Bluetooth: definicija in kako deluje brezžična povezava na kratke razdalje

Bluetooth je protokol za brezžično komunikacijo na kratke razdalje. Razvil se je v devetdesetih letih prejšnjega stoletja (glavni pobudnik je bilo podjetje Ericsson) z namenom zmanjšanja števila kablov in poenostavitve povezovanja naprav. Naprave, kot so mobilni telefoni, prenosni računalniki, osebni računalniki, tiskalniki, digitalni fotoaparati in konzole za videoigre, se lahko med seboj povežejo in izmenjujejo podatke z uporabo radijskih valov. Povezave so lahko šifrirane in zaščitene, vendar je varnost odvisna od različice Bluetootha in nastavitev naprave. Bluetooth se uporablja predvsem na razmeroma kratkih razdaljah — tipično nekaj metrov, odvisno od moči oddajnika in razreda naprave.

Standardi in različice

Obstaja več generacij in standardov Bluetooth. Razvoj in spreminjanje standardov vodi organizacija Bluetooth SIG (Special Interest Group). Pomembne različice vključujejo:

• Bluetooth Classic (BR/EDR): prvotna tehnologija za večje pretočne hitrosti, uporablja Enhanced Data Rate (EDR) do teoretičnih 3 Mbit/s.
• Bluetooth Low Energy (BLE ali Bluetooth Smart): uveden z Bluetooth 4.0, zasnovan za nizko porabo energije in primernost za senzoriko, nosljive naprave in IoT. Osnovna hitrost BLE je bila 1 Mbit/s, kasneje pa dodali hitrejše fizične plasti (npr. 2 Mbit/s v Bluetooth 5.0) in 'long range' s kodiranimi PHY.
• Bluetooth 5.x: prinaša večji doseg, višje hitrosti za BLE, boljše upravljanje seznanjanja in nove funkcije (npr. izboljšana zmogljivost za oddajno oddaljenost in večje paketne zmogljivosti).

V praksi so dejanske hitrosti prenosa pogosto nižje od teoretičnih zaradi protokolskega overheada, motenj in omejitev aplikacij. V starejših opisih se zato pogosto navaja 1–3 Mbit/s za različne implementacije.

Frekvenčno območje in modulacija

Naprave Bluetooth uporabljajo industrijsko, znanstveno in medicinsko (ISM) pas okoli 2,4 GHz, ki je prosto dostopen po celem svetu brez licenc. Ta pas uporabljajo tudi druge naprave, kot so telefoni DECT (nekateri sistemi), pametne oznake s tehnologijo RFID, brezžične miši in drugi. Bluetooth uporablja razpršeni frekvenčni spekter z metodo frekvenčnega skakanja (frequency-hopping spread spectrum, FHSS): signal skače med številnimi kanali (npr. 79 kanalov pri nekaterih izvedbah) z več sto skoki na sekundo (približno 1600 skokov/s), kar pomaga zmanjševati motnje. Kasnejše različice uvajajo tudi adaptive frequency hopping (AFH), ki zazna motnje (npr. od WLAN) in se jim izogne.

Topologija in omrežja

Bluetooth običajno tvori majhna omrežja imenovana piconet, kjer je ena naprava poveljnik (master) in lahko poveže do sedmih aktivnih podrejenih (slave). Več piconetov se lahko poveže v širši scatternet. S prihodom BLE in Bluetooth Mesh je omogočeno večje omrežno razširjanje primerno za pametna osvetlitev, senzorje in industrijske rešitve.

Profilna struktura in tipične uporabe

Bluetooth uporablja standardizirane profile, ki določajo, kako se naprave medsebojno razumejo za določene naloge. Pomembni profili so:

• HFP (Hands-Free Profile) — prostoročne naprave v avtomobilih.
• A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) — pretakanje stereo zvoka v slušalke/zvočnike.
• AVRCP — upravljanje predvajanja (play/pause/skip).
• HID (Human Interface Device) — miške, tipkovnice, daljinski upravljalniki.
• GATT (Generic Attribute Profile) — osnova za BLE storitve, uporabljena v senzorjih, merilnikih in nosljivih napravah.

Tipične aplikacije Bluetooth so povezava slušalk z mobilnim telefonom, povezava računalniške miške, tipkovnice ali tiskalnika, prenos datotek, povezovanje igralnih ploščic, pametni zapestni pasovi, pametne ure, pa tudi komunikacija v IoT in industrijskih senzorjih preko BLE ali Bluetooth Mesh.

Moči, doseg in zmogljivost

Naprave Bluetooth se navadno delijo v razrede moči:

• Class 1: ~100 mW, do približno 100 m dosega (redko v potrošniški elektroniki).
• Class 2: ~2.5 mW, do približno 10 m (najpogosteje v mobilnih telefonih in slušalkah).
• Class 3: ~1 mW, do približno 1 m.

Dejanski doseg je odvisen od okolja, ovir in motenj. Bluetooth 5.x z izboljšavami PHY omogoča daljše dosege ali večje hitrosti, odvisno od izbrane konfiguracije (npr. kodirana dolga razdalja ali 2 Mbit/s za večjo prepustnost).

Varnost in priporočila

Bluetooth podpira različne načine seznanjanja (pairing) in šifriranja, vključno s PIN-kodami, Secure Simple Pairing (SSP) in BLE povezavami z varnostnimi način. Kljub temu so se pojavile ranljivosti (npr. znani napadi, kot je BlueBorne), zato je priporočljivo:

• obdržati naprave in firmware posodobljene,
• uveljaviti seznanjanje le z zaupanja vrednimi napravami,
• izklapljati Bluetooth, ko ga ne uporabljate,
• preverjati zahtevane pravice aplikacij, ki uporabljajo Bluetooth.

Sodelovanje z drugimi brezžičnimi tehnologijami

Ker Bluetooth uporablja iste 2,4 GHz pasove kot nekateri WLAN, se lahko pojavijo motnje. Bluetooth uporablja drugačno tehniko modulacije in strategije (npr. frekvenčno skakanje), medtem ko WLAN uporablja širokopasovno modulacijo OFDM. Naprednejše metode, kot so AFH in optimizacije v napravah, pomagajo zmanjševati motnje in izboljševati souporabo pasu.

Zaključek

Bluetooth je vsestranska tehnologija za kratke razdalje, ki še naprej razvija zmogljivosti in energetsko učinkovitost. Od prvotnega cilja zmanjšanja kablov je napredoval v ključni del povezljivosti za avdio, vhodne naprave, nosljivo elektroniko in IoT. Pri uporabi pa je smiselno upoštevati omejitve dosega, dejanske hitrosti prenosa ter varnostne ukrepe.

Primerjava Bluetootha z brezžičnim lokalnim omrežjem

Danes je veliko situacij, v katerih se lahko uporabljata Bluetooth ali brezžično omrežje LAN. Primeri vključujejo vzpostavitev omrežij, tiskanje ali prenos datotek in podatkov iz dlančnika v računalnik. Oba sta različici nelicencirane brezžične tehnologije. Omrežja WLAN lahko pokrivajo večje razdalje in zagotavljajo večjo prepustnost. Bluetooth ne zahteva drage strojne opreme. Za delovanje potrebuje tudi manj energije. ^[]

Oba uporabljata enako radijsko frekvenčno območje, vendar se razlikujeta v tehnikah modulacije. Oba sta bila razvita za zamenjavo kablov. Bluetooth se je želel znebiti kablov za periferno opremo, WLAN pa kablov, potrebnih za vzpostavitev omrežja LAN. ^[]

Naprave Bluetooth

Bluetooth je na voljo v številnih izdelkih, kot so telefoni, Wii ali PlayStation 3. Pred kratkim je bil vgrajen v nekatere elektronske ure, modeme in slušalke. Tehnologija je uporabna pri prenosu informacij med dvema ali več napravami, ki so blizu druga drugi, v razmerah z nizko pasovno širino. Bluetooth se običajno uporablja za prenos zvočnih podatkov s telefoni (npr. s slušalkami Bluetooth) ali bajtnih podatkov z ročnimi računalniki (prenos datotek).

Bluetooth uporablja protokole, ki omogočajo enostavno odkrivanje naprav, ki so v bližini, in vzpostavljanje povezave med temi napravami. Naprave Bluetooth lahko oglašujejo vse storitve, ki jih ponujajo. Uporaba storitev je enostavnejša; veliko nastavitev, povezanih z varnostjo, omrežjem ali dovoljenji, je samodejnih.

Brezžični LAN

Omrežja WLAN so bolj podobna običajnim omrežjem LAN. Za vzpostavitev omrežja in zagotovitev dostopnosti virov drugim napravam v omrežju je potrebnih več nastavitev. Naprave WLAN porabijo tudi več energije kot naprave Bluetooth. Včasih se omrežja WLAN imenujejo brezžični ethernet. Za vzpostavitev omrežja WLAN je potrebnih več virov, vendar omogoča tudi višje hitrosti prenosa. Tudi varnost je boljša od varnosti, ki jo ponuja Bluetooth.

Ključ USB Bluetooth z dometom 100 m.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je Bluetooth?

V: Kako daleč lahko doseže signal Bluetooth?

V: Katere so nekatere tipične uporabe tehnologije Bluetooth?

V: Kateri frekvenčni pas uporablja Bluetooth?

V: Kakšna je primerjava z omrežji WLAN?

V: Ali so še kakšne druge naprave, ki prav tako uporabljajo ta frekvenčni pas?

V: Kakšne hitrosti prenosa podatkov so trenutno na voljo pri tehnologiji Bluetooth?

Išči po črki