• Движение поездов и обобщенное чересстрочное сканирование
• Направленная реклама с низким рабочим циклом
• L2CAP ориентированные на соединение и выделенные каналы с управлением потоком на основе кредитов
• Двойной режим и топология
• Топология канального уровня LE
• 802.11n PAL
• Обновления аудиоархитектуры для широкополосной речи
• Интервал объявления быстрых данных
• Ограниченное время открытия

Некоторые функции уже были доступны в дополнении к базовой спецификации (CSA) еще до выпуска версии 4.1.

Блютуз 4.2

Выпущено 2 декабря 2014 г., он представляет функции Интернета вещей .

Основными направлениями улучшений являются:

• с низким энергопотреблением Безопасное соединение и пакета данных увеличением длины
• Конфиденциальность канального уровня с расширенными политиками фильтрации сканера
• Профиль поддержки интернет-протокола (IPSP) версии 6 готов к использованию Bluetooth. Умные вещи для поддержки подключенного дома

Старое оборудование Bluetooth может получить функции версии 4.2, такие как увеличение длины пакета данных и улучшенную конфиденциальность благодаря обновлениям прошивки.

Блютуз 5

Bluetooth SIG выпустила Bluetooth 5 6 декабря 2016 года. Его новые функции в основном ориентированы на новую технологию Интернета вещей . Sony первой объявила о поддержке Bluetooth 5.0 в своем Xperia XZ Premium в феврале 2017 года во время Mobile World Congress 2017. Samsung Galaxy S8 был выпущен с поддержкой Bluetooth 5 в апреле 2017 года. В сентябре 2017 года были выпущены iPhone 8 , 8 Plus и iPhone X с поддержкой Bluetooth 5. Apple также интегрировала Bluetooth 5 в свое новое предложение HomePod , выпущенное 9 февраля 2018 года. Маркетинг опускает количество баллов; чтобы это был просто «Bluetooth 5» (в отличие от Bluetooth 4.0); Это изменение сделано ради «упрощения нашего маркетинга, более эффективного информирования пользователей о преимуществах и облегчения информирования рынка о значительных технологических обновлениях».

Bluetooth 5 предоставляет для BLE опции, которые могут удвоить скорость передачи данных (   пакет 2 Мбит/с) за счет дальности или обеспечить до четырехкратного увеличения дальности за счет скорости передачи данных. Увеличение количества передач может быть важно для устройств Интернета вещей, где множество узлов соединяются по всему дому. Bluetooth 5 увеличивает возможности служб без установления соединения, таких как навигация с привязкой к местоположению. низкоэнергетических Bluetooth-соединений.

Основными направлениями улучшений являются:

• Маска доступности слотов (SAM)
• PHY 2 Мбит/с для LE
• Дальняя дальность
• Неподключаемая реклама с высоким рабочим циклом
• Рекламные расширения LE
• Алгоритм выбора канала №2

Функции, добавленные в CSA5 и интегрированные в версию 5.0:

• Более высокая выходная мощность

В этой версии спецификации были удалены следующие функции:

• Парк штата

Блютуз 5.1

Bluetooth SIG представила Bluetooth 5.1 21 января 2019 года.

Основными направлениями улучшений являются:

• Угол прибытия (AoA) и угол отклонения (AoD), которые используются для обнаружения и отслеживания устройств.
• Индекс рекламных каналов
• Кэширование GATT
• Незначительные улучшения, пакет 1:
  • Поддержка HCI для ключей отладки в LE Secure Connections
  • Механизм обновления точности часов сна
  • Поле ADI в данных ответа на сканирование
  • Взаимодействие между QoS и спецификацией потока
  • Блокировать классификацию каналов хоста для вторичной рекламы
  • Разрешить появление SID в отчетах об ответах на сканирование
  • Укажите поведение при нарушении правил
• Периодическая передача синхронизации рекламы

Функции, добавленные в Дополнение к базовой спецификации (CSA) 6, интегрированные в версию 5.1:

• Модели
• модели на основе сетки Иерархия

В этой версии спецификации были удалены следующие функции:

• Ключи устройства

Блютуз 5.2

31 декабря 2019 года Bluetooth SIG опубликовала базовую спецификацию Bluetooth версии 5.2. Новая спецификация добавляет новые возможности:

• Enhanced Attribute Protocol (EATT), улучшенная версия Attribute Protocol (ATT).
• LE Контроль мощности
• LE изохронные каналы
• LE Audio , созданный на основе новых функций версии 5.2. BT LE Audio был анонсирован в январе 2020 года на выставке CES компанией Bluetooth SIG . По сравнению с обычным Bluetooth Audio, Bluetooth Low Energy Audio позволяет снизить расход заряда батареи и создает стандартизированный способ передачи звука через BT LE. Bluetooth LE Audio также обеспечивает передачу «один ко многим» и «многие к одному», что позволяет использовать несколько приемников из одного источника или один приемник для нескольких источников, известный как Auracast. Он использует новый кодек LC3 . BLE Audio также добавит поддержку слуховых аппаратов. 12 июля 2022 года Bluetooth SIG объявила о завершении разработки Bluetooth LE Audio. В стандарте заявлена ​​меньшая минимальная задержка — 20–30 мс, по сравнению с звуком Bluetooth Classic — 100–200 мс. На выставке IFA в августе 2023 года компания Samsung объявила о поддержке Auracast посредством обновления программного обеспечения для своих Galaxy Buds2 Pro и двух своих телевизоров. В октябре пользователи начали получать обновления для наушников.

Блютуз 5.3

13 июля 2021 года компания Bluetooth SIG опубликовала базовую спецификацию Bluetooth версии 5.3. Функциональные улучшения Bluetooth 5.3 следующие:

• Подкласс подключения
• Интервал периодической рекламы
• Улучшение классификации каналов
• Улучшения контроля размера ключа шифрования

В этой версии спецификации были удалены следующие функции:

• Альтернативное расширение MAC и PHY (AMP)

Блютуз 5,4

7 февраля 2023 года компания Bluetooth SIG выпустила версию 5.4 базовой спецификации Bluetooth. В эту новую версию добавлены следующие функции:

• Периодическая реклама с ответами (PAwR)
• Зашифрованные рекламные данные
• ГАТТ Характеристика уровней безопасности
• Выбор рекламного кодирования

Техническая информация

Архитектура

Программное обеспечение

Стремясь расширить совместимость устройств Bluetooth, устройства, соответствующие стандарту, используют интерфейс, называемый HCI (интерфейс хост-контроллера), между хостом и контроллером.

Протоколы высокого уровня, такие как SDP (протокол, используемый для поиска других устройств Bluetooth в радиусе действия связи, а также отвечающий за определение функций устройств в радиусе действия), RFCOMM (протокол, используемый для эмуляции соединений последовательного порта) и TCS (протокол управления телефонией). взаимодействовать с контроллером основной полосы частот через L2CAP (протокол управления логическим каналом и адаптации). Протокол L2CAP отвечает за сегментацию и повторную сборку пакетов.

Аппаратное обеспечение

Аппаратное обеспечение устройства Bluetooth логически состоит из двух частей; которые могут быть или не быть физически отдельными. Радиоустройство, отвечающее за модуляцию и передачу сигнала; и цифровой контроллер. Цифровой контроллер, скорее всего, представляет собой ЦП, одной из функций которого является запуск контроллера связи; и интерфейсы с главным устройством; но некоторые функции могут быть делегированы аппаратному обеспечению. Контроллер канала отвечает за обработку основной полосы частот и управление протоколами ARQ и FEC физического уровня. Кроме того, он выполняет функции передачи (как асинхронные, так и синхронные), кодирование звука (например, SBC (кодек) ) и шифрование данных. ЦП устройства отвечает за выполнение инструкций, связанных с Bluetooth хост-устройства, чтобы упростить его работу. Для этого на процессоре запущено программное обеспечение под названием Link Manager, которое имеет функцию связи с другими устройствами через протокол LMP.

Устройство Bluetooth — это устройство малого радиуса действия беспроводное . Устройства Bluetooth изготавливаются на основе RF CMOS интегральных микросхем ( RF-схем ).

Стек протоколов Bluetooth

Основная статья: Список протоколов Bluetooth

Стек протоколов Bluetooth

Bluetooth определяется как многоуровневая архитектура протоколов, состоящая из основных протоколов, протоколов замены кабеля, протоколов управления телефонией и принятых протоколов. Обязательными протоколами для всех стеков Bluetooth являются LMP, L2CAP и SDP. Кроме того, устройства, которые практически повсеместно обмениваются данными по Bluetooth, могут использовать эти протоколы: HCI и RFCOMM.

Менеджер ссылок

Link Manager (LM) — это система, которая управляет установлением соединения между устройствами. Он отвечает за установление, аутентификацию и настройку канала. Менеджер каналов находит других менеджеров и связывается с ними через протокол управления канала LMP. Для выполнения своей функции поставщика услуг LM использует службы, включенные в Link Controller (LC). Протокол Link Manager в основном состоит из нескольких PDU (блоков данных протокола), которые передаются с одного устройства на другое. Ниже приведен список поддерживаемых услуг:

• Передача и прием данных.
• Запрос имени
• Запрос адресов ссылок.
• Установление связи.
• Аутентификация.
• Согласование режима соединения и установление соединения.

Интерфейс хост-контроллера

Интерфейс хост-контроллера обеспечивает командный интерфейс между контроллером и хостом.

Протокол управления логическим каналом и адаптации

Протокол управления и адаптации логических каналов (L2CAP) используется для мультиплексирования нескольких логических соединений между двумя устройствами с использованием различных протоколов более высокого уровня. Обеспечивает сегментацию и повторную сборку эфирных пакетов.

В базовом режиме L2CAP предоставляет пакеты с полезной нагрузкой, настраиваемой до 64 КБ, с 672 байтами в качестве MTU по умолчанию и 48 байтами в качестве минимального обязательного поддерживаемого MTU.

В режимах повторной передачи и управления потоком L2CAP можно настроить либо для изохронных данных, либо для надежных данных на канал, выполняя повторные передачи и проверки CRC.

Приложение 1 к основной спецификации Bluetooth добавляет к базовой спецификации два дополнительных режима L2CAP. Эти режимы фактически устаревают исходные режимы повторной передачи и управления потоком:

Расширенный режим повторной передачи (ERTM)

Этот режим представляет собой улучшенную версию исходного режима повторной передачи. Этот режим обеспечивает надежный канал L2CAP.

Режим потоковой передачи (SM)

Это очень простой режим, без повторной передачи или управления потоком. Этот режим обеспечивает ненадежный канал L2CAP.

Надежность в любом из этих режимов опционально и/или дополнительно гарантируется воздушным интерфейсом Bluetooth BDR/EDR нижнего уровня путем настройки количества повторных передач и тайм-аута очистки (времени, по истечении которого радиостанция удаляет пакеты). Последовательность упорядочения гарантируется нижним уровнем.

Только каналы L2CAP, настроенные в ERTM или SM, могут работать через логические каналы AMP.

Протокол обнаружения служб

Протокол обнаружения служб (SDP) позволяет устройству обнаруживать услуги, предлагаемые другими устройствами, и связанные с ними параметры. Например, когда вы используете мобильный телефон с гарнитурой Bluetooth, телефон использует SDP, чтобы определить, какие профили Bluetooth может использовать гарнитура (профиль гарнитуры, профиль Hands Free (HFP), расширенный профиль распределения звука (A2DP) и т. д.), а также настройки мультиплексора протокола, необходимые для подключения телефона к гарнитуре с использованием каждого из них. Каждая служба идентифицируется универсальным уникальным идентификатором (UUID), при этом официальным службам (профилям Bluetooth) присваивается краткий UUID (16 бит вместо полных 128).

Радиочастотная связь

Радиочастотная связь (RFCOMM) — это протокол замены кабеля, используемый для генерации потока виртуальных последовательных данных. RFCOMM обеспечивает передачу двоичных данных и эмулирует управляющие сигналы EIA-232 (ранее RS-232) на уровне основной полосы Bluetooth, т. е. представляет собой эмуляцию последовательного порта.

RFCOMM предоставляет пользователю простой и надежный поток данных, аналогичный TCP. Он используется непосредственно многими профилями, связанными с телефонией, в качестве носителя для AT-команд, а также в качестве транспортного уровня для OBEX через Bluetooth.

Многие приложения Bluetooth используют RFCOMM из-за его широкой поддержки и общедоступного API в большинстве операционных систем. Кроме того, приложения, использующие для связи последовательный порт, можно быстро портировать для использования RFCOMM.

Протокол инкапсуляции сети Bluetooth

Протокол инкапсуляции сети Bluetooth (BNEP) используется для передачи данных другого стека протоколов через канал L2CAP. Его основная цель — передача IP-пакетов в профиле персональной сети. BNEP выполняет функцию, аналогичную SNAP в беспроводной локальной сети.

Транспортный протокол управления аудио/видео

Транспортный протокол управления аудио/видео (AVCTP) используется профилем дистанционного управления для передачи команд AV/C по каналу L2CAP. Кнопки управления музыкой на стереогарнитуре используют этот протокол для управления музыкальным проигрывателем.

Транспортный протокол распределения аудио/видео

Транспортный протокол распространения аудио/видео (AVDTP) используется профилем расширенного распределения звука ( A2DP ) для потоковой передачи музыки на стереогарнитуры по каналу L2CAP, предназначенному для профиля распределения видео при передаче Bluetooth.

Протокол управления телефонией

протокол управления телефонией  Двоичный (TCS BIN) — это бит-ориентированный протокол, который определяет сигнализацию управления вызовом для установления голосовых вызовов и вызовов данных между устройствами Bluetooth. Кроме того, «TCS BIN определяет процедуры управления мобильностью для работы с группами устройств Bluetooth TCS».

TCS-BIN используется только профилем беспроводной телефонии, который не смог привлечь разработчиков. Как таковое оно представляет лишь исторический интерес.

Принятые протоколы

Принятые протоколы определяются другими организациями, разрабатывающими стандарты, и включаются в стек протоколов Bluetooth, что позволяет Bluetooth кодировать протоколы только при необходимости. Принятые протоколы включают:

Протокол «точка-точка» (PPP)

Стандартный протокол Интернета для передачи IP-дейтаграмм по каналу «точка-точка».

TCP/IP /UDP

Базовые протоколы для набора протоколов TCP/IP

Протокол обмена объектами (OBEX)

Протокол сеансового уровня для обмена объектами, предоставляющий модель представления объектов и операций.

Среда беспроводных приложений/Протокол беспроводных приложений (WAE/WAP)

WAE определяет структуру приложений для беспроводных устройств, а WAP — это открытый стандарт, предоставляющий мобильным пользователям доступ к телефонным и информационным услугам.

Исправление ошибок основной полосы частот

В зависимости от типа пакета отдельные пакеты могут быть защищены коррекцией ошибок либо с помощью прямой коррекции ошибок со скоростью 1/3 (FEC), либо со скоростью 2/3. Кроме того, пакеты с CRC будут передаваться повторно до тех пор, пока не будут подтверждены автоматическим запросом повторения (ARQ).

Настройка соединений

Любое устройство Bluetooth в режиме обнаружения передает следующую информацию по запросу:

• Имя устройства
• Класс устройства
• Список услуг
• Техническая информация (например: характеристики устройства, производитель, используемая спецификация Bluetooth, смещение часов)

Любое устройство может выполнить запрос, чтобы найти другие устройства для подключения, и любое устройство можно настроить для ответа на такие запросы. Однако если устройство, пытающееся подключиться, знает адрес устройства, оно всегда отвечает на запросы прямого подключения и передает информацию, показанную в списке выше, если это требуется. Использование сервисов устройства может потребовать сопряжения или принятия его владельцем, но само соединение может быть инициировано любым устройством и удерживаться до тех пор, пока оно не выйдет за пределы зоны действия. Некоторые устройства могут быть подключены только к одному устройству одновременно, и подключение к ним не позволяет им подключаться к другим устройствам и появляться в запросах до тех пор, пока они не отключатся от другого устройства.

Каждое устройство имеет уникальный 48-битный адрес . Однако эти адреса обычно не указываются в запросах. Вместо этого используются понятные имена Bluetooth, которые может установить пользователь. Это имя появляется, когда другой пользователь выполняет поиск устройств, а также в списках сопряженных устройств.

В большинстве сотовых телефонов в качестве имени Bluetooth по умолчанию указаны производитель и модель телефона. Большинство сотовых телефонов и ноутбуков отображают только имена Bluetooth, и для получения дополнительной информации об удаленных устройствах требуются специальные программы. Это может сбить с толку, поскольку, например, в радиусе действия может находиться несколько сотовых телефонов с именем T610 (см. Bluejacking ).

Сопряжение и связь

Мотивация

Многие услуги, предлагаемые через Bluetooth, могут раскрывать личные данные или позволять подключающейся стороне управлять устройством Bluetooth. Из соображений безопасности необходимо распознавать определенные устройства и, таким образом, обеспечивать контроль над тем, какие устройства могут подключаться к данному устройству Bluetooth. В то же время Bluetooth-устройствам полезно иметь возможность устанавливать соединение без вмешательства пользователя (например, как только они окажутся в зоне действия).

Чтобы разрешить этот конфликт, Bluetooth использует процесс, называемый связыванием , а связь создается посредством процесса, называемого спариванием . Процесс сопряжения запускается либо конкретным запросом пользователя на создание связи (например, пользователь явно запрашивает «Добавить устройство Bluetooth»), либо запускается автоматически при подключении к услуге, где (в первый раз) ) Идентификация устройства необходима в целях безопасности. Эти два случая называются специальным соединением и общим соединением соответственно.

Сопряжение часто предполагает некоторый уровень взаимодействия с пользователем. Это взаимодействие с пользователем подтверждает подлинность устройств. По завершении сопряжения между двумя устройствами образуется связь, позволяющая этим двум устройствам подключаться в будущем без повторения процесса сопряжения для подтверждения личности устройства. При желании пользователь может удалить связь связи.

Выполнение

Во время сопряжения два устройства устанавливают связь, создавая общий секрет, известный как ключ связи . Если оба устройства хранят один и тот же ключ связи, они называются парными или связанными . Устройство, которое хочет обмениваться данными только с подключенным устройством, может криптографически аутентифицировать личность другого устройства, гарантируя, что это то же самое устройство, с которым оно ранее было сопряжено. После создания ключа связи аутентифицированная ссылка ACL между устройствами может быть зашифрована для защиты обмениваемых данных от подслушивания . Пользователи могут удалять ключи связи с любого устройства, что устраняет связь между устройствами, поэтому одно устройство может иметь сохраненный ключ связи для устройства, с которым оно больше не сопряжено.

Службы Bluetooth обычно требуют либо шифрования, либо аутентификации и поэтому требуют сопряжения, прежде чем они позволят подключиться к удаленному устройству. Некоторые службы, такие как Object Push Profile, предпочитают не требовать явного аутентификации или шифрования, чтобы сопряжение не мешало работе пользователя, связанной со сценариями использования службы.

Механизмы сопряжения

Механизмы сопряжения существенно изменились с появлением Secure Simple Pairing в Bluetooth v2.1. Ниже кратко описаны механизмы спаривания:

• Устаревшее сопряжение : это единственный метод, доступный в Bluetooth версии 2.0 и более ранних версиях. Каждое устройство должно ввести PIN-код ; сопряжение будет успешным только в том случае, если оба устройства введут один и тот же PIN-код. В качестве PIN-кода можно использовать любую 16-байтовую строку UTF-8; однако не все устройства могут вводить все возможные PIN-коды.
  • Ограниченные устройства ввода . Очевидным примером устройств этого класса является Bluetooth-гарнитура Hands-free, которая обычно имеет мало входов. Эти устройства обычно имеют фиксированный PIN-код , например «0000» или «1234», который жестко запрограммирован в устройстве.
  • Устройства цифрового ввода . Классическими примерами таких устройств являются мобильные телефоны. Они позволяют пользователю вводить числовое значение длиной до 16 цифр.
  • Устройства буквенно-цифрового ввода : примерами таких устройств являются ПК и смартфоны. Они позволяют пользователю вводить полный текст UTF-8 в качестве PIN-кода. При сопряжении с менее функциональным устройством пользователь должен знать об ограничениях ввода на другом устройстве; для способного устройства не существует механизма, позволяющего определить, как ему следует ограничить доступный ввод, который может использовать пользователь.
• Безопасное простое сопряжение (SSP). Это требуется для Bluetooth версии 2.1, хотя устройство Bluetooth версии 2.1 может использовать только устаревшее сопряжение для взаимодействия с устройством версии 2.0 или более ранней версии. Secure Simple Pairing использует форму криптографии с открытым ключом , а некоторые типы могут помочь защитить от атак типа «человек посередине» или MITM. SSP имеет следующие механизмы аутентификации:
  • Просто работает : как следует из названия, этот метод просто работает без вмешательства пользователя. Однако устройство может предложить пользователю подтвердить процесс сопряжения. Этот метод обычно используется гарнитурами с минимальными возможностями ввода-вывода и более безопасен, чем механизм фиксированного PIN-кода, который этот ограниченный набор устройств использует для устаревшего сопряжения. Этот метод не обеспечивает защиту «человек посередине» (MITM).
  • Числовое сравнение : если оба устройства имеют дисплей и хотя бы одно из них может принимать двоичный пользовательский ввод «да/нет», они могут использовать числовое сравнение. Этот метод отображает 6-значный цифровой код на каждом устройстве. Пользователь должен сравнить числа, чтобы убедиться, что они идентичны. Если сравнение прошло успешно, пользователь(и) должен(а) подтвердить сопряжение с устройством(ами), которое может принимать входные данные. Этот метод обеспечивает защиту MITM при условии, что пользователь подтверждает на обоих устройствах и действительно правильно выполняет сравнение.
  • Ввод пароля : этот метод можно использовать между устройством с дисплеем и устройством с вводом с цифровой клавиатуры (например, клавиатурой) или двумя устройствами с вводом с цифровой клавиатуры. В первом случае на дисплее отображается шестизначный цифровой код пользователю, который затем вводит его на клавиатуре. Во втором случае пользователь каждого устройства вводит один и тот же шестизначный номер. Оба этих случая обеспечивают защиту MITM.
  • Вне диапазона (OOB): этот метод использует внешние средства связи, такие как связь ближнего радиуса действия (NFC), для обмена некоторой информацией, используемой в процессе сопряжения. Сопряжение выполняется с использованием радиомодема Bluetooth, но требуется информация от механизма OOB. Это обеспечивает только тот уровень защиты MITM, который присутствует в механизме OOB.

SSP считается простым по следующим причинам:

• В большинстве случаев пользователю не требуется генерировать ключ доступа.
• В случаях использования, не требующих защиты MITM, взаимодействие с пользователем может быть исключено.
• Для числового сравнения защита MITM может быть достигнута путем простого сравнения пользователем на равенство.
• Использование OOB с NFC позволяет выполнять сопряжение при простом приближении устройств, не требуя длительного процесса обнаружения.

Проблемы безопасности

До версии Bluetooth v2.1 шифрование не требовалось и его можно было отключить в любой момент. Более того, ключ шифрования действителен только примерно 23,5 часа; использование одного ключа шифрования дольше этого времени позволяет использовать простые атаки XOR для получения ключа шифрования.

• Отключение шифрования требуется для некоторых обычных операций, поэтому сложно определить, отключено ли шифрование по уважительной причине или в результате атаки на безопасность.

Bluetooth v2.1 решает эту проблему следующим образом:

• Шифрование требуется для всех подключений, отличных от SDP (протокол обнаружения служб).
• Новая функция паузы и возобновления шифрования используется для всех обычных операций, требующих отключения шифрования. Это позволяет легко идентифицировать нормальную работу от атак безопасности.
• Ключ шифрования необходимо обновить до истечения срока его действия.

Ключи связи могут храниться в файловой системе устройства, а не на самом чипе Bluetooth. Многие производители чипов Bluetooth позволяют хранить ключи связи на устройстве, однако, если устройство является съемным, это означает, что ключ связи перемещается вместе с устройством.

Безопасность

Обзор

См. Также: Мобильная безопасность § Атаки на основе сетей связи.

Bluetooth реализует конфиденциальность , аутентификацию и генерацию ключей с помощью специальных алгоритмов, основанных на SAFER+ блочном шифре . Генерация ключа Bluetooth обычно основана на PIN-коде Bluetooth, который необходимо ввести на обоих устройствах. Эту процедуру можно изменить, если одно из устройств имеет фиксированный PIN-код (например, для гарнитур или аналогичных устройств с ограниченным пользовательским интерфейсом). Во время сопряжения генерируется ключ инициализации или мастер-ключ с использованием алгоритма E22. Потоковый шифр E0 используется для шифрования пакетов, обеспечения конфиденциальности и основан на общем криптографическом секрете, а именно на ранее сгенерированном ключе связи или главном ключе. Эти ключи, используемые для последующего шифрования данных, передаваемых через радиоинтерфейс, основаны на PIN-коде Bluetooth, который был введен в одно или оба устройства.

Обзор эксплойтов уязвимостей Bluetooth был опубликован в 2007 году Андреасом Беккером.

В сентябре 2008 года Национальный институт стандартов и технологий (NIST) опубликовал «Руководство по безопасности Bluetooth» в качестве справочника для организаций. В нем описываются возможности безопасности Bluetooth и способы эффективной защиты технологий Bluetooth. Хотя Bluetooth имеет свои преимущества, он подвержен атакам типа «отказ в обслуживании», подслушиванию, атакам «человек посередине», модификации сообщений и незаконному присвоению ресурсов. Пользователи и организации должны оценить приемлемый уровень риска и включить безопасность в жизненный цикл устройств Bluetooth. Чтобы снизить риски, в документ NIST включены контрольные списки безопасности с инструкциями и рекомендациями по созданию и поддержанию безопасных пикосетей Bluetooth, гарнитур и устройств чтения смарт-карт.

Bluetooth v2.1, разработка которого завершена в 2007 году, а потребительские устройства впервые появились в 2009 году, вносит существенные изменения в безопасность Bluetooth, включая сопряжение. см . в разделе «Механизмы сопряжения» Дополнительную информацию об этих изменениях .

Блюджекинг

Основная статья: Блюджекинг

Bluejacking — это отправка изображения или сообщения от одного пользователя ничего не подозревающему пользователю через беспроводную технологию Bluetooth. Обычные приложения включают короткие сообщения, например: «Вас только что взломали!» Bluejacking не предполагает удаление или изменение каких-либо данных с устройства.

Некоторые формы DoS также возможны, даже в современных устройствах, путем быстрой последовательной отправки нежелательных запросов на соединение; это становится мешать, потому что большинство систем отображают полноэкранное уведомление для каждого запроса на соединение, прерывая все остальные действия, особенно на менее мощных устройствах.

История проблем безопасности

2001–2004

В 2001 году Якобссон и Ветцель из Bell Laboratories обнаружили недостатки в протоколе сопряжения Bluetooth, а также указали на уязвимости в схеме шифрования. В 2003 году Бен и Адам Лори из AL Digital Ltd. обнаружили, что серьезные недостатки в некоторых плохих реализациях безопасности Bluetooth могут привести к раскрытию личных данных. В ходе последующего эксперимента Мартин Херфурт из trifinite.group смог провести полевые испытания на выставочной площадке CeBIT , продемонстрировав важность проблемы для всего мира. Для этого эксперимента была использована новая атака под названием BlueBug . В 2004 году первый предполагаемый вирус , использующий Bluetooth для распространения среди мобильных телефонов, появился на ОС Symbian . Вирус был впервые описан « Лабораторией Касперского» и требует от пользователей подтверждения установки неизвестного программного обеспечения, прежде чем он сможет распространиться. Вирус был написан в качестве доказательства концепции группой вирусописателей, известных как «29A», и отправлен антивирусным группам. Таким образом, его следует рассматривать как потенциальную (но не реальную) угрозу безопасности технологии Bluetooth или ОС Symbian, поскольку вирус никогда не распространялся за пределы этой системы. В августе 2004 года эксперимент по установлению мирового рекорда (см. также « Снайперская стрельба по Bluetooth» ) показал, что дальность действия радиоприемников Bluetooth класса 2 может быть увеличена до 1,78 км (1,11 мили) с помощью направленных антенн и усилителей сигнала. Это представляет потенциальную угрозу безопасности, поскольку позволяет злоумышленникам получить доступ к уязвимым устройствам Bluetooth на расстоянии, превышающем ожидания. Злоумышленник также должен иметь возможность получить информацию от жертвы для установки соединения. Никакая атака на устройство Bluetooth не может быть совершена, если злоумышленник не знает его адрес Bluetooth и каналы передачи данных, хотя это можно определить в течение нескольких минут, если устройство используется.

2005

В январе 2005 года появился мобильный вредоносный червь, известный как Lasco. Червь начал атаковать мобильные телефоны с операционной системой Symbian ( платформа Series 60 ), используя устройства с поддержкой Bluetooth для репликации себя и распространения на другие устройства. Червь устанавливается самостоятельно и запускается, как только мобильный пользователь одобряет передачу файла (Velasco.sis) с другого устройства. После установки червь начинает искать другие устройства с поддержкой Bluetooth для заражения. Дополнительно червь заражает другие файлы .SIS на устройстве, позволяя реплицировать их на другое устройство с помощью съемных носителей ( Secure Digital , CompactFlash и т. д.). Червь может привести к нестабильной работе мобильного устройства.

В апреле 2005 года исследователи безопасности Кембриджского университета опубликовали результаты фактической реализации пассивных атак на соединение на основе PIN-кода между коммерческими устройствами Bluetooth. Они подтвердили, что атаки практически быстры, а метод установления симметричного ключа Bluetooth уязвим. Чтобы исправить эту уязвимость, они разработали реализацию, которая показала, что создание более сильного асимметричного ключа возможно для определенных классов устройств, таких как мобильные телефоны.

В июне 2005 года Янив Шакед и Авишайская шерсть опубликовал статью, описывающую как пассивные, так и активные методы получения PIN-кода для соединения Bluetooth. Пассивная атака позволяет злоумышленнику, оснащенному соответствующим образом, подслушивать разговоры и подделывать информацию, если злоумышленник присутствовал во время первоначального соединения. Активный метод использует специально созданное сообщение, которое необходимо вставить в определенную точку протокола, чтобы заставить ведущее и ведомое устройства повторить процесс сопряжения. После этого можно использовать первый метод для взлома ПИН-кода. Основная слабость этой атаки заключается в том, что она требует от пользователя атакуемых устройств повторно ввести PIN-код во время атаки, когда устройство предложит ему это сделать. Кроме того, для этой активной атаки, вероятно, потребуется специальное оборудование, поскольку большинство имеющихся в продаже устройств Bluetooth не способны обеспечить необходимую синхронизацию.

В августе 2005 года полиция Кембриджшира , Англия, выпустила предупреждение о том, что воры используют телефоны с поддержкой Bluetooth для отслеживания других устройств, оставленных в автомобилях. Полиция советует пользователям обеспечить деактивацию любых мобильных сетевых подключений, если ноутбуки и другие устройства оставлены таким образом.

2006

В апреле 2006 года исследователи из Secure Network и F-Secure опубликовали отчет, в котором предупреждается о большом количестве устройств, остающихся в видимом состоянии, а также опубликовали статистику распространения различных служб Bluetooth и легкости распространения возможного Bluetooth-червя.

В октябре 2006 года на люксембургской конференции по безопасности Hack.lu Кевин Финистер и Тьерри Золлер продемонстрировали и выпустили оболочку удаленного root-доступа через Bluetooth в Mac OS X v10.3.9 и v10.4. Они также продемонстрировали первый взломщик Bluetooth PIN и Linkkeys, основанный на исследованиях Wool and Shaked.

2017

В апреле 2017 года исследователи безопасности компании Armis обнаружили множество эксплойтов в программном обеспечении Bluetooth на различных платформах, включая Microsoft Windows , Linux , Apple iOS и Google Android . Эти уязвимости получили общее название « BlueBorne ». Эксплойты позволяют злоумышленнику подключаться к устройствам или системам без аутентификации и могут дать ему «практически полный контроль над устройством». Армис связался с разработчиками Google, Microsoft, Apple, Samsung и Linux, разрешив им исправить их программное обеспечение до скоординированного объявления об уязвимостях 12 сентября 2017 года.

2018

В июле 2018 года Лиор Нейман и Эли Бихам , исследователи из Израильского технологического института Технион, выявили уязвимость безопасности в новейших процедурах сопряжения Bluetooth: Secure Simple Pairing и LE Secure Connections.

Кроме того, в октябре 2018 года Карим Лунис, исследователь сетевой безопасности из Королевского университета, обнаружил уязвимость безопасности под названием CDV (Уязвимость сброса соединения) на различных устройствах Bluetooth, которая позволяет злоумышленнику разорвать существующее соединение Bluetooth и вызвать деаутентификацию и отключение задействованных устройств. Исследователь продемонстрировал атаку на различные устройства разных категорий и от разных производителей.

2019

В августе 2019 года исследователи безопасности из Сингапурского университета технологий и дизайна , Центра информационной безопасности имени Гельмгольца и Оксфордского университета обнаружили уязвимость под названием KNOB (Key Negotiation of Bluetooth) в процессе согласования ключей, которая могла бы «перебрать согласованные ключи шифрования». , расшифровать подслушанный зашифрованный текст и внедрить действительные зашифрованные сообщения (в режиме реального времени)". 5 августа 2019 года Google выпустила исправление безопасности Android , которое устранило эту уязвимость.

2023

В ноябре 2023 года исследователи из Eurecom выявили новый класс атак, известный как BLFFS (Bluetooth Low Energy Forward and Future Secrecy Attacks). Эти 6 новых атак расширяют и работают вместе с ранее известными атаками KNOB и BIAS (Bluetooth Impersonation AttackS). В то время как предыдущие атаки KNOB и BIAS позволяли злоумышленнику расшифровывать и подделывать пакеты Bluetooth внутри сеанса, BLUFFS расширяет эту возможность на все сеансы, созданные устройством (включая прошлые, настоящие и будущие). Это касается всех устройств с Bluetooth версий от 4.2 до 5.4 включительно.

Проблемы со здоровьем

Основная статья: Излучение беспроводных устройств и здоровье

Bluetooth использует радиочастотный спектр в диапазоне от 2,402   ГГц до 2,480   ГГц. Это неионизирующее излучение с полосой пропускания, аналогичной той, которую используют беспроводные и мобильные телефоны. Никакого конкретного вреда не было продемонстрировано, хотя беспроводная передача была включена МАИР в список возможных канцерогенов . Максимальная выходная мощность радиомодуля Bluetooth составляет 100   мВт для устройств класса   1, 2,5   мВт для устройств класса   2 и 1   мВт для   устройств класса 3. Даже максимальная выходная мощность класса   1 ниже, чем у мобильных телефонов с самым низким энергопотреблением. Выходная мощность UMTS и W-CDMA составляет 250   мВт, выходная мощность GSM1800/1900 — 1000   мВт, а выходная мощность GSM850/900 — 2000   мВт.

Премиальные программы

Кубок мира по инновациям Bluetooth, маркетинговая инициатива Bluetooth Special Interest Group (SIG), представлял собой международное соревнование, поощряющее разработку инноваций для приложений, использующих технологию Bluetooth в продуктах для спорта, фитнеса и здравоохранения. Конкуренция была направлена ​​на стимулирование новых рынков.

В 2013 году чемпионат мира по инновациям в области Bluetooth превратился в премию Bluetooth Breakthrough Awards. Впоследствии Bluetooth SIG учредила премию Imagine Blue Award в 2016 году на выставке Bluetooth World. Программа Bluetooth Breakthrough Awards отмечает самые инновационные продукты и приложения, доступные сегодня, прототипы, которые появятся в ближайшее время, и проекты под руководством студентов, находящиеся в стадии разработки.

См. также

• АНТ+
• Стек Bluetooth — строительные блоки, из которых состоят различные реализации протокола Bluetooth.
• Список профилей Bluetooth — функции, используемые в стеке Bluetooth.
• Блюснипинг
• BlueSoleil – собственный драйвер Bluetooth
• Маяки Bluetooth с низким энергопотреблением ( AltBeacon , iBeacon , Eddystone )
• Ячеистая сеть Bluetooth
• Альянс здоровья Континуа
• ДАШ7
• Гарнитура (аудио)
• Точка доступа Wi-Fi
• Java API для Bluetooth
• Поиск ключей
• Ли-Фай
• Список протоколов Bluetooth
• МирияНед
• Связь ближнего радиуса действия
• НиаЛинк
• RuBee – альтернатива безопасному беспроводному протоколу
• модем
• Поток (сетевой протокол)
• Wi-Fi ХаЛоу
• Zigbee - легкий беспроводной протокол с низким энергопотреблением в диапазоне ISM на основе IEEE 802.15.4.

Внешние ссылки

• Официальный сайт
• Технические характеристики на Bluetooth SIG