Bluetooth - Bluetooth

Bluetooth
BluetoothLogo.svg
Udviklet af Bluetooth -interessegruppe
Introduceret 7. maj 1998 ; 23 år siden ( 1998-05-07 )
Industri Personlige områdes netværk
Kompatibel hardware Personlige computere
Smartphones
Gamingkonsoller
Lydenheder
Fysisk rækkevidde Typisk mindre end 10 m (33 fod), op til 100 m (330 fod).
Bluetooth 5.0: 40–400 m (100–1.000 fod)
Mere end en kilometer, Mindre end en meter
Internet side bluetooth .com

Bluetooth er en trådløs teknologistandard medkort rækkevidde, der bruges til at udveksle data mellem faste og mobile enheder over korte afstande ved hjælp af UHF -radiobølger i ISM-båndene , fra 2,402 GHz til 2,48 GHz, og opbygning af personlige områdesnetværk (PAN'er). Det blev oprindeligt opfattet som et trådløst alternativ til RS-232 datakabler. Det bruges hovedsageligt som et alternativ til ledningsforbindelser, til at udveksle filer mellem bærbare enheder i nærheden og forbinde mobiltelefoner og musikafspillere med trådløse hovedtelefoner . I den mest anvendte tilstand er transmissionseffekten begrænset til 2,5 milliwatt , hvilket giver den en meget kort rækkevidde på op til 10 meter (30 fod).

Bluetooth administreres af Bluetooth Special Interest Group (SIG), der har mere end 35.000 medlemsvirksomheder inden for telekommunikation, computing, netværk og forbrugerelektronik. Den IEEE standardiseret Bluetooth som IEEE 802.15.1 , men ikke længere opretholder standarden. Bluetooth SIG fører tilsyn med udviklingen af ​​specifikationen, administrerer kvalifikationsprogrammet og beskytter varemærkerne. En producent skal opfylde Bluetooth SIG -standarder for at markedsføre den som en Bluetooth -enhed. Et netværk af patenter gælder for teknologien, som er licenseret til individuelle kvalificerende enheder. Fra 2009 sender Bluetooth integrerede kredsløbschips  årligt cirka 920 millioner enheder .; i 2017 var der 3,6 milliarder Bluetooth -enheder afsendt årligt, og forsendelserne forventedes at fortsætte med at stige med cirka 12% om året.

Etymologi

Navnet "Bluetooth" blev foreslået i 1997 af Jim Kardach fra Intel . På tidspunktet for dette forslag, blev han læste Frans G. Bengtsson 's Den lange Skibe , en historisk roman om vikingerne og den 10. århundredes danske konge Harald Blåtand .

Bluetooth er den angliciserede version af den skandinaviske Blåtand / Blåtann (eller på oldnordisk blátǫnn ). Det var epitetet til kong Harald Blåtand, der forenede de forskellige danske stammer til et enkelt kongerige; Kardach valgte navnet for at antyde, at Bluetooth på samme måde forener kommunikationsprotokoller.

Bluetooth-logoet Bluetooth FM Color.pnger et dilemma rune sammenlægge de Yngre Futhark runer Runebog ior.svg  (ᚼ, Hagall ) og Runebog berkanan.svg (ᛒ, Bjarkan ), Haralds initialer.

Historie

Udviklingen af ​​"short-link" radioteknologi, senere navngivet Bluetooth, blev påbegyndt i 1989 af Nils Rydbeck, CTO hos Ericsson Mobile i Lund , Sverige. Formålet var at udvikle trådløse headsets ifølge to opfindelser af Johan Ullman, SE 8902098-6 , udstedt 1989-06-12  og SE 9202239 , udstedt 1992-07-24  . Nils Rydbeck gav Tord Wingren i opgave at specificere og hollænderen Jaap Haartsen og Sven Mattisson med at udvikle. Begge arbejdede for Ericsson i Lund. Hoveddesign og udvikling begyndte i 1994, og i 1997 havde teamet en brugbar løsning. Fra 1997 blev Örjan Johansson projektleder og drev teknologien og standardiseringen frem.

I 1997 henvendte Adalio Sanchez, dengang chef for IBM ThinkPad produkt R&D, sig til Nils Rydbeck om at samarbejde om at integrere en mobiltelefon i en ThinkPad notebook. De to tildelte ingeniører fra Ericsson og IBM til at studere ideen. Konklusionen var, at strømforbruget på mobiltelefonteknologi på det tidspunkt var for højt til at muliggøre levedygtig integration i en bærbar computer og stadig opnå tilstrækkelig batterilevetid. I stedet blev de to virksomheder enige om at integrere Ericssons shortlink-teknologi på både en ThinkPad-notebook og en Ericsson-telefon for at nå målet. Da hverken IBM ThinkPad-notebooks eller Ericsson-telefoner var førende på markedsandele på deres respektive markeder på det tidspunkt, blev Adalio Sanchez og Nils Rydbeck enige om at gøre shortlink-teknologien til en åben branchestandard for at give hver spiller maksimal markedsadgang. Ericsson bidrog med short-link radioteknologi, og IBM bidrog med patenter omkring det logiske lag. Adalio Sanchez fra IBM rekrutterede derefter Stephen Nachtsheim fra Intel til at deltage, og derefter rekrutterede Intel også Toshiba og Nokia . I maj 1998 blev Bluetooth SIG lanceret med IBM og Ericsson som de grundlæggende underskrivere og i alt fem medlemmer: Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba og IBM.

Den første forbruger Bluetooth-enhed blev lanceret i 1999. Det var et håndfrit mobilt headset, der tjente "Best of show Technology Award" på COMDEX. Den første Bluetooth -mobiltelefon var Ericsson T36, men det var den reviderede T39 -model, der rent faktisk kom på lager i hylderne i 2001. Parallelt introducerede IBM IBM ThinkPad A30 i oktober 2001, som var den første notebook med integreret Bluetooth.

Bluetooth's tidlige indarbejdelse i forbrugerelektronikprodukter fortsatte hos Vosi Technologies i Costa Mesa, Californien, USA, der i første omgang blev overvåget af stiftende medlemmer Bejan Amini og Tom Davidson. Vosi Technologies var blevet skabt af ejendomsudvikler Ivano Stegmenga, med United States Patent 608507, til kommunikation mellem en mobiltelefon og et køretøjs lydsystem. På det tidspunkt havde Sony/Ericsson kun en mindre markedsandel på mobiltelefonmarkedet, som var domineret i USA af Nokia og Motorola. På grund af igangværende forhandlinger om en tiltænkt licensaftale med Motorola, der begyndte i slutningen af ​​1990'erne, kunne Vosi ikke offentligt afsløre intentionen, integrationen og den første udvikling af andre aktiverede enheder, som skulle være de første " Smart Home " internetforbundne enheder.

Vosi havde brug for et middel til at systemet kunne kommunikere uden en kabelforbundet forbindelse fra køretøjet til de andre enheder i netværket. Bluetooth blev valgt, da WiFi endnu ikke var let tilgængeligt eller understøttet på det offentlige marked. Vosi var begyndt at udvikle Vosi Cello integrerede køretøjssystem og nogle andre internetforbundne enheder, hvoraf den ene var beregnet til at være en bordplade ved navn Vosi Symphony, der er forbundet med Bluetooth. Gennem forhandlingerne med Motorola introducerede og afslørede Vosi sin hensigt med at integrere Bluetooth i sine enheder. I begyndelsen af ​​2000'erne opstod der en juridisk kamp mellem Vosi og Motorola, som på ubestemt tid suspenderede frigivelsen af ​​enhederne. Senere implementerede Motorola det i deres enheder, der indledte den betydelige udbredelse af Bluetooth på det offentlige marked på grund af dets store markedsandel dengang.

I 2012 blev Jaap Haartsen nomineret af European Patent Office til European Inventor Award.

Implementering

Bluetooth fungerer ved frekvenser mellem 2.402 og 2.480  GHz eller 2.400 og 2.4835  GHz inklusive beskyttelsesbånd 2  MHz brede i bundenden og 3,5  MHz brede øverst. Dette er i det globalt ulicensierede (men ikke uregulerede) industrielle, videnskabelige og medicinske ( ISM ) 2,4  GHz radiofrekvensbånd med kort rækkevidde. Bluetooth bruger en radioteknologi kaldet frekvenshoppende spredt spektrum . Bluetooth deler overførte data i pakker og sender hver pakke på en af ​​79 udpegede Bluetooth -kanaler. Hver kanal har en båndbredde på 1  MHz. Det udfører normalt 1600  humle i sekundet, med adaptiv frekvenshopping (AFH) aktiveret. Bluetooth Low Energy bruger 2  MHz -afstand, som kan rumme 40 kanaler.

Oprindeligt var Gaussisk frekvensskift-tastering (GFSK) modulering det eneste tilgængelige moduleringsskema. Siden introduktionen af ​​Bluetooth 2.0+EDR kan π/4- DQPSK (differential kvadratur faseforskydningstastning) og 8-DPSK-modulering også bruges mellem kompatible enheder. Enheder, der fungerer med GFSK, siges at fungere i grundhastighed (BR) -tilstand, hvor en øjeblikkelig bithastighed på 1 Mbit/s er mulig. Udtrykket Enhanced Data Rate (EDR) bruges til at beskrive π/4-DPSK (EDR2) og 8-DPSK (EDR3) skemaer, der hver giver henholdsvis 2 og 3 Mbit/s. Kombinationen af ​​disse (BR og EDR) tilstande inden for Bluetooth -radioteknologi er klassificeret som en BR/EDR -radio .   

I 2019 offentliggjorde Apple en udvidelse kaldet HDR, der understøtter datahastigheder på 4 (HDR4) og 8 (HDR8) Mbit/s ved hjælp af π/4- DQPSK- modulering på 4MHz-kanaler med fremadrettet fejlkorrektion (FEC) [1] .

Bluetooth er en pakkebaseret protokol med en master/slave-arkitektur . En mester kan kommunikere med op til syv slaver i en piconet . Alle enheder inden for en given piconet bruger det ur, som masteren har givet som basis for pakkeudveksling. Hoveduret tikker med en periode på 312,5 μs , to urflåter udgør derefter en slot på 625 µs, og to slots udgør et slotspar på 1250 µs. I det enkle tilfælde med enkelt-slot-pakker sender masteren i lige slots og modtager i ulige slots. Slaven modtager omvendt i lige slots og sender i ulige slots. Pakker kan være 1, 3 eller 5 slots lange, men i alle tilfælde begynder masterens transmission i lige slots og slave i ulige slots.    

Ovenstående udelukker Bluetooth Low Energy, introduceret i 4.0 -specifikationen, der bruger det samme spektrum, men noget anderledes .

Kommunikation og forbindelse

En master BR/EDR Bluetooth -enhed kan kommunikere med maksimalt syv enheder i en piconet (et ad hoc -computernetværk ved hjælp af Bluetooth -teknologi), selvom ikke alle enheder når dette maksimum. Enhederne kan skifte roller efter aftale, og slaven kan blive mesteren (f.eks. Starter et headset, der starter en forbindelse til en telefon, nødvendigvis som master - som initiativtager til forbindelsen - men kan efterfølgende fungere som slave).

Bluetooth Core Specification giver mulighed for tilslutning af to eller flere piconetter til en scatternet , hvor visse enheder samtidigt spiller hovedrollen i et piconet og slaverollen i et andet.

Til enhver tid kan data overføres mellem masteren og en anden enhed (undtagen den lidt brugte broadcast-tilstand). Mesteren vælger, hvilken slaveenhed der skal adresseres; typisk skifter den hurtigt fra en enhed til en anden på en round-robin- måde. Da det er mesteren, der vælger, hvilken slave han skal henvende sig til, hvorimod en slave (i teorien) formodes at lytte i hver modtagelsesplads, er det en lettere byrde at være en mester end at være en slave. At være en mester over syv slaver er muligt; det er muligt at være slave af mere end en mester. Specifikationen er vag med hensyn til påkrævet adfærd i scatternets.

Anvendelser

Sortiment af Bluetooth -enheder efter klasse
Klasse Maks. tilladt strøm Typ. rækkevidde
(m)
(mW) ( dBm )
1 100 20 ~ 100
1.5 10 10 ~ 20
2 2.5 4 ~ 10
3 1 0 ~ 1
4 0,5 −3 ~ 0,5
Kilde : BT 5 Vol 6 Part A Sect 3, Bluetooth Technology Website


Bluetooth er en standard trådskiftende kommunikationsprotokol, der primært er designet til lavt strømforbrug, med en kort rækkevidde baseret på billige transceiver- mikrochips i hver enhed. Fordi enhederne anvender et radiokommunikationssystem (broadcast), behøver de ikke at være i synsfelt for hinanden; en kvasi optisk trådløs sti skal imidlertid være levedygtig. Rækkevidde er effektklasseafhængig, men effektive intervaller varierer i praksis. Se tabellen "Rækkevidden af ​​Bluetooth -enheder efter klasse".

Officielt har klasse 3 -radioer en rækkevidde på op til 1 meter (3 fod), klasse 2, der oftest findes i mobile enheder, 10 meter (33 fod) og klasse 1, primært til industrielle tilfælde, 100 meter (300 fod) . Bluetooth Marketing kvalificerer, at klasse 1 -rækkevidde i de fleste tilfælde er 20-30 meter (66–98 fod), og klasse 2 -rækkevidde 5–10 meter (16–33 fod). Den faktiske rækkevidde opnået ved et givet link vil afhænge af enhedernes kvaliteter i begge ender af forbindelsen samt luftforholdene imellem og andre faktorer.

Det effektive område varierer afhængigt af formeringsbetingelser, materialedækning, variationer i produktionsprøver, antennekonfigurationer og batteriforhold. De fleste Bluetooth-applikationer er til indendørs forhold, hvor dæmpning af vægge og signalfading på grund af signalreflektioner gør rækkevidden langt lavere end specificerede synsfeltområder for Bluetooth-produkterne.

De fleste Bluetooth-applikationer er batteridrevne Klasse 2-enheder, med lille forskel i rækkevidde, om den anden ende af forbindelsen er en klasse 1 eller klasse 2-enhed, da den lavere strømforsynede enhed har en tendens til at indstille rækkeviddegrænsen. I nogle tilfælde kan datalinkets effektive rækkevidde udvides, når en klasse 2 -enhed opretter forbindelse til en klasse 1 -transceiver med både højere følsomhed og transmissionseffekt end en typisk klasse 2 -enhed. For det meste har klasse 1 -enheder imidlertid en lignende følsomhed som klasse 2 -enheder. Tilslutning af to klasse 1 -enheder med både høj følsomhed og høj effekt kan tillade områder langt over de typiske 100 m, afhængigt af den gennemstrømning, der kræves af applikationen. Nogle sådanne enheder tillader åbne feltområder på op til 1 km og derover mellem to lignende enheder uden at overskride lovlige emissionsgrænser.

Bluetooth Core Specification kræver en rækkevidde på ikke mindre end 10 meter (33 fod), men der er ingen øvre grænse for det faktiske område. Producenternes implementeringer kan indstilles til at give det nødvendige område til hver sag.

Bluetooth -profil

For at bruge trådløs Bluetooth-teknologi skal en enhed kunne fortolke visse Bluetooth-profiler, som er definitioner på mulige applikationer og angive generel adfærd, som Bluetooth-aktiverede enheder bruger til at kommunikere med andre Bluetooth-enheder. Disse profiler indeholder indstillinger til parameterisering og til at styre kommunikationen fra starten. Overholdelse af profiler sparer tid til at transmittere parametrene på ny, før den tovejsforbindelse bliver effektiv. Der er en bred vifte af Bluetooth -profiler, der beskriver mange forskellige typer applikationer eller use cases til enheder.

Liste over applikationer

Et typisk Bluetooth mobiltelefon headset
  • Trådløs kontrol og kommunikation mellem en mobiltelefon og et håndfrit headset . Dette var en af ​​de tidligste applikationer, der blev populære.
  • Trådløs styring af og kommunikation mellem en mobiltelefon og et Bluetooth -kompatibelt bilstereoanlæg (og nogle gange mellem SIM -kortet og biltelefonen ).
  • Trådløs kommunikation mellem en smartphone og en smart lås til oplåsning af døre.
  • Trådløs kontrol af og kommunikation med iOS- og Android -telefoner, tablets og bærbare trådløse højttalere .
  • Trådløst Bluetooth -headset og intercom . Idiomatisk kaldes et headset undertiden "en Bluetooth".
  • Trådløs streaming af lyd til hovedtelefoner med eller uden kommunikation.
  • Trådløs streaming af data indsamlet af Bluetooth-aktiverede fitness-enheder til telefon eller pc.
  • Trådløst netværk mellem pc'er i et begrænset rum, og hvor der kræves lidt båndbredde.
  • Trådløs kommunikation med PC input og output enheder, den mest almindelige er mus , tastatur og printer .
  • Overførsel af filer, kontaktoplysninger, kalenderaftaler og påmindelser mellem enheder med OBEX og deling af biblioteker via FTP .
  • Udskiftning af tidligere kablet RS-232 seriel kommunikation i testudstyr, GPS-modtagere , medicinsk udstyr, stregkodescannere og trafikstyringsenheder.
  • Til kontroller, hvor infrarød ofte blev brugt.
  • Til applikationer med lav båndbredde, hvor højere USB- båndbredde ikke er påkrævet, og kabelfri forbindelse ønskes.
  • Afsendelse af små annoncer fra Bluetooth-aktiverede reklamemængder til andre, opdagelige Bluetooth-enheder.
  • Trådløs bro mellem to Industrial Ethernet (f.eks. PROFINET ) netværk.
  • Syvende og ottende generation spilkonsoller såsom Nintendo 's Wii , og Sony ' s PlayStation 3 brug Bluetooth til deres respektive trådløse controllere.
  • Opringt internetadgang på personlige computere eller PDA'er ved hjælp af en datakompatibel mobiltelefon som et trådløst modem.
  • Overførsel af sundhedssensordata fra kort rækkevidde fra medicinsk udstyr til mobiltelefon, set-top-boks eller dedikerede telehealth- enheder.
  • Tillader en DECT -telefon at ringe og besvare opkald på vegne af en mobiltelefon i nærheden.
  • Realtidsplaceringssystemer (RTLS) bruges til at spore og identificere placeringen af ​​objekter i realtid ved hjælp af "Noder" eller "tags" knyttet til eller integreret i de sporede objekter og "Læsere", der modtager og behandler det trådløse signaler fra disse tags for at bestemme deres placeringer.
  • Personlig sikkerhedsprogram på mobiltelefoner til forebyggelse af tyveri eller tab af genstande. Det beskyttede element har en Bluetooth -markør (f.eks. Et mærke), der er i konstant kommunikation med telefonen. Hvis forbindelsen afbrydes (markøren er uden for telefonens rækkevidde), lyder en alarm. Dette kan også bruges som en mand overbord alarm. Et produkt, der bruger denne teknologi, har været tilgængeligt siden 2009.
  • Calgary , Alberta , Canadas Roads Traffic division bruger data indsamlet fra rejsendes Bluetooth -enheder til at forudsige rejsetider og trafikpropper for bilister.
  • Trådløs transmission af lyd (et mere pålideligt alternativ til FM -sendere )
  • Live video streaming til den visuelle kortikale implantat enhed af Nabeel Fattah på Newcastle universitet 2017.
  • Tilslutning af bevægelseskontroller til en pc ved brug af VR -headset

Bluetooth vs Wi-Fi (IEEE 802.11)

Bluetooth og Wi-Fi (Wi-Fi er mærket for produkter, der bruger IEEE 802.11- standarder) har nogle lignende applikationer: opsætning af netværk, udskrivning eller overførsel af filer. Wi-Fi er tænkt som en erstatning for højhastigheds-kabler til generel lokalnetværksadgang i arbejdsområder eller i hjemmet. Denne kategori af applikationer kaldes undertiden trådløse lokalnetværk (WLAN). Bluetooth var beregnet til bærbart udstyr og dets applikationer. Kategorien af ​​applikationer er skitseret som det trådløse personlige område netværk (WPAN). Bluetooth er en erstatning for kabler i forskellige personligt transporterede applikationer i enhver indstilling og fungerer også til applikationer med fast placering, såsom smart energifunktionalitet i hjemmet (termostater osv.).

Wi-Fi og Bluetooth er til en vis grad komplementære i deres applikationer og brug. Wi-Fi er normalt adgangspunkt-centreret med en asymmetrisk klient-server-forbindelse med al trafik, der dirigeres gennem adgangspunktet, mens Bluetooth normalt er symmetrisk, mellem to Bluetooth-enheder. Bluetooth fungerer godt i enkle applikationer, hvor to enheder skal oprette forbindelse med en minimal konfiguration som et tryk på en knap, som i headset og højttalere.

Enheder

En Bluetooth USB -dongle med en rækkevidde på 100 m

Bluetooth findes i adskillige produkter såsom telefoner, højttalere , tablets, medieafspillere, robotsystemer, bærbare computere og konsolspiludstyr samt nogle high definition -headset , modemer , høreapparater og endda ure. I betragtning af de mange forskellige enheder, som bruger Bluetooth, kombineret med den moderne afskrivninger af hovedtelefon -stik af Apple, Google, og andre selskaber, og den manglende regulering af FCC, teknologien er tilbøjelig til interferens. Ikke desto mindre er Bluetooth nyttig, når der overføres oplysninger mellem to eller flere enheder, der er tæt på hinanden i situationer med lav båndbredde. Bluetooth bruges almindeligvis til at overføre lyddata med telefoner (dvs. med et Bluetooth-headset) eller byte-data med håndholdte computere (overførsel af filer).

Bluetooth -protokoller forenkler opdagelsen og opsætningen af ​​tjenester mellem enheder. Bluetooth -enheder kan annoncere for alle de tjenester, de leverer. Dette gør det lettere at bruge tjenester, fordi mere af sikkerheden, netværksadressen og tilladelseskonfigurationen kan automatiseres end med mange andre netværkstyper.

Computer krav

En typisk Bluetooth USB -dongle
Et internt notebook Bluetooth -kort (14 × 36 × 4  mm)

En personlig computer, der ikke har integreret Bluetooth, kan bruge en Bluetooth -adapter, der gør det muligt for pc'en at kommunikere med Bluetooth -enheder. Mens nogle stationære computere og de nyeste bærbare computere leveres med en indbygget Bluetooth-radio, kræver andre en ekstern adapter, typisk i form af en lille USB " dongle ".

I modsætning til sin forgænger, IrDA , som kræver en separat adapter til hver enhed, lader Bluetooth flere enheder kommunikere med en computer via en enkelt adapter.

Implementering af operativsystem

For Microsoft -platforme fungerer Windows XP Service Pack 2 og SP3 -udgivelser indbygget med Bluetooth v1.1, v2.0 og v2.0+EDR. Tidligere versioner krævede, at brugerne installerede deres Bluetooth -adapteres egne drivere, som ikke blev understøttet direkte af Microsoft. Microsofts egne Bluetooth -dongler (pakket med deres Bluetooth -computerenheder) har ingen eksterne drivere og kræver derfor mindst Windows XP Service Pack 2. Windows Vista RTM/SP1 med Feature Pack til trådløs eller Windows Vista SP2 fungerer med Bluetooth v2.1+EDR . Windows 7 fungerer med Bluetooth v2.1+EDR og Extended Inquiry Response (EIR). Windows XP og Windows Vista/Windows 7 Bluetooth -stakke understøtter følgende Bluetooth -profiler indbygget: PAN, SPP, DUN , HID, HCRP. Windows XP -stakken kan erstattes af en tredjepartsstak, der understøtter flere profiler eller nyere Bluetooth -versioner. Windows Vista/Windows 7 Bluetooth-stakken understøtter leverandørleverede ekstra profiler uden at kræve, at Microsoft-stakken udskiftes. Det anbefales generelt at installere den nyeste leverandørdriver og den tilhørende stak for at kunne bruge Bluetooth -enheden i sit fulde omfang.

Apples produkter har arbejdet med Bluetooth siden Mac OS  X v10.2 , der blev udgivet i 2002.

Linux har to populære Bluetooth -stakke , BlueZ og Fluoride. BlueZ -stakken er inkluderet i de fleste Linux -kerner og blev oprindeligt udviklet af Qualcomm . Fluor, tidligere kendt som Bluedroid, er inkluderet i Android OS og blev oprindeligt udviklet af Broadcom . Der er også Affix stack, udviklet af Nokia . Det var engang populært, men er ikke blevet opdateret siden 2005.

FreeBSD har inkluderet Bluetooth siden v5.0 -udgivelsen , implementeret via netgraph .

NetBSD har inkluderet Bluetooth siden v4.0 -udgivelsen. Dens Bluetooth -stak blev også portet til OpenBSD , men OpenBSD fjernede den senere som uvedligeholdt.

DragonFly BSD har haft NetBSDs Bluetooth -implementering siden 1.11 (2008). En netgrafbaseret implementering fra FreeBSD har også været tilgængelig i træet, muligvis deaktiveret indtil 2014-11-15, og kan kræve mere arbejde.

Specifikationer og funktioner

Specifikationerne blev formaliseret af Bluetooth Special Interest Group (SIG) og formelt annonceret den 20. maj 1998. I dag har det et medlemskab af over 30.000 virksomheder verden over. Det blev etableret af Ericsson , IBM , Intel , Nokia og Toshiba , og senere fulgt af mange andre virksomheder.

Alle versioner af Bluetooth -standarderne understøtter nedadgående kompatibilitet . Det lader den nyeste standard dække alle ældre versioner.

Bluetooth Core Specification Working Group (CSWG) producerer hovedsageligt 4 slags specifikationer:

  • Bluetooth Core Specification, frigivelsescyklus er typisk et par år imellem
  • Core Specification Addendum (CSA), frigivelsescyklus kan være så stram som et par gange om året
  • Core Specification Supplements (CSS), kan frigives meget hurtigt
  • Errata (tilgængelig med en brugerkonto: Errata -login )

Bluetooth 1.0 og 1.0B

Version 1.0 og 1.0B havde mange problemer, og producenter havde svært ved at gøre deres produkter interoperable. Version 1.0 og 1.0B inkluderede også obligatorisk Bluetooth hardwareenhedsadresse (BD_ADDR) transmission i forbindelsesprocessen (hvilket gør anonymitet umulig på protokolniveau), hvilket var et stort tilbageslag for visse tjenester, der var planlagt til brug i Bluetooth -miljøer.

Bluetooth 1.1

  • Ratificeret som IEEE Standard 802.15.1–2002
  • Mange fejl fundet i v1.0B -specifikationerne blev rettet.
  • Tilføjet mulighed for ikke-krypterede kanaler.
  • Modtaget signalstyrkeindikator ( RSSI ).

Bluetooth 1.2

Store forbedringer omfatter:

  • Hurtigere forbindelse og opdagelse
  • Adaptivt frekvenshoppende spredt spektrum (AFH) , som forbedrer modstanden mod radiofrekvensinterferens ved at undgå brug af overfyldte frekvenser i hoppesekvensen.
  • Højere transmissionshastigheder i praksis end i v1.1, op til 721 kbit/s.
  • Udvidede synkrone forbindelser (eSCO), som forbedrer stemmekvaliteten af ​​lydforbindelser ved at tillade videresendelser af ødelagte pakker og eventuelt øger lydforsinkelsen for at give bedre samtidig dataoverførsel.
  • Host Controller Interface (HCI) betjening med tre-leder UART .
  • Ratificeret som IEEE -standard 802.15.1–2005
  • Introduceret Flow Control og Transmission Modes til L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Denne version af Bluetooth Core Specification blev udgivet før 2005. Hovedforskellen er introduktionen af ​​en Enhanced Data Rate (EDR) til hurtigere dataoverførsel . Bithastigheden for EDR er 3  Mbit/s, selvom den maksimale dataoverførselshastighed (giver mulighed for interpakketid og kvitteringer) er 2,1  Mbit/s. EDR anvender en kombination af GFSK og fase-shift keying modulering (PSK) med to varianter, π/4- DQPSK og 8- DPSK . EDR kan give et lavere strømforbrug gennem en reduceret driftscyklus .

Specifikationen udgives som Bluetooth v2.0 + EDR , hvilket indebærer, at EDR er en valgfri funktion. Bortset fra EDR indeholder v2.0 -specifikationen andre mindre forbedringer, og produkter kan kræve overholdelse af "Bluetooth v2.0" uden at understøtte den højere datahastighed. Mindst en kommerciel enhed angiver "Bluetooth v2.0 uden EDR" på sit datablad.

Bluetooth 2.1 + EDR

Bluetooth Core Specification Version 2.1 + EDR blev vedtaget af Bluetooth SIG den 26. juli 2007.

Overskriftsfunktionen i v2.1 er sikker simpel parring (SSP): dette forbedrer parringsoplevelsen for Bluetooth -enheder, samtidig med at brugen og styrken af ​​sikkerhed øges.

Version 2.1 tillader forskellige andre forbedringer, herunder udvidet forespørgselssvar (EIR), som giver flere oplysninger under forespørgslen for at muliggøre bedre filtrering af enheder før tilslutning; og sniff subrating, hvilket reducerer strømforbruget i laveffekttilstand.

Bluetooth 3.0 + HS

Version 3.0 + HS af Bluetooth Core -specifikationen blev vedtaget af Bluetooth SIG den 21. april 2009. Bluetooth v3.0 + HS giver teoretiske dataoverførselshastigheder på op til 24 Mbit/s, dog ikke over selve Bluetooth -linket. I stedet bruges Bluetooth -linket til forhandling og etablering, og den høje datahastighedstrafik føres over et samordnet 802.11 -link.

Den vigtigste nye funktion er AMP (Alternativ MAC/PHY), tilføjelsen af 802.11 som en højhastighedstransport. Højhastighedsdelen af ​​specifikationen er ikke obligatorisk, og derfor understøtter kun enheder, der viser "+HS" -logoet, faktisk Bluetooth over 802.11 højhastigheds dataoverførsel. En Bluetooth v3.0 -enhed uden suffikset "+HS" er kun påkrævet for at understøtte funktioner, der er introduceret i Core Specification Version 3.0 eller tidligere Core Specification Addendum 1.

L2CAP Forbedrede tilstande
Enhanced Retransmission Mode (ERTM) implementerer pålidelig L2CAP -kanal, mens Streaming Mode (SM) implementerer upålidelig kanal uden genudsendelse eller flowkontrol. Indført i Core Specification Addendum 1.
Alternativ MAC/PHY
Gør det muligt at bruge alternative MAC- og PHY'er til transport af Bluetooth -profildata . Bluetooth -radioen bruges stadig til enhedsopdagelse, første forbindelse og profilkonfiguration. Men når store mængder data skal sendes, transporterer højhastighedsalternativet MAC PHY 802.11 (typisk forbundet med Wi-Fi) dataene. Det betyder, at Bluetooth anvender dokumenterede modeller med lav strømforbindelse, når systemet er inaktiv, og den hurtigere radio, når det skal sende store mængder data. AMP -links kræver forbedrede L2CAP -tilstande.
Unicast -forbindelsesløse data
Tillader afsendelse af servicedata uden at etablere en eksplicit L2CAP -kanal. Det er beregnet til brug af applikationer, der kræver lav forsinkelse mellem brugerhandling og genforbindelse/transmission af data. Dette er kun relevant for små mængder data.
Forbedret strømstyring
Opdaterer strømstyringsfunktionen for at fjerne strømstyringen med åben sløjfe og også for at tydeliggøre uklarheder i strømstyring, der blev introduceret af de nye moduleringsordninger tilføjet til EDR. Forbedret strømstyring fjerner uklarhederne ved at specificere den adfærd, der forventes. Funktionen tilføjer også strømstyring med lukket sløjfe, hvilket betyder, at RSSI -filtrering kan starte, når svaret modtages. Derudover er der blevet indført en anmodning om "gå direkte til maksimal effekt". Dette forventes at håndtere problemet med tab af headset -link, der typisk observeres, når en bruger lægger sin telefon i en lomme på den modsatte side af headsettet.

Ultra-bredbånd

Højhastighedsfunktionen (AMP) i Bluetooth v3.0 var oprindeligt beregnet til UWB , men WiMedia Alliance, organet, der er ansvarlig for smagen af ​​UWB beregnet til Bluetooth, meddelte i marts 2009, at den var i opløsning, og i sidste ende blev UWB udeladt fra Core v3.0 -specifikationen.

Den 16. marts 2009 annoncerede WiMedia Alliance , at det var ved at indgå aftaler om teknologioverførsel til specifikationerne for WiMedia Ultra-wideband (UWB). WiMedia har overført alle nuværende og fremtidige specifikationer, herunder arbejde med fremtidige højhastigheds- og strømoptimerede implementeringer, til Bluetooth Special Interest Group (SIG), Wireless USB Promoter Group og USB Implementers Forum . Efter en vellykket gennemførelse af teknologioverførsel, marketing og relaterede administrative poster stoppede WiMedia Alliance driften.

I oktober 2009 suspenderede Bluetooth Special Interest Group udviklingen af ​​UWB som en del af den alternative MAC/PHY, Bluetooth v3.0 + HS -løsning. Et lille, men betydeligt antal tidligere WiMedia -medlemmer havde ikke og ville ikke tilmelde sig de nødvendige aftaler for IP -overførsel. Fra 2009 var Bluetooth SIG i gang med at evaluere andre muligheder for sin køreplan på længere sigt.

Bluetooth 4.0

Bluetooth SIG afsluttede Bluetooth Core Specification version 4.0 (kaldet Bluetooth Smart) og er blevet vedtaget pr. 30. juni 2010. Den inkluderer klassisk Bluetooth , Bluetooth høj hastighed og Bluetooth Low Energy (BLE) protokoller. Bluetooth høj hastighed er baseret på Wi-Fi, og Classic Bluetooth består af ældre Bluetooth-protokoller.

Bluetooth Low Energy , tidligere kendt som Wibree, er en undersæt af Bluetooth v4.0 med en helt ny protokolstak for hurtig opbygning af enkle links. Som et alternativ til Bluetooth -standardprotokollerne, der blev introduceret i Bluetooth v1.0 til v3.0, er det rettet mod applikationer med meget lav effekt drevet af en møntcelle . Chip-designs giver mulighed for to typer implementering, dual-mode, single-mode og forbedrede tidligere versioner. De foreløbige navne Wibree og Bluetooth ULP (Ultra Low Power) blev opgivet, og BLE -navnet blev brugt i et stykke tid. I slutningen af ​​2011 blev nye logoer "Bluetooth Smart Ready" til værter og "Bluetooth Smart" til sensorer introduceret som offentligheden for BLE.

Sammenlignet med klassisk Bluetooth er Bluetooth Low Energy beregnet til at give et betydeligt reduceret strømforbrug og omkostninger, samtidig med at der opretholdes et lignende kommunikationsområde . Med hensyn til at forlænge batterilevetiden for Bluetooth -enheder repræsenterer BLE en betydelig fremgang.

  • I en single-mode implementering er det kun lavenergiprotokollstakken, der implementeres. Dialog Semiconductor , STMicroelectronics, AMICCOM, CSR , Nordic Semiconductor og Texas Instruments har udgivet single mode Bluetooth Low Energy -løsninger.
  • I en dual-mode implementering er Bluetooth Smart-funktionalitet integreret i en eksisterende Classic Bluetooth-controller. Fra marts 2011 har følgende halvledervirksomheder annonceret tilgængeligheden af ​​chips, der opfylder standarden: Qualcomm-Atheros , CSR , Broadcom og Texas Instruments . Den kompatible arkitektur deler alle Classic Bluetooths eksisterende radio og funktionalitet, hvilket resulterer i en ubetydelig stigning i omkostninger sammenlignet med Classic Bluetooth.

Omkostningsreducerede single-mode chips, der muliggør meget integrerede og kompakte enheder, har et let Link Layer, der giver ultralav strøm i inaktiv tilstand, enkel enhedsopdagelse og pålidelig punkt-til-multipunkt dataoverførsel med avanceret strømbesparelse og sikker krypterede forbindelser til den lavest mulige pris.

Generelle forbedringer i version 4.0 omfatter de ændringer, der er nødvendige for at lette BLE -tilstande, såvel som Generic Attribute Profile (GATT) og Security Manager (SM) -tjenester med AES -kryptering.

Core Specification Addendum 2 blev afsløret i december 2011; den indeholder forbedringer af audio Host Controller -grænsefladen og af High Speed ​​(802.11) Protocol Adaptation Layer.

Kernespecifikation Addendum 3 revision 2 har en vedtagelsesdato den 24. juli 2012.

Kerne specifikation Addendum 4 har en vedtagelsesdato den 12. februar 2013.

Bluetooth 4.1

Bluetooth SIG meddelte den 4. december 2013 formel vedtagelse af Bluetooth v4.1 -specifikationen. Denne specifikation er en trinvis softwareopdatering til Bluetooth Specification v4.0 og ikke en hardwareopdatering. Opdateringen indeholder Bluetooth Core Specification Addenda (CSA 1, 2, 3 & 4) og tilføjer nye funktioner, der forbedrer forbrugernes brugervenlighed. Disse omfatter øget sameksistensstøtte til LTE, bulkdataudvekslingskurser-og hjælper udviklerinnovation ved at tillade enheder at understøtte flere roller samtidigt.

Nye funktioner i denne specifikation omfatter:

  • Mobil trådløs service Sameksistenssignalering
  • Train Nudging og generaliseret interlaced scanning
  • Low Duty Cycle Directed Advertising
  • L2CAP-forbindelsesorienterede og dedikerede kanaler med kreditbaseret flowkontrol
  • Dobbelt tilstand og topologi
  • LE Link Layer Topology
  • 802.11n PAL
  • Lydarkitekturopdateringer til Wide Band Speech
  • Hurtig dataannonceringsinterval
  • Begrænset opdagelsestid

Bemærk, at nogle funktioner allerede var tilgængelige i et Core Specification Addendum (CSA) før udgivelsen af ​​v4.1.

Bluetooth 4.2

Udgivet den 2. december 2014 og introducerer funktioner til tingenes internet .

De vigtigste forbedringsområder er:

Ældre Bluetooth -hardware kan modtage 4,2 funktioner, f.eks. Datapakkelængdeforlængelse og forbedret privatliv via firmwareopdateringer.

Bluetooth 5

Bluetooth SIG frigav Bluetooth 5 den 6. december 2016. Dens nye funktioner er hovedsageligt fokuseret på ny Internet of Things -teknologi. Sony var den første til at annoncere Bluetooth 5.0 -understøttelse med sin Xperia XZ Premium i februar 2017 under Mobile World Congress 2017. Samsung Galaxy S8 blev lanceret med Bluetooth 5 -understøttelse i april 2017. I september 2017 lancerede iPhone 8 , 8 Plus og iPhone X også lanceret med Bluetooth 5 -understøttelse. Apple integrerede også Bluetooth 5 i sit nye HomePod -tilbud, der blev frigivet den 9. februar 2018. Markedsføring sænker pointnummeret ; så det bare er "Bluetooth 5" (i modsætning til Bluetooth 4.0); ændringen er for at "forenkle vores marketing, kommunikere brugerfordele mere effektivt og gøre det lettere at signalere betydelige teknologiopdateringer til markedet."

Bluetooth 5 giver, for BLE , muligheder, der kan fordoble hastigheden (2  Mbit/s burst) på bekostning af rækkevidde eller give op til fire gange rækkevidden på bekostning af datahastighed. Stigningen i transmissioner kan være vigtig for Internet of Things -enheder, hvor mange noder forbinder i hele et hus. Bluetooth 5 øger kapaciteten i forbindelsesløse tjenester såsom placeringsrelevant navigation af lavenergi Bluetooth-forbindelser.

De vigtigste forbedringsområder er:

  • Slot tilgængelighed maske (SAM)
  • 2 Mbit/s PHY for LE
  • LE Lang rækkevidde
  • Reklame uden forbindelse til high-duty cyklus
  • LE reklameudvidelser
  • LE -kanalvalgalgoritme #2

Funktioner tilføjet i CSA5 - Integreret i v5.0:

  • Højere udgangseffekt

Følgende funktioner blev fjernet i denne version af specifikationen:

  • Park State

Bluetooth 5.1

Bluetooth SIG præsenterede Bluetooth 5.1 den 21. januar 2019.

De vigtigste forbedringsområder er:

  • Ankomstvinkel (AoA) og vinklen for udsejling (AoD), som anvendes til lokalisering og sporing af enheder
  • Reklamekanalindeks
  • GATT Caching
  • Mindre forbedringer batch 1:
    • HCI -understøttelse af fejlfindingsnøgler i LE Secure Connections
    • Opdateringsmekanisme til søvnurets nøjagtighed
    • ADI -felt i scanningsresponsdata
    • Interaktion mellem QoS og Flow Specification
    • Bloker værts kanalklassificering for sekundær reklame
    • Tillad, at SID'et vises i scanningssvarrapporter
    • Angiv adfærd, når regler overtrædes
  • Periodisk annonceringssynkroniseringsoverførsel

Funktioner tilføjet i Core Specification Addendum (CSA) 6 - Integreret i v5.1:

Følgende funktioner blev fjernet i denne version af specifikationen:

  • Enhedsnøgler

Bluetooth 5.2

Den 31. december 2019 offentliggjorde Bluetooth SIG Bluetooth Core Specification Version 5.2. Den nye specifikation tilføjer nye funktioner:

  • Enhanced Attribute Protocol (EATT), en forbedret version af Attribute Protocol (ATT)
  • LE Power Control
  • LE isokrone kanaler
  • LE Audio, der er bygget oven på de nye 5.2 funktioner. BT LE Audio blev annonceret i januar 2020 på CES af Bluetooth SIG . Sammenlignet med almindelig Bluetooth -lyd gør Bluetooth Low Energy Audio et lavere batteriforbrug muligt og skaber en standardiseret måde at overføre lyd over BT LE. Bluetooth LE Audio tillader også én-til-mange og mange-til-en-udsendelser, hvilket tillader flere modtagere fra en kilde eller en modtager til flere kilder. Den bruger en ny LC3 -codec . BLE Audio tilføjer også understøttelse af høreapparater.

Bluetooth 5.3

Bluetooth SIG udgav Bluetooth Core Specification Version 5.3 den 13. juli 2021. Funktionsforbedringerne af Bluetooth 5.3 er:

  • Forbindelse Subrating
  • Periodisk annonceinterval
  • Kanalklassificering Forbedring
  • Forbedringer af krypteringsnøglestørrelse

Følgende funktioner blev fjernet i denne version af specifikationen:

  • Alternativ MAC og PHY (AMP) udvidelse

Teknisk information

Arkitektur

Software

De enheder, der overholder standarden, forsøger at udvide kompatibiliteten af ​​Bluetooth -enheder og bruger en grænseflade kaldet HCI (Host Controller Interface) mellem værtsenheden (f.eks. Bærbar computer, telefon) og Bluetooth -enheden (f.eks. Bluetooth trådløst headset).

Protokoller på højt niveau, f.eks. SDP (protokol, der bruges til at finde andre Bluetooth-enheder inden for kommunikationsområdet, også ansvarlig for at detektere funktionen af ​​enheder inden for rækkevidde), RFCOMM (protokol, der bruges til at efterligne serielle portforbindelser) og TCS (telefonikontrolprotokol) interagere med basebånds -controlleren gennem L2CAP -protokollen (Logical Link Control and Adaptation Protocol). L2CAP -protokollen er ansvarlig for segmentering og genmontering af pakkerne.

Hardware

Den hardware, der udgør Bluetooth -enheden, består logisk set af to dele; som muligvis ikke er fysisk adskilt. En radioenhed, der er ansvarlig for modulering og transmission af signalet; og en digital controller. Den digitale controller er sandsynligvis en CPU, en af ​​hvis funktioner er at køre en Link Controller; og grænseflader med værtsenheden; men nogle funktioner kan delegeres til hardware. Link Controller er ansvarlig for behandlingen af ​​basisbåndet og administrationen af ​​ARQ og FEC -protokoller med fysisk lag. Derudover håndterer den overførselsfunktioner (både asynkron og synkron), lydkodning (f.eks. SBC (codec) ) og datakryptering. Enhedens CPU er ansvarlig for at følge instruktionerne vedrørende værtsenhedens Bluetooth for at forenkle dens drift. For at gøre dette kører CPU'en software kaldet Link Manager, der har funktionen til at kommunikere med andre enheder via LMP -protokollen.

En Bluetooth-enhed er en trådløs enhed med kort rækkevidde . Bluetooth -enheder er fremstilletRF CMOS -integrerede kredsløb ( RF -kredsløb ) chips.

Bluetooth -protokolstabel

Bluetooth -protokolstabel

Bluetooth er defineret som en lagprotokollarkitektur bestående af kerneprotokoller, kabeludskiftningsprotokoller, telefonkontrolprotokoller og vedtagne protokoller. Obligatoriske protokoller for alle Bluetooth -stakke er LMP, L2CAP og SDP. Derudover kan enheder, der kommunikerer med Bluetooth næsten universelt, bruge disse protokoller: HCI og RFCOMM.

Link Manager

Link Manager (LM) er det system, der administrerer etableringen af ​​forbindelsen mellem enheder. Den er ansvarlig for oprettelse, godkendelse og konfiguration af linket. Link Manager lokaliserer andre ledere og kommunikerer med dem via LMP -linkets ledelsesprotokol. For at udføre sin funktion som tjenesteudbyder bruger LM de tjenester, der er inkluderet i Link Controller (LC). Link Manager -protokollen består dybest set af flere PDU'er (Protocol Data Units), der sendes fra en enhed til en anden. Følgende er en liste over understøttede tjenester:

  • Overførsel og modtagelse af data.
  • Navneanmodning
  • Anmodning om linkadresser.
  • Etablering af forbindelsen.
  • Godkendelse.
  • Forhandling af linktilstand og forbindelsesetablering.

Værtscontroller -grænseflade

Værtscontroller -grænsefladen giver en kommando -grænseflade til controlleren og til linkmanageren, som giver adgang til hardware -status og kontrolregistre. Denne grænseflade giver et adgangslag til alle Bluetooth -enheder. Maskinens HCI -lag udveksler kommandoer og data med HCI -firmwaren, der findes i Bluetooth -enheden. En af de vigtigste HCI -opgaver, der skal udføres, er automatisk registrering af andre Bluetooth -enheder, der er inden for dækningsradius.

Logisk linkstyring og tilpasningsprotokol

Den logiske Link Control og tilpasningsprotokollen (L2CAP) bruges til at multiplex multiple logiske forbindelser mellem to enheder ved hjælp af forskellige protokoller af højere niveau. Giver segmentering og genmontering af luftpakker.

I grundlæggende tilstand leverer L2CAP pakker med en nyttelast, der kan konfigureres op til 64 kB, med 672 bytes som standard MTU og 48 bytes som minimum obligatorisk understøttet MTU.

I tilstandene Retransmission og Flow Control kan L2CAP konfigureres enten til isokrone data eller pålidelige data pr. Kanal ved at udføre genudsendelser og CRC -kontroller.

Bluetooth Core Specification Addendum 1 tilføjer to yderligere L2CAP -tilstande til kernespecifikationen. Disse tilstande afskærer effektivt de originale tilstande til transmission og flowkontrol:

Forbedret transmissionstilstand (ERTM)
Denne tilstand er en forbedret version af den originale genudsendelsestilstand. Denne tilstand giver en pålidelig L2CAP -kanal.
Streamingtilstand (SM)
Dette er en meget enkel tilstand, uden videresendelse eller flowkontrol. Denne tilstand giver en upålidelig L2CAP -kanal.

Pålidelighed i nogen af ​​disse tilstande er valgfrit og/eller yderligere garanteret af det nedre lag Bluetooth BDR/EDR luftinterface ved at konfigurere antallet af genudsendelser og skylningstimeout (tid hvorefter radioen skyller pakker). Ordre-sekvensering garanteres af det nedre lag.

Kun L2CAP -kanaler konfigureret i ERTM eller SM må betjenes via logiske AMP -links.

Service Discovery Protocol

Den service Discovery Protocol (SDP) tillader en anordning til at opdage, der tilbydes af andre enheder tjenester og deres tilknyttede parametre. Når du f.eks. Bruger en mobiltelefon med et Bluetooth -headset, bruger telefonen SDP til at bestemme, hvilke Bluetooth -profiler headsettet kan bruge (Headset -profil, Hands Free -profil (HFP), Advanced Audio Distribution -profil (A2DP) osv.) Og protokolmultiplexerindstillinger nødvendige for at telefonen kan oprette forbindelse til headsettet ved hjælp af hver af dem. Hver service identificeres af en Universally Unique Identifier (UUID), med officielle tjenester (Bluetooth -profiler) tildelt en UUID i en kort form (16 bits i stedet for hele 128).

Radiofrekvenskommunikation

Radio Frequency Communications (RFCOMM) er en kabeludskiftningsprotokol, der bruges til at generere en virtuel seriel datastrøm. RFCOMM sørger for binær datatransport og emulerer EIA-232 (tidligere RS-232) kontrolsignaler over Bluetooth-basebåndslaget, dvs. det er en seriel portemulering.

RFCOMM giver en enkel, pålidelig datastrøm til brugeren, der ligner TCP. Det bruges direkte af mange telefonirelaterede profiler som bærer til AT -kommandoer, samt at det er et transportlag for OBEX over Bluetooth.

Mange Bluetooth -applikationer bruger RFCOMM på grund af dets udbredte support og offentligt tilgængelige API på de fleste operativsystemer. Derudover kan programmer, der brugte en seriel port til at kommunikere, hurtigt portes til at bruge RFCOMM.

Bluetooth Network Encapsulation Protocol

Den Bluetooth Network Indkapsling protokol (BNEP) bruges til at overføre en anden protokol stak data via en L2CAP kanal. Dets hovedformål er transmission af IP -pakker i Personal Area Networking Profile. BNEP udfører en lignende funktion som SNAP i trådløst LAN.

Lyd/video kontrol transportprotokol

The Audio / Video-overvågningsanlæg Transport Protocol (AVCTP) anvendes af fjernbetjeningen profil til overførsel AV / C kommandoer over en L2CAP kanal. Musikkontrolknapperne på et stereoheadset bruger denne protokol til at styre musikafspilleren.

Transport/protokol til distribution af lyd/video

Den Audio / Video Distribution Transport Protocol (AVDTP) bruges af Advanced Audio Distribution ( A2DP ) profil til streame musik til stereo headsets over en L2CAP kanal beregnet til video distribution profil i Bluetooth-transmission.

Telefonikontrolprotokol

Den Telefoni Control Protocol  - Binary (TCS BIN) er den bit-orienterede protokol, der definerer den opkaldsstyring signalering til etablering af tale- og dataopkald mellem Bluetooth-enheder. Derudover definerer "TCS BIN mobilitetsstyringsprocedurer til håndtering af grupper af Bluetooth TCS -enheder."

TCS-BIN bruges kun af den trådløse telefoniprofil, som ikke tiltrak implementører. Som sådan er det kun af historisk interesse.

Vedtagne protokoller

Vedtagne protokoller defineres af andre standardiserende organisationer og indarbejdes i Bluetooth's protokolstak, hvilket kun tillader Bluetooth at kode protokoller, når det er nødvendigt. De vedtagne protokoller omfatter:

Point-to-Point Protocol (PPP)
Internet standardprotokol til transport af IP-datagrammer over et punkt-til-punkt-link.
TCP /IP /UDP
Foundation -protokoller til TCP/IP -protokolsuite
Object Exchange Protocol (OBEX)
Sessionslagsprotokol til udveksling af objekter, der giver en model for objekt- og driftsrepræsentation
Trådløst applikationsmiljø/Trådløs applikationsprotokol (WAE/WAP)
WAE angiver en applikationsramme for trådløse enheder, og WAP er en åben standard for at give mobilbrugere adgang til telefoni- og informationstjenester.

Baseband fejlrettelse

Afhængigt af pakketype kan individuelle pakker være beskyttet af fejlkorrektion , enten 1/3 rate forward error correction (FEC) eller 2/3 rate. Derudover vil pakker med CRC blive transmitteret igen, indtil de bekræftes af automatisk gentagelsesanmodning (ARQ).

Opsætning af forbindelser

Enhver Bluetooth -enhed i synlig tilstand overfører følgende oplysninger på forespørgsel:

  • Enhedsnavn
  • Enhedsklasse
  • Liste over tjenester
  • Tekniske oplysninger (f.eks .: enhedsfunktioner, producent, brugt Bluetooth -specifikation, urforskydning)

Enhver enhed kan foretage en forespørgsel for at finde andre enheder at oprette forbindelse til, og enhver enhed kan konfigureres til at besvare sådanne henvendelser. Men hvis enheden, der forsøger at oprette forbindelse, kender enhedens adresse, reagerer den altid på direkte forbindelsesanmodninger og sender de oplysninger, der er vist på listen ovenfor, hvis det bliver anmodet om det. Brug af en enheds tjenester kan kræve parring eller accept fra dens ejer, men selve forbindelsen kan startes af enhver enhed og holdes, indtil den går uden for rækkevidde. Nogle enheder kan kun sluttes til en enhed ad gangen, og tilslutning til dem forhindrer dem i at oprette forbindelse til andre enheder og vises i forespørgsler, indtil de afbryder forbindelsen til den anden enhed.

Hver enhed har en unik 48-bit adresse . Disse adresser er dog generelt ikke vist i forespørgsler. I stedet bruges venlige Bluetooth -navne, som kan indstilles af brugeren. Dette navn vises, når en anden bruger scanner efter enheder og i lister over parrede enheder.

De fleste mobiltelefoner har Bluetooth -navnet som standard angivet til telefonens producent og model. De fleste mobiltelefoner og bærbare computere viser kun Bluetooth -navne og særlige programmer er nødvendige for at få yderligere oplysninger om eksterne enheder. Dette kan være forvirrende, da der f.eks. Kan være flere mobiltelefoner inden for rækkevidde ved navn T610 (se Bluejacking ).

Parring og binding

Motivering

Mange tjenester, der tilbydes via Bluetooth, kan afsløre private data eller lade en forbindelsespart styre Bluetooth -enheden. Sikkerhedsmæssige årsager gør det nødvendigt at genkende bestemte enheder og dermed aktivere kontrol over, hvilke enheder der kan oprette forbindelse til en given Bluetooth -enhed. Samtidig er det nyttigt for Bluetooth -enheder at kunne oprette en forbindelse uden brugerindgreb (f.eks. Så snart som inden for rækkevidde).

For at løse denne konflikt bruger Bluetooth en proces kaldet binding , og en binding genereres gennem en proces kaldet parring . Parringsprocessen udløses enten af ​​en bestemt anmodning fra en bruger om at generere en binding (f.eks. Anmoder brugeren eksplicit om at "Tilføj en Bluetooth -enhed"), eller den udløses automatisk ved forbindelse til en tjeneste, hvor (for første gang ) en enheds identitet er påkrævet af sikkerhedsmæssige årsager. Disse to sager omtales som henholdsvis dedikeret binding og generel binding.

Parring involverer ofte et vist niveau af brugerinteraktion. Denne brugerinteraktion bekræfter enhedernes identitet. Når parringen er afsluttet, dannes der en binding mellem de to enheder, så de to enheder kan oprette forbindelse i fremtiden uden at gentage parringsprocessen for at bekræfte enhedsidentiteter. Når det ønskes, kan brugeren fjerne bindingsforholdet.

Implementering

Under parring etablerer de to enheder et forhold ved at oprette en delt hemmelighed kendt som en linknøgle . Hvis begge enheder gemmer den samme linknøgle, siges det at være parret eller forbundet . En enhed, der kun ønsker at kommunikere med en tilknyttet enhed, kan kryptografisk godkende identiteten af ​​den anden enhed og sikre, at den er den samme enhed, den tidligere var parret med. Når først en linknøgle er genereret, kan et godkendt Asynchronous Connection-Less (ACL) link mellem enhederne krypteres for at beskytte udvekslede data mod aflytning . Brugere kan slette linknøgler fra begge enheder, hvilket fjerner bindingen mellem enhederne - så det er muligt for en enhed at have en gemt linknøgle til en enhed, den ikke længere er parret med.

Bluetooth -tjenester kræver generelt enten kryptering eller godkendelse og kræver som sådan parring, før de lader en ekstern enhed oprette forbindelse. Nogle tjenester, f.eks. Object Push-profilen, vælger ikke eksplicit at kræve godkendelse eller kryptering, så parring ikke forstyrrer brugeroplevelsen, der er forbundet med service use-cases.

Parringsmekanismer

Parringsmekanismer ændrede sig markant med introduktionen af ​​Secure Simple Pairing i Bluetooth v2.1. Følgende opsummerer parringsmekanismerne:

  • Ældre parring : Dette er den eneste metode, der er tilgængelig i Bluetooth v2.0 og tidligere. Hver enhed skal indtaste en PIN -kode ; parring er kun vellykket, hvis begge enheder indtaster den samme PIN -kode. Enhver 16-byte UTF-8-streng kan bruges som en PIN-kode; dog er det ikke sikkert, at alle enheder kan indtaste alle mulige PIN -koder.
    • Begrænsede inputenheder : Det oplagte eksempel på denne enhedsklasse er et Bluetooth håndfrit headset, der generelt har få input. Disse enheder har normalt en fast pinkode , f.eks. "0000" eller "1234", der er hårdt kodet ind i enheden.
    • Numeriske inputenheder : Mobiltelefoner er klassiske eksempler på disse enheder. De giver en bruger mulighed for at indtaste en numerisk værdi på op til 16 cifre i længden.
    • Alfanumeriske inputenheder : Pc'er og smartphones er eksempler på disse enheder. De giver en bruger mulighed for at indtaste fuld UTF-8-tekst som en PIN-kode. Hvis parring med en mindre kapabel enhed skal brugeren være opmærksom på inputbegrænsningerne på den anden enhed; der er ingen mekanisme tilgængelig for en i stand til at bestemme, hvordan den skal begrænse det tilgængelige input, en bruger må bruge.
  • Secure Simple Pairing (SSP): Dette er påkrævet af Bluetooth v2.1, selvom en Bluetooth v2.1 -enhed kun må bruge ældre parring til at interoperere med en v2.0 eller tidligere enhed. Secure Simple Pairing bruger en form for public-key kryptografi , og nogle typer kan hjælpe med at beskytte mod mennesket i midten eller MITM-angreb. SSP har følgende godkendelsesmekanismer:
    • Virker bare : Som navnet antyder, fungerer denne metode bare uden brugerinteraktion. En enhed kan dog bede brugeren om at bekræfte parringsprocessen. Denne metode bruges typisk af headsets med minimal IO -kapacitet og er mere sikker end den faste PIN -mekanisme, som dette begrænsede sæt enheder bruger til ældre parring. Denne metode giver ingen man-in-the-middle (MITM) beskyttelse.
    • Numerisk sammenligning : Hvis begge enheder har et display, og mindst én kan acceptere et binært ja/nej -brugerinput, kan de bruge Numeric Comparison. Denne metode viser en 6-cifret numerisk kode på hver enhed. Brugeren bør sammenligne tallene for at sikre, at de er identiske. Hvis sammenligningen lykkes, skal brugeren (e) bekræfte parring på den eller de enheder, der kan acceptere et input. Denne metode giver MITM -beskyttelse, forudsat at brugeren bekræfter på begge enheder og faktisk udfører sammenligningen korrekt.
    • Adgang til nøgle: Denne metode kan bruges mellem en enhed med et display og en enhed med numerisk tastaturindtastning (f.eks. Et tastatur) eller to enheder med numerisk tastaturindtastning. I det første tilfælde viser displayet en 6-cifret numerisk kode til brugeren, som derefter indtaster koden på tastaturet. I det andet tilfælde indtaster brugeren af ​​hver enhed det samme 6-cifrede nummer. Begge disse tilfælde giver MITM -beskyttelse.
    • Uden for båndet (OOB): Denne metode bruger en ekstern kommunikationsmiddel, såsom nærfelt kommunikation (NFC) at udveksle nogle oplysninger anvendes i parringen. Parring udføres ved hjælp af Bluetooth -radioen, men kræver information fra OOB -mekanismen. Dette giver kun det niveau af MITM -beskyttelse, der er til stede i OOB -mekanismen.

SSP betragtes som simpelt af følgende grunde:

  • I de fleste tilfælde kræver det ikke, at en bruger genererer en adgangsnøgle.
  • I brugstilfælde, der ikke kræver MITM -beskyttelse, kan brugerinteraktion elimineres.
  • Til numerisk sammenligning kan MITM -beskyttelse opnås med en simpel lighedssammenligning af brugeren.
  • Brug af OOB med NFC muliggør parring, når enheder simpelthen kommer tæt på, i stedet for at kræve en langvarig opdagelsesproces.

Sikkerhedsproblemer

Før Bluetooth v2.1 er kryptering ikke påkrævet og kan til enhver tid slukkes. Desuden er krypteringsnøglen kun god i cirka 23,5 timer; ved hjælp af en enkelt krypteringsnøgle længere end denne tid tillader simple XOR -angreb at hente krypteringsnøglen.

  • Deaktivering af kryptering er påkrævet for flere normale operationer, så det er problematisk at opdage, om kryptering er deaktiveret af en gyldig årsag eller et sikkerhedsangreb.

Bluetooth v2.1 behandler dette på følgende måder:

  • Kryptering er påkrævet for alle forbindelser, der ikke er SDP (Service Discovery Protocol)
  • En ny funktion til krypteringspause og genoptagelse bruges til alle normale operationer, der kræver, at kryptering deaktiveres. Dette muliggør let identifikation af normal drift fra sikkerhedsangreb.
  • Krypteringsnøglen skal opdateres, før den udløber.

Linknøgler gemmes muligvis på enhedens filsystem, ikke på selve Bluetooth -chippen. Mange Bluetooth -chipproducenter lader linknøgler gemme på enheden - men hvis enheden er aftagelig, betyder det, at linknøglen bevæger sig med enheden.

Sikkerhed

Oversigt

Bluetooth-redskaber fortrolighed , autentificering og centrale afledning med brugerdefinerede algoritmer baseret på SAFER + blok cipher . Generering af Bluetooth -nøgler er generelt baseret på en Bluetooth -pinkode, som skal indtastes på begge enheder. Denne procedure kan ændres, hvis en af ​​enhederne har en fast pinkode (f.eks. Til headsets eller lignende enheder med en begrænset brugergrænseflade). Under parring genereres en initialiseringsnøgle eller hovednøgle ved hjælp af E22 -algoritmen. Den E0 cipher bruges til kryptering pakker, yde fortrolighed, og er baseret på en fælles kryptografisk hemmelighed, nemlig en tidligere genereret link nøgle eller hovednøgle. Disse nøgler, der bruges til efterfølgende kryptering af data, der sendes via luftgrænsefladen, er afhængige af Bluetooth -PIN -koden, som er blevet indtastet i en eller begge enheder.

En oversigt over Bluetooth sårbarheder blev udgivet i 2007 af Andreas Becker.

I september 2008 udgav National Institute of Standards and Technology (NIST) en vejledning til Bluetooth -sikkerhed som reference for organisationer. Det beskriver Bluetooth -sikkerhedsfunktioner og hvordan man effektivt sikrer Bluetooth -teknologier. Selvom Bluetooth har sine fordele, er det modtageligt for denial-of-service-angreb, aflytning, man-in-the-middle-angreb, meddelelsesændring og ressourceforvridning. Brugere og organisationer skal evaluere deres acceptable risikoniveau og indarbejde sikkerhed i Bluetooth -enheders livscyklus. For at hjælpe med at afbøde risici er der i NIST -dokumentet sikkerhedstjeklister med retningslinjer og anbefalinger til oprettelse og vedligeholdelse af sikre Bluetooth -piconets, headsets og smartkortlæsere.

Bluetooth v2.1 - afsluttet i 2007 med forbrugerenheder, der først blev vist i 2009 - foretager betydelige ændringer i Bluetooths sikkerhed, herunder parring. Se afsnittet om parringsmekanismer for mere om disse ændringer.

Bluejacking

Bluejacking er afsendelse af enten et billede eller en besked fra en bruger til en intetanende bruger via trådløs Bluetooth -teknologi. Almindelige applikationer omfatter korte beskeder, f.eks. "Du er lige blevet bluejacked!" Bluejacking involverer ikke fjernelse eller ændring af data fra enheden. Bluejacking kan også indebære at tage kontrol over en mobilenhed trådløst og ringe til en premium -rate linje, der ejes af bluejacker. Sikkerhedsfremskridt har afhjulpet dette problem.

Historien om sikkerhedsproblemer

2001–2004

I 2001 opdagede Jakobsson og Wetzel fra Bell Laboratories fejl i Bluetooth -parringsprotokollen og pegede også på sårbarheder i krypteringsordningen. I 2003 opdagede Ben og Adam Laurie fra AL Digital Ltd., at alvorlige fejl ved nogle dårlige implementeringer af Bluetooth -sikkerhed kan føre til videregivelse af personlige data. I et efterfølgende forsøg var Martin Herfurt fra trifinite.group i stand til at lave et feltforsøg på CeBIT messeområdet, der viste problemets betydning for verden. Et nyt angreb kaldet BlueBug blev brugt til dette eksperiment. I 2004 dukkede den første påståede virus ved hjælp af Bluetooth til at sprede sig blandt mobiltelefoner på Symbian OS . Virussen blev først beskrevet af Kaspersky Lab og kræver, at brugerne bekræfter installationen af ​​ukendt software, før den kan udbrede sig. Virussen blev skrevet som et proof-of-concept af en gruppe virusforfattere kendt som "29A" og sendt til antivirusgrupper. Det skal således betragtes som en potentiel (men ikke reel) sikkerhedstrussel mod Bluetooth -teknologi eller Symbian OS, da virussen aldrig har spredt sig uden for dette system. I august 2004 viste et verdensrekordforsøg (se også Bluetooth sniping ), at rækkevidden af ​​klasse 2 Bluetooth-radioer kunne udvides til 1,78 km (1,11 mi) med retningsantenner og signalforstærkere. Dette udgør en potentiel sikkerhedstrussel, fordi det gør det muligt for angriberne at få adgang til sårbare Bluetooth -enheder på afstand over al forventning. Angriberen skal også kunne modtage oplysninger fra offeret for at oprette en forbindelse. Intet angreb kan foretages mod en Bluetooth -enhed, medmindre angriberen kender dens Bluetooth -adresse, og hvilke kanaler der skal transmitteres på, selvom disse kan udledes inden for få minutter, hvis enheden er i brug.

2005

I januar 2005 dukkede en mobil malware -orm, kendt som Lasco, op. Ormen begyndte at målrette mobiltelefoner ved hjælp af Symbian OS ( Series 60 platform ) ved hjælp af Bluetooth -aktiverede enheder til at replikere sig selv og sprede sig til andre enheder. Ormen installerer sig selv og begynder, når mobilbrugeren godkender overførsel af filen (Velasco.sis) fra en anden enhed. Når den er installeret, begynder ormen at lede efter andre Bluetooth -aktiverede enheder at inficere. Desuden inficerer ormen andre .SIS  -filer på enheden, hvilket tillader replikering til en anden enhed ved brug af flytbare medier ( Secure Digital , CompactFlash osv.). Ormen kan gøre den mobile enhed ustabil.

I april 2005 offentliggjorde Cambridge Universitys sikkerhedsforskere resultater af deres faktiske implementering af passive angreb mod den PIN-baserede parring mellem kommercielle Bluetooth-enheder. De bekræftede, at angreb er praktisk talt hurtige, og metoden til etablering af Bluetooth symmetrisk nøgle er sårbar. For at rette op på denne sårbarhed designede de en implementering, der viste, at stærkere, asymmetrisk nøgletablering er mulig for visse klasser af enheder, f.eks. Mobiltelefoner.

I juni 2005 udgav Yaniv Shaked og Avishai Wool et papir, der beskriver både passive og aktive metoder til at opnå PIN -koden til et Bluetooth -link. Det passive angreb gør det muligt for en passende udstyret angriber at aflytte kommunikation og forfalskning, hvis angriberen var til stede på tidspunktet for den første parring. Den aktive metode gør brug af en specielt konstrueret meddelelse, der skal indsættes på et bestemt tidspunkt i protokollen, for at få master og slave til at gentage parringsprocessen. Derefter kan den første metode bruges til at knække PIN -koden. Dette angrebs største svaghed er, at det kræver, at brugeren af ​​de enheder, der er angrebet, indtaster PIN-koden igen under angrebet, når enheden beder dem om det. Også dette aktive angreb kræver sandsynligvis tilpasset hardware, da de fleste kommercielt tilgængelige Bluetooth -enheder ikke er i stand til den nødvendige timing.

I august 2005 udsendte politiet i Cambridgeshire , England, advarsler om tyve, der brugte Bluetooth -aktiverede telefoner til at spore andre enheder, der blev efterladt i biler. Politiet råder brugerne til at sikre, at eventuelle mobile netværksforbindelser deaktiveres, hvis bærbare computere og andre enheder efterlades på denne måde.

2006

I april 2006 offentliggjorde forskere fra Secure Network og F-Secure en rapport, der advarer om det store antal enheder, der er tilbage i en synlig tilstand, og udsendte statistik om spredningen af ​​forskellige Bluetooth-tjenester og let spredning af en eventuel Bluetooth-orm.

I oktober 2006 demonstrerede og frigav Kevin Finistere og Thierry Zoller på sikkerhedskonferencen i Luxemburg Hack.lu sikkerhedskonferencen via Bluetooth på Mac OS X v10.3.9 og v10.4. De demonstrerede også den første Bluetooth PIN -kode og Linkkeys -krakker, som er baseret på forskning af Uld og Shaked.

2017

I april 2017 opdagede sikkerhedsforskere hos Armis flere bedrifter i Bluetooth -softwaren på forskellige platforme, herunder Microsoft Windows , Linux , Apple iOS og Google Android . Disse sårbarheder kaldes samlet " BlueBorne ". Bedrifterne tillader en angriber at oprette forbindelse til enheder eller systemer uden godkendelse og kan give dem "stort set fuld kontrol over enheden". Armis kontaktede Google, Microsoft, Apple, Samsung og Linux udviklere, der tillod dem at lappe deres software før den koordinerede meddelelse om sårbarhederne den 12. september 2017.

2018

I juli 2018 identificerede forskere ved Technion - Israel Institute of Technology en sikkerhedsrisiko i de seneste Bluetooth -parringsprocedurer: Secure Simple Pairing og LE Secure Connections.

I oktober 2018 identificerede Karim Lounis, en netværkssikkerhedsforsker ved Queen's University, også en sikkerhedsrisiko, kaldet CDV (Connection Dumping Sårbarhed), på forskellige Bluetooth -enheder, der gør det muligt for en hacker at rive en eksisterende Bluetooth -forbindelse og forårsage deauthentificering og afbrydelse af de involverede enheder. Forskeren demonstrerede angrebet på forskellige enheder i forskellige kategorier og fra forskellige producenter.

2019

I august 2019 opdagede sikkerhedsforskere ved Singapore University of Technology and Design , Helmholtz Center for Information Security og University of Oxford en sårbarhed i den centrale forhandling, der ville "brute tvinge de forhandlede krypteringsnøgler, dekryptere den aflyttede chiffertekst og injicere gyldig krypterede meddelelser (i realtid) ".

Sundhedsmæssige bekymringer

Bluetooth anvender radiofrekvens frekvenser i 2,402  GHz til 2,480  GHz-området, som er ikke-ioniserende stråling, af tilsvarende båndbredde til den, der anvendes ved trådløse telefoner og mobiltelefoner. Ingen specifik skade er påvist, selvom trådløs transmission er blevet inkluderet af IARC på listen over kræftfremkaldende stoffer . Maksimal effekt fra en Bluetooth -radio er 100 mW for klasse 1, 2,5 mW for klasse 2 og 1 mW for klasse 3 -enheder. Selv den maksimale effekt i klasse 1 er et lavere niveau end de lavest drevne mobiltelefoner. UMTS og W-CDMA output 250 mW, GSM1800/1900 output 1000 mW og GSM850/900 outputs 2000 mW.        

Præmieprogrammer

Bluetooth Innovation World Cup, et marketinginitiativ fra Bluetooth Special Interest Group (SIG), var en international konkurrence, der tilskyndede til udvikling af innovationer til applikationer, der udnytter Bluetooth -teknologi inden for sports-, fitness- og sundhedsprodukter. Konkurrencen havde til formål at stimulere nye markeder.

Bluetooth Innovation World Cup ændrede sig til Bluetooth Breakthrough Awards i 2013. Bluetooth SIG lancerede efterfølgende Imagine Blue Award i 2016 på Bluetooth World. Breakthrough Awards Bluetooth-programmet fremhæver de mest innovative produkter og applikationer, der er tilgængelige i dag, prototyper kommer snart og studerende-ledede projekter undervejs.

Se også

Noter

Referencer

eksterne links