Bluetooth

Bluetooth

Разработан	Специальная группа по интересам Bluetooth
Введено	7 мая 1989 г . ; 31 год назад ( 1989-05-07 )
Промышленность	Персональные сети
Совместимое оборудование	Персональные компьютеры Смартфоны Игровые приставки Аудиоустройства
Физический диапазон	Обычно менее 10 м (33 футов), до 100 м (330 футов) Bluetooth 5.0: 40–400 м (100–1000 футов) [1] [2]

Bluetooth - это стандарт беспроводной технологии, используемый для обмена данными между фиксированными и мобильными устройствами на короткие расстояния с использованием радиоволн УВЧ в диапазонах ISM , от 2,402 ГГц до 2,480 ГГц, а также для построения персональных сетей (PAN). Первоначально он был задуман как беспроводная альтернатива кабелям данных RS-232 . 

Bluetooth - это стандарт технологии беспроводной связи малого радиуса действия. Bluetooth находится под управлением Bluetooth Special Interest Group (SIG), в которую входят более 35 000 компаний-членов в области телекоммуникаций, вычислений, сетей и бытовой электроники. IEEE не стандартизирован Bluetooth , как IEEE 802.15.1 , но больше не поддерживает стандарт. Bluetooth SIG наблюдает за разработкой спецификации, управляет квалификационной программой и защищает товарные знаки. ^[3] Производитель должен соответствовать стандартам Bluetooth SIG, чтобы продавать его как устройство Bluetooth. ^[4] Сеть патентовприменяются к технологии, которая лицензируется для отдельных соответствующих устройств. По данным на 2009 год ^{[Обновить]}, интегральные микросхемы Bluetooth отгружаются примерно 920  миллионов единиц в год. ^[5]

Этимология [ править ]

Название «Bluetooth» было предложено в 1997 году Джимом Кардахом из Intel , который разработал систему, которая позволяла мобильным телефонам связываться с компьютерами. ^[6] Во время этого предложения он читал исторический роман Франса Г. Бенгтссона « Длинные корабли» о викингах и датском короле 10-м веке Харальде Блютузе . ^{[7] [8]}

Bluetooth - это англизированная версия скандинавского Blåtand / Blåtann (или на древнескандинавском blátǫnn ). Это был эпитет короля Харальда Bluetooth, который объединил несогласные датские племена в единое королевство, подразумевая, что Bluetooth объединяет протоколы связи. ^[9]

Логотип [ править ]

Логотип Bluetooth является составной руной сливая Младший Futhark рун  (ᚼ, Hagall ) и  (ᛒ, Bjarkan ), инициалы Харальда. ^{[10] [11]}

История [ править ]

Разработка радиотехнологии «короткой связи», позже названной Bluetooth, была инициирована в 1989 году Нильсом Ридбеком, техническим директором компании Ericsson Mobile в Лунде , Швеция. Целью было разработать беспроводные гарнитуры согласно двум изобретениям Йохана Ульмана, SE 8902098-6 , выпущенному 1989-06-12  и SE 9202239 , выпущенному 1992-07-24  . Нильс Ридбек поручил Торду Вингрену указать, а голландцу Яапу Хаартсену и Свену Маттиссону - разработать. Оба работали в компании Ericsson в Лунде. ^[12] В 1990 году Яап Хаартсен был номинирован Европейским патентным ведомством на соискание премии European Inventor Award. ^[13]С 1997 года Орджан Йоханссон стал руководителем проекта и продвигал технологии и стандартизацию. ^{[14] [15] [16] [17]}

В 1997 году Адалио Санчес, тогда возглавлявший отдел исследований и разработок продуктов IBM ThinkPad, обратился к Нильсу Ридбеку с предложением о сотрудничестве по интеграции мобильного телефона.в ноутбук ThinkPad. Они поручили инженерам из Ericsson и IBM изучить эту идею. Был сделан вывод, что энергопотребление мобильных телефонов в то время было слишком высоким, чтобы обеспечить жизнеспособную интеграцию в ноутбук и при этом обеспечить достаточное время автономной работы. Вместо этого обе компании согласились интегрировать технологию короткого соединения Ericsson в ноутбук ThinkPad и телефон Ericsson для достижения этой цели. Поскольку ни ноутбуки IBM ThinkPad, ни телефоны Ericsson в то время не занимали лидирующих позиций на своих рынках, Адалио Санчес и Нильс Ридбек согласились сделать технологию коротких ссылок открытым отраслевым стандартом, чтобы предоставить каждому игроку максимальный доступ на рынок. Эрикссон внесла свой вклад в технологию радиосвязи с короткими линиями связи, а IBM внесла патенты на логический уровень.Затем Адалио Санчес из IBM нанял Стивена Нахтсхейма из Intel, а затем Intel также наняла Toshiba и Nokia. В мае 1998 года был запущен Bluetooth SIG, учредителями которого стали IBM и Ericsson, а в общей сложности пять членов: Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba и IBM.

Первое потребительское устройство Bluetooth было выпущено 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 Ericsson T36, но именно обновленная модель T39 фактически попала на полки магазинов в 2001 году. Параллельно с этим IBM представила IBM ThinkPad A30 в октябре 2001 года, который был первым ноутбуком со встроенным Bluetooth.

Раннее внедрение Bluetooth в бытовую электронику продолжилось в компании Vosi Technologies в Коста-Меса, Калифорния, США, и первоначально под контролем членов-учредителей Беджана Амини и Тома Дэвидсона. Компания Vosi Technologies была создана застройщиком Ивано Стегменга с патентом США 608507 для связи между сотовым телефоном и аудиосистемой автомобиля. В то время у Sony / Ericsson была лишь небольшая доля 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, Воси не мог публично раскрыть намерение, интеграцию и начальную разработку других поддерживающих устройств, которые должны были стать первыми устройствами, подключенными к Интернету « Умного дома ».

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 или не поддерживался на общедоступном рынке. Vosi начал разработку интегрированной автомобильной системы Vosi Cello и некоторых других подключенных к Интернету устройств, одно из которых должно было быть настольным устройством под названием Vosi Symphony, подключенным к сети с помощью Bluetooth. В ходе переговоров с Motorola Vosi представил и сообщил о своем намерении интегрировать Bluetooth в свои устройства. В начале 2000-х судебная тяжбаЗавязался конфликт между Vosi и Motorola, который на неопределенный срок приостановил выпуск устройств. Позже Motorola внедрила его в свои устройства, что положило начало значительному распространению Bluetooth на публичном рынке из-за его большой доли рынка в то время.

Реализация [ править ]

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 внизу и 3,5  МГц вверху. ^[18] Это нелицензируемый (но не нерегулируемый) промышленный, научный и медицинский ( ISM ) диапазон 2,4  ГГц ближнего радиуса действия. Bluetooth использует радиотехнологию, называемую расширенным спектром со скачкообразной перестройкой частоты . Bluetooth разделяет 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).^[18] Bluetooth Low Energy использует интервал2МГц, что соответствует 40 каналам. ^[19]

Первоначально модуляция с гауссовой частотной манипуляцией (GFSK) была единственной доступной схемой модуляции. С момента появления Bluetooth 2.0 + EDR, π / 4- DQPSK (дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция) и модуляция 8-DPSK также могут использоваться между совместимыми устройствами. Считается, что устройства, работающие с GFSK, работают в режиме базовой скорости (BR), где возможна мгновенная скорость передачи 1 Мбит / с . Термин «улучшенная скорость передачи данных» (EDR) используется для описания схем π / 4-DPSK и 8-DPSK, каждая из которых дает 2 и 3 Мбит / с соответственно. Комбинация этих режимов (BR и EDR) в радиотехнологии Bluetooth классифицируется как радиосвязь BR / EDR .  

В 2019 году Apple опубликовала расширение [1] под названием HDR, которое поддерживает скорость передачи данных до 8 Мбит / с.

Bluetooth - это протокол на основе пакетов с архитектурой ведущий / ведомый . Один мастер может связываться с семью подчиненными в пикосети . Все устройства в данной пикосети используют часы, предоставленные мастером, в качестве основы для обмена пакетами. Основные тактовые импульсы отсчитывают период 312,5 мкс , два такта тактовых импульсов затем составляют слот 625 мкс, а два слота составляют пару слотов продолжительностью 1250 мкс. В простом случае пакетов с одним слотом мастер передает в четных слотах и ​​принимает нечетные слот. Подчиненное устройство, наоборот, принимает в четных слотах и ​​передает в нечетных слотах. Пакеты могут иметь длину 1, 3 или 5 слотов, но во всех случаях передача ведущего начинается в четных слотах, а подчиненного - с нечетных.   

Вышеупомянутое исключает Bluetooth Low Energy, представленный в спецификации 4.0, который использует тот же спектр, но несколько иначе .

Связь и связь [ править ]

Главное устройство Bluetooth BR / EDR может связываться максимум с семью устройствами в пикосети (специализированная компьютерная сеть, использующая технологию Bluetooth), хотя не все устройства достигают этого максимума. Устройства могут переключаться ролями по соглашению, и подчиненное устройство может стать главным (например, гарнитура, инициирующая соединение с телефоном, обязательно начинается как главное устройство - как инициатор соединения - но впоследствии может работать как подчиненное устройство).

Спецификация ядра Bluetooth предусматривает соединение двух или более пикосетей для формирования scatternet , в котором определенные устройства одновременно играют ведущую роль в одной пикосети и ведомую роль в другой.

В любой момент времени данные могут передаваться между главным устройством и одним другим устройством (за исключением малоиспользуемого широковещательного режима). Мастер выбирает, к какому подчиненному устройству обращаться; как правило, он быстро переключается с одного устройства на другое в циклическом режиме. Поскольку именно ведущее устройство выбирает, к какому ведомому устройству обращаться, тогда как ведомое устройство (теоретически) должно слушать в каждом слоте приема, быть мастером легче, чем быть ведомым. Возможно быть хозяином семи рабов; возможно быть подчиненным более чем одного мастера. Спецификация нечеткая в отношении требуемого поведения в рассеянных сетях. ^[20]

Использует [ редактировать ]

Bluetooth - это стандартный протокол связи для замены проводов, в первую очередь разработанный для низкого энергопотребления, с малым радиусом действия на основе недорогих микрочипов приемопередатчиков в каждом устройстве. ^[21] Поскольку устройства используют систему радиосвязи (радиовещания), они не должны находиться в зоне прямой видимости друг друга; однако квазиоптический беспроводной тракт должен быть жизнеспособным. ^[22] Диапазон зависит от класса мощности, но на практике эффективные диапазоны различаются. См. Таблицу «Диапазон устройств Bluetooth по классам».

Официально радиостанции Класса 3 имеют радиус действия до 1 метра (3 фута), Класс 2, наиболее часто встречающийся в мобильных устройствах, 10 метров (33 фута), и Класс 1, в основном для случаев промышленного использования, 100 метров (300 футов). . ^[2] Bluetooth Marketing определяет, что диапазон Class 1 в большинстве случаев составляет 20–30 метров (66–98 футов), а диапазон Class 2 - 5–10 метров (16–33 футов). ^[1] Фактический диапазон, достигаемый по данному каналу, будет зависеть от качества устройств на обоих концах канала, а также от условий воздуха между ними и других факторов.

Эффективный диапазон варьируется в зависимости от условий распространения, покрытия материала, вариантов производственных образцов, конфигурации антенны и состояния батареи. Большинство приложений Bluetooth предназначены для использования в помещениях, где затухание стен и замирание сигнала из-за отражения сигнала делают диапазон намного ниже, чем указанные диапазоны прямой видимости продуктов Bluetooth.

Большинство приложений Bluetooth - это 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 низким энергопотреблением имеет тенденцию устанавливать предел диапазона. В некоторых случаях эффективный диапазон канала передачи данных может быть расширен, когда устройство класса 2 подключается к трансиверу класса 1 с более высокой чувствительностью и мощностью передачи, чем типичное устройство класса 2. ^[23]Однако в большинстве случаев устройства класса 1 имеют такую ​​же чувствительность, что и устройства класса 2. Соединение двух устройств класса 1 с высокой чувствительностью и высокой мощностью может обеспечить дальность действия, намного превышающую типичные 100 м, в зависимости от пропускной способности, необходимой для приложения. Некоторые такие устройства допускают дальность действия в открытом поле до 1 км и более между двумя аналогичными устройствами без превышения установленных законом пределов выбросов. ^{[24] [25] [26]}

Согласно спецификации Bluetooth Core, диапазон должен составлять не менее 10 метров (33 фута), но нет верхнего предела фактического диапазона. Реализации производителей могут быть настроены для обеспечения диапазона, необходимого для каждого случая. ^[2]

Профиль Bluetooth [ править ]

Чтобы использовать беспроводную технологию Bluetooth, устройство должно иметь возможность интерпретировать определенные профили Bluetooth, которые являются определениями возможных приложений и определять общее поведение, которое устройства с поддержкой Bluetooth используют для связи с другими устройствами Bluetooth. Эти профили включают настройки для параметризации и управления связью с самого начала. Соблюдение профилей экономит время на повторную передачу параметров до того, как двунаправленная связь станет действующей. Существует широкий спектр профилей Bluetooth, которые описывают множество различных типов приложений или вариантов использования устройств. ^{[27] [28]}

Список приложений [ править ]

• Беспроводное управление и связь между мобильным телефоном и гарнитурой громкой связи . Это было одно из первых приложений, ставших популярными. ^[29]
• Беспроводное управление и связь между мобильным телефоном и автомобильной стереосистемой, совместимой с Bluetooth (а иногда и между SIM-картой и автомобильным телефоном ^{[30] [31]} ).
• Беспроводная связь между смартфоном и умным замком для отпирания дверей.
• Беспроводное управление телефонами, планшетами и портативными беспроводными колонками на устройствах iOS и Android и обмен данными с ними . ^[32]
• Беспроводная Bluetooth-гарнитура и домофон . Идиоматично 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. ^[33]
• Беспроводная сеть между ПК в ограниченном пространстве и там, где требуется небольшая полоса пропускания. ^[34]
• Беспроводная связь с устройствами ввода и вывода ПК, наиболее распространенными из которых являются мышь , клавиатура и принтер .
• Передача файлов, контактных данных, календарных встреч и напоминаний между устройствами с помощью OBEX ^[a] и совместного использования каталогов через FTP . ^[35]
• Замена прежней проводной последовательной связи RS-232 в испытательном оборудовании, приемниках GPS , медицинском оборудовании, сканерах штрих-кода и устройствах управления движением.
• Для управления, где часто использовался инфракрасный порт .
• Для приложений с низкой пропускной способностью, где не требуется более высокая пропускная способность USB и требуется беспроводное соединение.
• Отправка небольших рекламных объявлений с рекламных щитов с поддержкой Bluetooth на другие доступные для обнаружения устройства Bluetooth. ^[36]
• Беспроводной мост между двумя сетями Industrial Ethernet (например, PROFINET ).
• Седьмое и восьмое поколение игровых консолей , таких как Nintendo «s Wii , ^[37] и Sony » s PlayStation 3 использования Bluetooth для своих беспроводных 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 состояния здоровья на короткие расстояния с медицинских устройств на мобильный телефон, телевизионную приставку или специализированные устройства телемедицины . ^{[38] [39]}
• Разрешение DECT- телефону звонить и отвечать на звонки от имени ближайшего мобильного телефона.
• Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS) используются для отслеживания и определения местоположения объектов в режиме реального времени с помощью «узлов» или «тегов», прикрепленных к отслеживаемым объектам или встроенных в них, а также «считывателей», которые принимают и обрабатывают данные по беспроводной сети. сигналы от этих тегов для определения их местоположения. ^[40]
• Приложение личной безопасности на мобильных телефонах для предотвращения кражи или потери вещей. Защищаемый объект имеет маркер Bluetooth (например, метку), который постоянно обменивается данными с телефоном. Если связь разорвана (маркер находится вне зоны досягаемости телефона), то срабатывает тревога. Его также можно использовать в качестве сигнализации о человеке за бортом . Продукт, использующий эту технологию, доступен с 2009 года. ^[41]
• Калгари , Альберта , Канадское подразделение Roads Traffic использует данные, собранные с устройств Bluetooth путешественников, для прогнозирования времени в пути и загруженности дорог для автомобилистов. ^[42]
• Беспроводная передача звука (более надежная альтернатива FM-передатчикам )
• Прямая видеотрансляция на устройство визуального кортикального имплантата, выполненная Набилом Фаттахом в университете Ньюкасла, 2017 г. ^[43]
• Подключение контроллеров движения к ПК при использовании гарнитуры VR

Bluetooth против Wi-Fi (IEEE 802.11) [ править ]

Bluetooth и Wi-Fi (Wi-Fi - это торговая марка продуктов, использующих стандарты IEEE 802.11 ) имеют несколько похожих приложений: настройка сетей, печать или передача файлов. Wi-Fi предназначен для замены высокоскоростного кабеля для общего доступа к локальной сети в рабочих зонах или дома. Эту категорию приложений иногда называют беспроводными локальными сетями (WLAN). Bluetooth был предназначен для портативного оборудования и его приложений. Категория приложений обозначена как беспроводная персональная сеть.(WPAN). Bluetooth заменяет кабели в различных лично переносимых приложениях в любых условиях, а также работает для приложений с фиксированным местоположением, таких как интеллектуальная энергетическая функция в доме (термостаты и т. Д.).

Wi-Fi и Bluetooth до некоторой степени дополняют друг друга в своих приложениях и использовании. Wi-Fi обычно ориентирован на точку доступа с асимметричным клиент-серверным соединением, при котором весь трафик маршрутизируется через точку доступа, тогда как Bluetooth обычно симметричен между двумя устройствами Bluetooth. Bluetooth хорошо работает в простых приложениях, где два устройства должны подключаться с минимальной конфигурацией, такой как нажатие кнопки, как в гарнитурах и пультах дистанционного управления, в то время как Wi-Fi лучше подходит для приложений, где возможна определенная конфигурация клиента и требуются высокие скорости особенно для доступа к сети через узел доступа. Однако точки доступа Bluetooth существуют, и специальные соединения возможны с помощью Wi-Fi, хотя и не так просто, как с Bluetooth. Wi-Fi Directбыл недавно разработан для добавления к Wi-Fi дополнительных функций, аналогичных Bluetooth. ^[44]

Устройства [ править ]

Bluetooth присутствует во многих продуктах, таких как телефоны, динамики , планшеты, медиаплееры, робототехнические системы, ноутбуки и игровое оборудование, а также в некоторых гарнитурах высокого разрешения , модемах , слуховых аппаратах ^[45] и даже часах. ^[46] Учитывая разнообразие устройств, использующих технологию Bluetooth, в сочетании с современным устареванием наушников гнезд с помощью Apple, Google и других компаний, а также отсутствие регулирования со стороны FCC, технология склонна к помехам. ^[47]Тем не менее, Bluetooth полезен при передаче информации между двумя или более устройствами, которые находятся рядом друг с другом в условиях низкой пропускной способности. Bluetooth обычно используется для передачи звуковых данных с помощью телефонов (например, с помощью гарнитуры Bluetooth) или байтовых данных с портативных компьютеров (передача файлов).

Протоколы Bluetooth упрощают обнаружение и настройку служб между устройствами. ^[48] Устройства Bluetooth могут рекламировать все услуги, которые они предоставляют. ^[49] Это упрощает использование сервисов, поскольку большая часть настроек безопасности, сетевых адресов и разрешений может быть автоматизирована, чем во многих других типах сетей. ^[48]

Требования к компьютеру [ править ]

Персональный компьютер без встроенного Bluetooth может использовать адаптер Bluetooth, который позволяет компьютеру связываться с устройствами Bluetooth. В то время как некоторые настольные компьютеры и новейшие ноутбуки поставляются со встроенным радиомодулем Bluetooth, для других требуется внешний адаптер, обычно в виде небольшого USB- ключа .

В отличие от своего предшественника IrDA , который требует отдельного адаптера для каждого устройства, Bluetooth позволяет нескольким устройствам связываться с компьютером через один адаптер. ^[50]

Реализация операционной системы [ править ]

Для платформ Microsoft выпуски Windows XP с пакетом обновления 2 и SP3 изначально работают с Bluetooth v1.1, v2.0 и v2.0 + EDR. ^[51] Предыдущие версии требовали от пользователей установки собственных драйверов для своих адаптеров Bluetooth, которые напрямую не поддерживались Microsoft. ^[52] Собственные Bluetooth-ключи Microsoft (поставляемые с их компьютерными устройствами с Bluetooth) не имеют внешних драйверов и, следовательно, 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. ^[51] Windows 7 работает с Bluetooth v2.1 + EDR и расширенным ответом на запрос (EIR). ^[51]Стеки Bluetooth в Windows XP и Windows Vista / Windows 7 изначально поддерживают следующие профили Bluetooth: PAN, SPP, DUN , HID, HCRP. Стек Windows XP может быть заменен стеком стороннего производителя, который поддерживает больше профилей или более новые версии Bluetooth. Стек Bluetooth в Windows Vista / Windows 7 поддерживает дополнительные профили, предоставляемые поставщиком, без необходимости замены стека Microsoft. ^[51] Обычно рекомендуется установить последнюю версию драйвера производителя и связанный с ним стек, чтобы иметь возможность использовать устройство Bluetooth в максимальной степени.

Продукты Apple работают с Bluetooth, начиная с Mac OS  X v10.2 , выпущенной в 2002 году. ^[53]

В Linux есть два популярных стека Bluetooth : BlueZ и Fluoride. Стек BlueZ входит в состав большинства ядер Linux и изначально был разработан Qualcomm . ^[54] Фторид, ранее известный как Bluedroid, включен в ОС Android и первоначально был разработан Broadcom . ^[55] Существует также стек Affix, разработанный Nokia . Когда-то он был популярен, но не обновлялся с 2005 года. ^[56]

FreeBSD включает Bluetooth с момента выпуска v5.0, реализованный через netgraph . ^[57]

NetBSD включает Bluetooth с момента выпуска версии 4.0. ^[58] Его стек Bluetooth также был перенесен на OpenBSD , однако OpenBSD позже удалил его как неподдерживаемый. ^{[59] [60]}

В DragonFly BSD реализована реализация Bluetooth NetBSD с 1.11 (2008 г.). ^[61] A NetGraph основанное реализация с FreeBSD также были доступны в дереве, возможно , не отключается до тех пор , 2014-11-15, и может потребовать дополнительной работы. ^{[62] [63]}

Технические характеристики и особенности [ править ]

Спецификации были формализованы Bluetooth Special Interest Group (SIG) и официально объявлены 20 мая 1998 года. ^{[64] На} сегодняшний день в нее входят более 30 000 компаний по всему миру. ^[65] Он был основан Ericsson , IBM , Intel , Nokia и Toshiba , а позже к нему присоединились многие другие компании.

Все версии стандартов Bluetooth поддерживают обратную совместимость . ^[66] Это позволяет последнему стандарту охватывать все старые версии.

Рабочая группа по основным спецификациям Bluetooth (CSWG) разрабатывает в основном 4 вида спецификаций:

• Согласно спецификации Bluetooth Core, цикл выпуска обычно составляет несколько лет.
• Дополнение к базовой спецификации (CSA), цикл выпуска может составлять всего несколько раз в год.
• Дополнения к базовой спецификации (CSS), могут быть выпущены очень быстро
• Исправления (Доступно с учетной записью пользователя: Ошибка входа в систему )

Bluetooth 1.0 и 1.0B [ править ]

Версии 1.0 и 1.0B ^{[ необходима ссылка ]} имели много проблем, и производители испытывали трудности с обеспечением совместимости своих продуктов. Версии 1.0 и 1.0B также включали обязательную передачу адреса аппаратного устройства Bluetooth (BD_ADDR) в процессе подключения (что делало невозможным анонимность на уровне протокола), что было серьезным препятствием для определенных сервисов, запланированных для использования в среде Bluetooth.

Bluetooth 1.1 [ править ]

• Ратифицирован как стандарт IEEE 802.15.1–2002 ^[67]
• Исправлено множество ошибок, обнаруженных в спецификациях v1.0B.
• Добавлена ​​возможность незашифрованных каналов.
• Индикатор силы полученного сигнала ( RSSI ).

Bluetooth 1.2 [ править ]

Основные улучшения включают:

• Более быстрое соединение и обнаружение
• Адаптивный расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (AFH) , который повышает устойчивость к радиочастотным помехам , избегая использования переполненных частот в последовательности скачкообразной перестройки.
• Более высокие скорости передачи на практике, чем в v1.1, до 721 кбит / с. ^[68]
• Расширенные синхронные соединения (eSCO), которые улучшают качество передачи голоса по аудиоканалам, разрешая 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 ^[69]
• Введены режимы управления потоком и повторной передачи для L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR [ править ]

Эта версия базовой спецификации Bluetooth была выпущена до 2005 года. Основное отличие заключается во введении расширенной скорости передачи данных (EDR) для более быстрой передачи данных . Битовая скорость EDR составляет 3  Мбит / с, хотя максимальная скорость передачи данных (с учетом времени между пакетами и подтверждений) составляет 2,1  Мбит / с. ^[68] EDR использует комбинацию GFSK и модуляции с фазовой манипуляцией (PSK) с двумя вариантами, π / 4- DQPSK и 8- DPSK . ^[70] EDR может обеспечить более низкое энергопотребление за счет сокращенного рабочего цикла .

Спецификация опубликована как Bluetooth v2.0 + EDR , что подразумевает, что EDR является дополнительной функцией. Помимо EDR, спецификация v2.0 содержит другие незначительные улучшения, и продукты могут заявлять о соответствии «Bluetooth v2.0» без поддержки более высокой скорости передачи данных. По крайней мере, на одном коммерческом устройстве в технических данных указано «Bluetooth v2.0 без EDR». ^[71]

Bluetooth 2.1 + EDR [ править ]

Базовая спецификация Bluetooth версии 2.1 + EDR была принята Bluetooth SIG 26 июля 2007 г. ^[70]

Главной особенностью v2.1 является безопасное простое сопряжение (SSP): это улучшает сопряжение устройств Bluetooth, одновременно повышая эффективность использования и безопасность. ^[72]

Версия 2.1 позволяет 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 сниффинг субрейтинга, который снижает энергопотребление в режиме низкого энергопотребления.

Bluetooth 3.0 + HS [ править ]

Версия 3.0 + HS базовой спецификации Bluetooth ^[70] была принята 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 совместно размещенному каналу 802.11 .

Основная новая функция - AMP (альтернативный MAC / PHY), добавление 802.11 в качестве высокоскоростного транспорта. Высокоскоростная часть спецификации не является обязательной, и, следовательно, только устройства, отображающие логотип «+ HS», фактически поддерживают высокоскоростную передачу данных Bluetooth через 802.11. Устройство Bluetooth v3.0 без суффикса «+ HS» требуется только для поддержки функций, представленных в Базовой спецификации версии 3.0 ^[73] или более ранней версии Дополнения к базовой спецификации 1. ^[74]

L2CAP Enhanced режимы

Расширенный режим повторной передачи (ERTM) реализует надежный канал L2CAP, в то время как потоковый режим (SM) реализует ненадежный канал без повторной передачи или управления потоком. Представлено в Дополнении 1 к основной спецификации.

Альтернативный MAC / PHY

Позволяет использовать альтернативные MAC и PHY для передачи данных профиля Bluetooth. Радиомодуль Bluetooth по-прежнему используется для обнаружения устройств, начального подключения и настройки профиля. Однако, когда необходимо отправить большие объемы данных, высокоскоростной альтернативный MAC PHY 802.11 (обычно связанный с Wi-Fi) передает данные. Это означает, что Bluetooth использует проверенные модели подключения с низким энергопотреблением, когда система находится в режиме ожидания, и более быстрое радио, когда он должен отправлять большие объемы данных. Для ссылок AMP требуются расширенные режимы L2CAP.

Одноадресные данные без установления соединения

Позволяет отправлять служебные данные 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.

Улучшенный контроль мощности

Обновляет функцию управления мощностью, чтобы удалить управление мощностью без обратной связи, а также прояснить неоднозначности в управлении мощностью, вызванные новыми схемами модуляции, добавленными для EDR. Улучшенное управление мощностью устраняет двусмысленность, задавая ожидаемое поведение. Эта функция также добавляет управление мощностью с обратной связью, что означает, что фильтрация RSSI может начинаться при получении ответа. Кроме того, введен запрос «сразу перейти на максимальную мощность». Ожидается, что это решит проблему потери связи с гарнитурой, которая обычно наблюдается, когда пользователь кладет свой телефон в карман на противоположной стороне от гарнитуры.

Сверхширокополосный [ править ]

Высокоскоростная (AMP) функция Bluetooth v3.0 изначально предназначалась для UWB , но WiMedia Alliance, орган, ответственный за разновидность UWB, предназначенную для Bluetooth, объявил в марте 2009 года, что он распускается, и в конечном итоге UWB был исключен. из спецификации Core v3.0. ^[75]

16 марта 2009 г. WiMedia Alliance объявил о заключении соглашений о передаче технологий для сверхширокополосных (UWB) спецификаций WiMedia . WiMedia передала все текущие и будущие спецификации, включая работу над будущими высокоскоростными и оптимизированными по мощности реализациями, в группу специальных интересов Bluetooth (SIG), группу промоутеров беспроводных USB-устройств и форум разработчиков USB . После успешного завершения передачи технологий, маркетинга и связанных с этим административных вопросов WiMedia Alliance прекратил свою деятельность. ^{[76] [77] [78] [79] [80]}

В октябре 2009 года Bluetooth Special Interest Group приостановила разработку UWB как части альтернативного решения MAC / PHY, Bluetooth v3.0 + HS. Небольшое, но значительное количество бывших членов WiMedia не подписали и не подписали необходимые соглашения для передачи IP . Bluetooth SIG сейчас находится в процессе оценки других вариантов своей долгосрочной дорожной карты. ^{[81] [82] [83]}

Bluetooth 4.0 [ править ]

Bluetooth SIG завершил базовую спецификацию Bluetooth версии 4.0 (называемую Bluetooth Smart) и был принят 30 июня 2010 года ^{[Обновить]}. Он включает в себя протоколы Classic Bluetooth , Bluetooth high speed и Bluetooth Low Energy (BLE). Высокая скорость Bluetooth основана на Wi-Fi, а классический Bluetooth состоит из устаревших протоколов Bluetooth.

Bluetooth Low Energy , ранее известный как Wibree ^[84], 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 версиях Bluetooth v1.0 - v3.0, он нацелен на приложения с очень низким энергопотреблением, работающие от плоской батареи . Конструкции микросхем допускают два типа реализации: двухрежимную, одномодовую и усовершенствованные предыдущие версии. ^[85] От предварительных названий Wibree и Bluetooth ULP (Ultra Low Power) отказались, и какое-то время использовалось название BLE. В конце 2011 года были представлены новые логотипы «Bluetooth Smart Ready» для хостов и «Bluetooth Smart» для датчиков в качестве общедоступного лица BLE.^[86]

По сравнению с классическим Bluetooth , Bluetooth Low Energy обеспечивает значительное снижение энергопотребления и стоимости при сохранении аналогичного диапазона связи . С точки зрения увеличения срока службы батареи устройств Bluetooth, BLE представляет собой значительный прогресс.

• В одномодовой реализации реализован только стек протоколов с низким энергопотреблением. Dialog Semiconductor , ^[87] STMicroelectronics, ^[88] AMICCOM, ^[89] CSR , ^[90] Nordic Semiconductor ^[91] и Texas Instruments ^[92] выпустили одномодовые решения Bluetooth Low Energy.
• В двухрежимной реализации функциональность Bluetooth Smart интегрирована в существующий классический контроллер Bluetooth. По состоянию на март 2011 ^{[Обновить]}года следующие полупроводниковые компании объявили о доступности микросхем, соответствующих стандарту: Qualcomm-Atheros , CSR , Broadcom ^{[93] [94]} и Texas Instruments . Совместимая архитектура разделяет все существующие радиомодули и функциональные возможности Classic Bluetooth, что приводит к незначительному увеличению стоимости по сравнению с Classic Bluetooth.

Сниженные по стоимости одномодовые микросхемы, которые обеспечивают высокую степень интеграции и компактность устройств, имеют легкий Link Layer, обеспечивающий работу в режиме ожидания со сверхнизким энергопотреблением, простое обнаружение устройств и надежную многоточечную передачу данных с улучшенным энергосбережением и безопасностью. зашифрованные соединения по минимально возможной цене.

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

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

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

Приложение 4 к основным спецификациям утверждено 12 февраля 2013 года.

Bluetooth 4.1 [ править ]

Bluetooth SIG объявил об официальном принятии спецификации Bluetooth v4.1 4 декабря 2013 года. Эта спецификация представляет собой инкрементное 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, улучшающие удобство использования для потребителей. К ним относятся усиленная поддержка сосуществования для LTE, скорости массового обмена данными и помощь разработчикам в инновациях, позволяя устройствам поддерживать несколько ролей одновременно. ^[95]

Новые возможности этой спецификации включают:

• Сигнализация сосуществования мобильных беспроводных сервисов
• Смещение поезда и обобщенное чересстрочное сканирование
• Направленная реклама с низким рабочим циклом
• L2CAP-ориентированные и выделенные каналы с управлением потоком на основе кредита
• Двойной режим и топология
• Топология канального уровня LE
• 802.11n PAL
• Обновления аудиоархитектуры для широкополосной речи
• Интервал быстрой рекламы данных
• Ограниченное время открытия ^[96]

Обратите внимание, что некоторые функции уже были доступны в Дополнении к основной спецификации (CSA) до выпуска v4.1.

Bluetooth 4.2 [ править ]

Выпущенный 2 декабря 2014 года, он представляет функции для Интернета вещей .

Основные области улучшения:

• Безопасное соединение с низким энергопотреблением с увеличением длины пакета данных
• Конфиденциальность канального уровня с расширенными политиками фильтров сканера
• Интернет Поддержка протокола Профиль (ТПСП) версия 6 готова к Bluetooth смарт вещь для поддержки подключенного дома

Старое оборудование Bluetooth может получать функции 4.2, такие как увеличение длины пакета данных и повышенную конфиденциальность посредством обновлений прошивки. ^{[97] [98]}

Bluetooth 5 [ править ]

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. ^[99] Samsung Galaxy S8 был выпущен с поддержкой Bluetooth 5 в апреле 2017 года. В сентябре 2017 года появился iPhone 8 , 8 Plus. а также iPhone X с поддержкой Bluetooth 5. Apple также интегрировала Bluetooth 5 в свое новое предложение HomePod, выпущенное 9 февраля 2018 года. ^[100]Маркетинг опускает число точек; так что это просто «Bluetooth 5» (в отличие от Bluetooth 4.0); ^[101] изменение сделано для того, чтобы «упростить наш маркетинг, более эффективно сообщать о преимуществах для пользователей и упростить оповещение рынка о важных технологических обновлениях».

Bluetooth 5 предоставляет для BLE параметры, которые могут удвоить скорость (  пакет 2 Мбит / с) за счет диапазона или до четырех раз за счет скорости передачи данных. Увеличение количества передач может быть важно для устройств Интернета вещей , когда множество узлов соединяются по всему дому. Bluetooth 5 увеличивает пропускную способность услуг без установления соединения, таких как навигация с ^учетом местоположения ^[102] низкоэнергетических соединений Bluetooth. ^{[103] [104] [105]}

Основные области улучшения:

• Маска доступности слотов (SAM)
• 2 Мбит / с PHY для LE
• LE большой дальности
• Высокий рабочий цикл, реклама без подключения
• Рекламные расширения LE
• Алгоритм выбора канала LE # 2

Функции, добавленные в CSA5 - интегрированы в v5.0:

• Более высокая выходная мощность

В этой версии спецификации были удалены следующие функции:

• Парк Стэйт ^[106]

Bluetooth 5.1 [ править ]

Bluetooth SIG представила Bluetooth 5.1 21 января 2019 года.

Основные области улучшения:

• Угол прибытия (AoA) и угол отклонения (AoD), которые используются для обнаружения и отслеживания устройств.
• Индекс рекламных каналов
• Кэширование GATT
• Пакет незначительных улучшений 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 отображение SID в отчетах об ответах на сканирование
  • Укажите поведение при нарушении правил
• Периодическая передача синхронизации рекламы

Функции, добавленные в Дополнение к основной спецификации (CSA) 6 - интегрированы в v5.1:

• Модели
• Иерархия моделей на основе сетки

В этой версии спецификации были удалены следующие функции:

• Ключи от единиц

Bluetooth 5.2 [ править ]

31 декабря 2019 года Bluetooth SIG опубликовал Базовую спецификацию Bluetooth версии 5.2. В новой спецификации добавлены новые функции: ^[107]

• LE Audio: анонсированный в январе 2020 года на выставке CES компанией Bluetooth SIG , LE Audio будет работать на радиомодуле Bluetooth Low Energy, снижая потребление заряда батареи и позволяя протоколу передавать звук и добавлять такие функции, как один набор наушников, подключаемых к нескольким источникам звука или подключение нескольких наушников к одному источнику. ^{[108] [109]} Он использует новый кодек LC3 . BLE Audio также добавит поддержку слуховых аппаратов. ^[110]

• Enhanced Attribute Protocol (EATT), улучшенная версия Attribute Protocol (ATT)
• LE Управление мощностью
• LE изохронные каналы

Техническая информация [ править ]

Архитектура [ править ]

Программное обеспечение [ править ]

Стремясь расширить совместимость устройств Bluetooth, устройства, которые соответствуют стандарту, используют интерфейс, называемый HCI (интерфейс хост-контроллера), между хост-устройством (например, ноутбуком, телефоном) и устройством Bluetooth (например, беспроводной гарнитурой Bluetooth).

Протоколы высокого уровня, такие как SDP (протокол, используемый для поиска других устройств Bluetooth в пределах диапазона связи, также отвечающий за обнаружение функции устройств в диапазоне), RFCOMM (протокол, используемый для имитации соединений через последовательный порт) и TCS (протокол управления телефонией) взаимодействовать с контроллером основной полосы частот через протокол L2CAP (протокол управления логическим каналом и адаптации). Протокол L2CAP отвечает за сегментацию и повторную сборку пакетов.

Оборудование [ править ]

Аппаратное обеспечение, составляющее устройство 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 центральный процессор, одна из функций которого - запускать Link Controller; и взаимодействует с хост-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 обрабатывает функции передачи (как асинхронные, так и синхронные), кодирование звука (например, SBC (кодек)) и шифрование данных. ЦП устройства отвечает за выполнение инструкций, связанных с Bluetooth на главном устройстве, чтобы упростить его работу. Для этого центральный процессор запускает программное обеспечение под названием Link Manager, которое имеет функцию связи с другими устройствами по протоколу LMP.

Устройство Bluetooth - это беспроводное устройство малого радиуса действия . Устройства Bluetooth изготавливаются на микросхемах интегральной схемы ( RF-схемы ) RF CMOS . ^{[5] [111]}

Стек протокола Bluetooth [ править ]

Bluetooth определяется как архитектура протокола уровня, состоящая из основных протоколов, протоколов замены кабеля, протоколов управления телефонией и принятых протоколов. ^[112] Обязательными протоколами для всех стеков Bluetooth являются LMP, L2CAP и SDP. Кроме того, устройства, которые взаимодействуют с Bluetooth почти повсеместно, могут использовать эти протоколы: HCI и RFCOMM. ^{[ необходима цитата ]}

Менеджер ссылок [ править ]

Link Manager (LM) - это система, которая управляет установлением соединения между устройствами. Он отвечает за установление, аутентификацию и настройку ссылки. Link Manager находит других менеджеров и связывается с ними через протокол управления LMP-канала. Для выполнения своей функции в качестве поставщика услуг LM использует услуги, включенные в Link Controller (LC). Протокол Link Manager состоит из нескольких PDU (протокольных блоков данных), которые отправляются от одного устройства к другому. Ниже приводится список поддерживаемых сервисов:

• Передача и прием данных.
• Запрос имени
• Запрос адреса ссылки.
• Установление связи.
• Аутентификация.
• Согласование режима соединения и установления соединения.

Интерфейс хост-контроллера [ править ]

Интерфейс хост-контроллера предоставляет командный интерфейс для контроллера и диспетчера каналов, который обеспечивает доступ к регистрам состояния оборудования и управления. Этот интерфейс обеспечивает уровень доступа для всех устройств Bluetooth. Уровень HCI машины обменивается командами и данными с прошивкой HCI, присутствующей в устройстве Bluetooth. Одна из наиболее важных задач HCI, которую необходимо выполнить, - это автоматическое обнаружение других устройств Bluetooth, находящихся в пределах радиуса действия.

Протокол управления логической связью и адаптации [ править ]

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

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

В режимах повторной передачи и управления потоком L2CAP может быть настроен либо для изохронных данных, либо для надежных данных для каждого канала путем выполнения повторных передач и проверок CRC.

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

Расширенный режим ретрансляции (ERTM)

Этот режим является улучшенной версией исходного режима ретрансляции. Этот режим обеспечивает надежный канал L2CAP.

Потоковый режим (SM)

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

Надежность в любом из этих режимов необязательно и / или дополнительно гарантируется радиоинтерфейсом Bluetooth BDR / EDR нижнего уровня путем настройки количества повторных передач и тайм-аута сброса (времени, по истечении которого радиостанция сбрасывает пакеты). Упорядоченная последовательность гарантируется нижним уровнем.

Только каналы L2CAP, настроенные в ERTM или SM, могут работать по логическим каналам AMP.

Протокол обнаружения служб [ править ]

Service Discovery Protocol (SDP) позволяет устройству для обнаружения сервисов , предлагаемых другими устройствами, а также связанные с ними параметры. Например, когда вы используете мобильный телефон с гарнитурой Bluetooth, телефон использует SDP для определения профилей Bluetooth, которые может использовать гарнитура (профиль гарнитуры, профиль громкой связи (HFP), профиль расширенного распространения звука (A2DP) и т. Д.), А также настройки мультиплексора протокола, необходимые для подключения телефона к гарнитуре с помощью каждого из них. Каждая служба идентифицируется универсальным уникальным идентификатором (UUID), а официальным службам (профилям Bluetooth) назначается краткая форма UUID (16 бит, а не полные 128).

Радиочастотная связь [ править ]

Радиочастотная связь (RFCOMM) - это протокол замены кабеля, используемый для создания виртуального последовательного потока данных. RFCOMM обеспечивает передачу двоичных данных и эмулирует управляющие сигналы EIA-232 (ранее RS-232) на уровне основной полосы частот 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, которые использовали последовательный порт для связи, можно быстро перенести на использование RFCOMM.

Протокол инкапсуляции сети Bluetooth [ править ]

Bluetooth Network Encapsulation Protocol (BNEP) используется для передачи данных в другой стек протоколов с помощью канала 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 [ править ]

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

Транспортный протокол распространения аудио / видео [ править ]

Аудио / Видео Распространение Transport Protocol (AVDTP) используется усовершенствованным распределения звука ( A2DP ) профиль для потоковой передачи музыки стереогарнитуры над L2CAP канал предназначен для профиля распределения видео в передаче Bluetooth.

Протокол управления телефонией [ править ]

Телефонии Протокол управления  - Двоичный (ТКС БИН) является бит-ориентированный протокол , который определяет сигнализацию управления вызовами для установления передачи голоса и данных вызовов 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 таковой он представляет только исторический интерес.

Принятые протоколы [ править ]

Принятые протоколы определены другими организациями-разработчиками стандартов и включены в стек протоколов Bluetooth, что позволяет Bluetooth кодировать протоколы только при необходимости. Принятые протоколы включают:

Протокол точка-точка (PPP)

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

TCP / IP / UDP

Основные протоколы для набора протоколов TCP / IP

Протокол обмена объектами (OBEX)

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

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

WAE определяет структуру приложений для беспроводных устройств, а WAP - это открытый стандарт, обеспечивающий доступ мобильных пользователей к телефонным и информационным услугам. ^[112]

Исправление ошибок основной полосы частот [ править ]

В зависимости от типа пакета отдельные пакеты могут быть защищены с помощью коррекции ошибок , либо 1/3 скорости прямого исправления ошибок (FEC), либо 2/3 скорости. Кроме того, пакеты с CRC будут повторно передаваться до тех пор, пока не будут подтверждены автоматическим запросом на повторение (ARQ).

Настройка подключений [ править ]

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

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

Любое устройство может выполнять запрос, чтобы найти другие устройства для подключения, и любое устройство может быть настроено 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 требуется. Использование услуг 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 диапазона. Некоторые устройства могут быть подключены только к одному устройству за раз, 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 в запросах эти адреса обычно не отображаются. Вместо этого используются понятные имена Bluetooth, которые могут быть установлены пользователем. Это имя появляется, когда другой пользователь ищет устройства и в списках сопряженных устройств.

Для большинства сотовых телефонов по умолчанию в названии Bluetooth указаны производитель и модель телефона. Большинство сотовых телефонов и ноутбуков показывают только имена Bluetooth, и для получения дополнительной информации об удаленных устройствах требуются специальные программы. Это может сбивать с толку, поскольку, например, в зоне действия может находиться несколько сотовых телефонов с именем T610 (см. Bluejacking ).

Спаривание и связывание [ править ]

Мотивация [ править ]

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

Чтобы разрешить этот конфликт, Bluetooth использует процесс, называемый связыванием , и связь создается посредством процесса, называемого спариванием . Процесс сопряжения запускается либо конкретным запросом пользователя на создание связи (например, пользователь явно запрашивает «Добавить устройство Bluetooth»), либо он запускается автоматически при подключении к службе, где (впервые ) идентификация устройства требуется 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 идентичность устройств. После завершения сопряжения между двумя устройствами образуется связь, позволяющая этим двум устройствам подключаться в будущем без повторения процесса сопряжения для подтверждения идентичности устройства. При желании пользователь может удалить взаимосвязь.

Реализация [ править ]

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 считаются парными или связанными . Устройство, которое хочет обмениваться данными только с подключенным устройством, может криптографически аутентифицировать личность другого устройства, гарантируя, что это то же устройство, с которым оно было ранее сопряжено. После создания ключа связи аутентифицированная связь с асинхронным подключением без подключения (ACL) между устройствами может быть зашифрована для защиты передаваемых данных от перехвата.. Пользователи могут удалять ключи связи с любого устройства, что удаляет 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, следовательно, требуют сопряжения, прежде чем они позволят удаленному устройству подключиться. Некоторые службы, например профиль Object Push, не требуют явной аутентификации или шифрования, чтобы соединение не мешало работе пользователя, связанной с вариантами использования службы.

Механизмы сопряжения [ править ]

Механизмы сопряжения значительно изменились с введением Secure Simple Pairing в Bluetooth v2.1. Ниже приводится краткое описание механизмов сопряжения:

• Устаревшее сопряжение : это единственный метод, доступный в Bluetooth v2.0 и более ранних версиях. На каждом устройстве необходимо ввести ПИН-код ; соединение будет успешным только в том случае, если оба устройства введут один и тот же PIN-код. Любая 16-байтовая строка UTF-8 может использоваться в качестве PIN-кода; однако не все устройства могут вводить все возможные PIN-коды.
  • Ограниченные устройства ввода : очевидным примером этого класса устройств является гарнитура громкой связи Bluetooth, у которой обычно мало входов. Эти устройства обычно имеют фиксированный PIN-код , например «0000» или «1234», который жестко запрограммирован в устройстве.
  • Устройства ввода чисел. Классическим примером таких устройств являются мобильные телефоны. Они позволяют пользователю вводить числовое значение длиной до 16 цифр.
  • Буквенно-цифровые устройства ввода : ПК и смартфоны являются примерами этих устройств. Они позволяют пользователю вводить полный текст UTF-8 в качестве ПИН-кода. При сопряжении с менее функциональным устройством пользователь должен знать об ограничениях ввода на другом устройстве; нет механизма, доступного для способного устройства, чтобы определить, как оно должно ограничивать доступный ввод, который может использовать пользователь.
• Безопасное простое сопряжение (SSP): это требуется для Bluetooth v2.1, хотя устройство Bluetooth v2.1 может использовать только устаревшее сопряжение для взаимодействия с устройством v2.0 или более ранней версии. Secure Simple Pairing использует форму криптографии с открытым ключом , и некоторые типы могут помочь защитить от атак посредника или MITM-атак. SSP имеет следующие механизмы аутентификации:
  • Просто работает : как следует из названия, этот метод просто работает, без взаимодействия с пользователем. 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 ввод данных «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 (пользователи) должны подтвердить соединение на устройстве (ах), которое может принимать ввод. Этот метод обеспечивает защиту MITM при условии, что пользователь подтверждает на обоих устройствах и действительно выполняет сравнение правильно.
  • Ввод ключа доступа : этот метод может использоваться 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 6-значный цифровой код пользователю, который затем вводит код с клавиатуры. Во втором случае пользователь каждого устройства вводит одно и то же 6-значное число. Оба этих случая обеспечивают защиту MITM.
  • Внеполосный (OOB): этот метод использует внешние средства связи, такие как связь ближнего поля (NFC), для обмена некоторой информацией, используемой в процессе сопряжения. Сопряжение завершается с помощью радиомодуля Bluetooth, но требует информации 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 создавать ключ доступа.
• Для случаев использования, не требующих защиты MITM, можно исключить взаимодействие с пользователем.
• Для числового сравнения защита MITM может быть достигнута путем простого сравнения пользователем.
• Использование OOB с NFC позволяет создавать пары, когда устройства просто приближаются, вместо того, чтобы требовать длительного процесса обнаружения.

Проблемы безопасности [ править ]

До версии Bluetooth v2.1 шифрование не требовалось, и его можно было отключить в любой момент. Более того, ключ шифрования действует примерно 23,5 часа; Использование единственного ключа шифрования более длинного, чем это время, позволяет простым атакам XOR получить ключ шифрования.

• Отключение шифрования требуется для нескольких обычных операций, поэтому сложно определить, отключено ли шифрование по уважительной причине или из-за атаки на систему безопасности.

Bluetooth v2.1 решает эту проблему следующими способами:

• Шифрование требуется для всех подключений, отличных от SDP (Service Discovery Protocol).
• 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 микросхем Bluetooth позволяют хранить ключи связи на устройстве, однако, если устройство съемное, это означает, что ключ связи перемещается вместе с устройством.

Безопасность [ править ]

Обзор [ править ]

Bluetooth обеспечивает конфиденциальность , аутентификацию и получение ключей с помощью настраиваемых алгоритмов на основе блочного шифра SAFER + . Генерация ключа Bluetooth обычно основана на PIN-коде Bluetooth, который необходимо ввести на обоих устройствах. Эта процедура может быть изменена, 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. ^[113] E0Потоковый шифр 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, отправляемых через радиоинтерфейс, зависят от PIN-кода Bluetooth, который был введен в одно или оба устройства.

Обзор эксплойтов уязвимостей Bluetooth был опубликован в 2007 году Андреасом Беккером. ^[114]

В сентябре 2008 года Национальный институт стандартов и технологий (NIST) опубликовал Руководство по безопасности Bluetooth в качестве справочного материала для организаций. В нем описаны возможности безопасности Bluetooth и способы эффективной защиты технологий Bluetooth. Хотя у Bluetooth есть свои преимущества, он подвержен атакам типа «отказ в обслуживании», перехвату, атакам «злоумышленник посередине», модификации сообщений и незаконному присвоению ресурсов. Пользователи и организации должны оценить свой приемлемый уровень риска и включить безопасность в жизненный цикл устройств Bluetooth. Чтобы помочь 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. ^[115]

Bluetooth v2.1 - завершенный в 2007 году, а потребительские устройства впервые появились в 2009 году - вносит значительные изменения в безопасность Bluetooth, включая сопряжение. Дополнительные сведения об этих изменениях см. В разделе « Механизмы сопряжения» .

Bluejacking [ править ]

Bluejacking - это отправка изображения или сообщения от одного пользователя ничего не подозревающему пользователю с помощью беспроводной технологии Bluetooth. Обычные приложения включают короткие сообщения, например, «Вас только что взяли!» ^[116] Bluejacking не предполагает удаления или изменения каких-либо данных с устройства. ^[117] Bluejacking также может включать в себя получение контроля над мобильным устройством по беспроводной сети и звонки на линию с повышенным тарифом, принадлежащую Bluejacker. Достижения в области безопасности решили эту проблему ^{[ необходима цитата ]} .

История проблем безопасности [ править ]

2001–2004 [ править ]

В 2001 году Якобссон и Ветцель из Bell Laboratories обнаружили недостатки в протоколе сопряжения Bluetooth, а также указали на уязвимости в схеме шифрования. ^[118] В 2003 году Бен и Адам Лори из AL Digital Ltd. обнаружили, что серьезные недостатки в некоторых некачественных реализациях безопасности Bluetooth могут привести к раскрытию личных данных. ^[119] В последующем эксперименте Мартин Херфурт из trifinite.group смог провести полевые испытания на выставке CeBIT , продемонстрировав важность проблемы для всего мира. Для этого эксперимента использовалась новая атака BlueBug . ^[120] В 2004 году первый предполагаемый вирусиспользование Bluetooth для распространения среди мобильных телефонов появилось в ОС Symbian . ^[121] 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, известной как «29A», и разослан 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 мировой рекордный (смотрите также Bluetooth снайперской) показал, что диапазон радиомодулей Bluetooth класса 2 можно расширить до 1,78 км (1,11 мили) с помощью направленных антенн и усилителей сигнала. ^[122] Это представляет собой потенциальную угрозу безопасности, поскольку позволяет злоумышленникам получить доступ к уязвимым устройствам Bluetooth с расстояния, превышающего ожидания. Злоумышленник также должен иметь возможность получать информацию от жертвы для установки соединения. Никакая атака не может быть осуществлена ​​против устройства Bluetooth, если злоумышленник не знает его адрес Bluetooth и каналы для передачи, хотя это можно сделать в течение нескольких минут, если устройство используется. ^[123]

2005 [ править ]

В январе 2005 года обнаружился мобильный вредоносный червь, известный как Lasco. Червь начал атаковать мобильные телефоны с ОС Symbian ( платформа Series 60 ), используя устройства с поддержкой Bluetooth, чтобы копировать себя и распространяться на другие устройства. Червь устанавливается автоматически и запускается, когда мобильный пользователь одобряет передачу файла (Velasco.sis) с другого устройства. После установки червь начинает искать другие Bluetooth-устройства для заражения. Кроме того, 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 сделать мобильное устройство нестабильным. ^[124]

В апреле 2005 года исследователи безопасности Кембриджского университета опубликовали результаты своей фактической реализации пассивных атак на создание пары между коммерческими Bluetooth-устройствами на основе PIN-кода . Они подтвердили, что атаки практически быстрые, а метод установления симметричного ключа Bluetooth уязвим. Чтобы исправить эту уязвимость, они разработали реализацию, которая показала, что более надежное, асимметричное установление ключа возможно для определенных классов устройств, таких как мобильные телефоны. ^[125]

В июне 2005 года Янив Шакед ^[126] и Авишай Вул ^[127]опубликовал документ, описывающий как пассивные, так и активные методы получения PIN-кода для соединения Bluetooth. Пассивная атака позволяет соответствующим образом экипированному злоумышленнику подслушивать сообщения и обманывать, если злоумышленник присутствовал во время первоначального соединения. Активный метод использует специально сконструированное сообщение, которое должно быть вставлено в определенный момент 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, чтобы пользователь атакованных устройств повторно вводил ПИН-код во время атаки, когда устройство запрашивает его. Кроме того, эта активная атака, вероятно, требует специального оборудования, поскольку большинство имеющихся в продаже устройств Bluetooth не могут обеспечить необходимое время. ^[128]

В августе 2005 года полиция Кембриджшира , Англия, вынесла предупреждение о ворах, использующих телефоны с поддержкой Bluetooth для отслеживания других устройств, оставленных в автомобилях. Полиция рекомендует пользователям убедиться, что любые мобильные сетевые соединения деактивированы, если ноутбуки и другие устройства оставлены в таком положении. ^[129]

2006 [ править ]

В апреле 2006 года исследователи из Secure Network и F-Secure опубликовали отчет, в котором предупреждают о большом количестве устройств, оставшихся в видимом состоянии, и опубликовали статистические данные о распространении различных сервисов Bluetooth и легкости распространения возможного червя Bluetooth. ^[130]

В октябре 2006 года на люксембургской конференции по безопасности Hack.lu Кевин Финистер и Тьерри Золлер продемонстрировали и выпустили удаленную корневую оболочку через Bluetooth на Mac OS X v10.3.9 и v10.4. Они также продемонстрировали первый взломщик Bluetooth PIN и Linkkeys, основанный на исследованиях Wool and Shaked. ^[131]

2017 [ править ]

В апреле 2017 года исследователи безопасности из Armis обнаружили несколько эксплойтов в программном обеспечении Bluetooth на различных платформах, включая Microsoft Windows , Linux , Apple iOS и Google Android . Эти уязвимости вместе называются « BlueBorne ». Эксплойты позволяют злоумышленнику подключаться к устройствам или системам без аутентификации и могут предоставить им «практически полный контроль над устройством». Армис связался с разработчиками Google, Microsoft, Apple, Samsung и Linux, разрешив им внести исправления в свое программное обеспечение до согласованного объявления об уязвимостях 12 сентября 2017 года. ^[132]

2018 [ править ]

В июле 2018 года исследователи из Израильского технологического института Технион выявили уязвимость безопасности в последних процедурах сопряжения Bluetooth: Secure Simple Pairing и LE Secure Connections. ^{[133] [134]}

2019 [ править ]

В августе 2019 года исследователи в области безопасности из Сингапурского университета технологий и дизайна, Центра информационной безопасности им. Гельмгольца и Оксфордского университета обнаружили уязвимость в процессе согласования ключей, которая «перебирает согласованные ключи шифрования, расшифровывает перехваченный шифрованный текст и вводит действительный зашифрованные сообщения (в реальном времени). ".^{[135] [136]}

Проблемы со здоровьем [ править ]

Bluetooth использует радиочастотный спектр в  диапазоне от 2,402 ГГц до 2,480  ГГц ^[137], который представляет собой неионизирующее излучение, с шириной полосы, аналогичной той, которая используется в беспроводных и мобильных телефонах. На сегодняшний день не было продемонстрировано никаких конкретных доказательств вреда, даже если беспроводная передача была включена IARC в список возможных канцерогенов . Максимальная выходная мощность радиомодуля Bluetooth составляет 100 мВт для устройств класса 1, 2,5 мВт для класса 2 и 1 мВт для устройств класса 3. Даже максимальная выходная мощность класса 1 ниже, чем у мобильных телефонов с самой низкой мощностью. ^[138] Выход UMTS и W-CDMA 250      мВт, GSM1800 / 1900 выдает 1000  мВт, а GSM850 / 900 выдает 2000  мВт.

Наградные программы [ править ]

Чемпионат мира по инновациям Bluetooth, маркетинговая инициатива Bluetooth Special Interest Group (SIG), был международным соревнованием, которое стимулировало разработку инноваций для приложений, использующих технологию Bluetooth в продуктах для спорта, фитнеса и здравоохранения. Конкурс был направлен на стимулирование новых рынков. ^[139]

В 2013 году чемпионат мира по инновациям Bluetooth превратился в премию Bluetooth Breakthrough Awards. Впоследствии компания Bluetooth SIG представила премию Imagine Blue Award в 2016 году на выставке Bluetooth World. ^[140] Награды за прорыв ^[141] Программа Bluetooth выделяет самые инновационные продукты и приложения, доступные сегодня, прототипы, которые появятся в ближайшее время, и проекты, находящиеся в стадии разработки под руководством студентов.

См. Также [ править ]

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме Bluetooth .

• Официальный веб-сайт
• Спецификации на Bluetooth SIG