Bluetooth – modrozub pod drobnohledem (vědecké okénko)

Bezdrátová technologie zvaná Bluetooth, kterou v dnešní době zná již téměř každý, je tu s námi již více než 15 let. Za tu dobu se stihla masově rozšířit a dnes je obsažena téměř ve všech elektronických zařízeních. Většina z nás se s ní setkává dnes a denně. Pojďme se tedy společně podívat, na jakém principu pracuje, či kdo všude se najde její uplatnění.

Vítejte v pořadí již třetím vědeckém okénku, tentokrát věnovanému technologii Bluetooth. Společně se dnes podíváme na jednotlivé verze,  či jejich specifikace a funkce. Bluetooth je označení standardu pro bezdrátovou komunikaci, který byl vytvořen v roce 1994 dvěma zaměstnanci firmy Ericsson – Jaapem Haartsenem a Svenem Mattissonem. Původně byl vyvinut jako bezdrátová náhrada k sériovému portu RS 232 a spadá do takzvaných osobních počítačových sítí – PAN (Personal area network).

Jeho název byl odvozen od anglického překladu jména dánského krále Haralda Modrozuba, vládnoucího v 10. století našeho letopočtu. Ten byl znám pro svou skvělou diplomacii a komunikaci – odtud tedy označení pro bezdrátový komunikační standard. V roce 1999 byla založena skupina Bluetooth Special Interest Group (SIG), jejíž zakladatelé byly firmy IBM, Toshiba, Intel, Ericsson a Nokia. Tato skupina se stará o aktualizace a rozšiřování tohoto standardu. Dnes má toto společenství již více než 10 000 členů. Prvním certifikovaným Bluetooth zařízením byl bezdrátový headset GN 9000, prvním mobilním telefonem pak Ericsson T36 – oba představeny v roce 2000.

První mobilní telefon s Bluetooth – Ericsson T36

Jak to vše funguje

Bluetooth se v mnoha aspektech podobá bezdrátové technologii Wi-Fi. K přenosu využívá rádiové vlny a pracuje ve stejném frekvenčním pásmu 2,4 GHz. V případě překážek mezi dvěma komunikujícími zařízeními, i zde rapidně klesá dosah signálu. Ten se pohybuje v rozmezí 10 až 100 metrů, rychlost přenosu je pak do 24 Mb/s, v závislosti na použité verzi. Na rozdíl od Wi-Fi však pracuje na aplikační vrstvě síťového modelu ISO/OSI.

Jelikož Bluetooth pracuje ve veřejném, nelicencovaném frekvenčním pásmu, vyskytuje se zde velká pravděpodobnost rušení od jiných vysílačů. K minimalizaci rušení se využívá technologie FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), která zajišťuje změnu frekvencí v určitém časovém intervalu. Řádově se jedná o tisíce přeladění za sekundu mezi několika desítkami frekvencí, které mají mezi sebou rozestup maximálně 1 MHz. Jelikož byl od začátku Bluetooth navrhován pro malá kapesní zařízení, velký důraz byl kladen na úsporu energie – tomu byl uzpůsoben také výkon, který se pohybuje v řádu mW. Podlé výkonu se také Bluetooth rozděluje do tří tříd:

• Class 1 – výkon 10 mW – dosah až 100 metrů
• Class 2 – výkon 2,5 mW – dosah až 10 metrů
• Class 3 – výkon 1 mW – dosah zhruba 1 metr

Bluetooth 1.0a byl uveden na trh v létě roku 1999. Ještě v zimě téhož roku se objevila verze 1.0b. Tyto verze obsahovaly povinnou hardwarovou adresu zařízení, jelikož anonymita zařízení byla velikou překážkou pro nově chystané služby. Tyto první standardy však trpěly řadou nepřesností a chyb, a tak nebyly příliš komerčně využity. V roce 2002 byl schválen Bluetooth 1.1, který především opravoval chyby předcházejících verzí, přinesl implementaci pikosítí, či indikátor síly signálu. Tato verze se již dočkala prvního komerčního využití. Následovala verze Bluetooth 1.2, které byla zpětně kompatibilní se starší 1.1. Byla přijata v roce 2003 a jednalo se o zcela přepracovanou specifikaci. Ta nově nabízela přenosové rychlosti až do 721 kbit/s, technologii přeskakování frekvencí AFH (což zmírnilo účinky okolního rušení),  a také možnost rychlého vytvoření připojení (Fast Connection Setup).

Standard Bluetooth 2.0, schválen roku 2005,  jako první přináší technologii EDR, pomocí níž je možné dosáhnout rychlosti přenosu až 2,2 Mbit/s. O dva roky později přichází vylepšená specifikace Bluetooth 2.1 + EDR. Hlavním rysem v2.1 je bezpečné jednoduché párování (SSP), což nejenže usnadňuje párování zařízení, ale zároveň zvyšuje bezpečnosti přenosu. Dále pak přinesl režim nízké energie, rozšířené informace o okolních zařízeních, či podporu NFC. Bluetooth 3.0 + HS byl přijat skupinou Bluetooth SIG v roce 2009. Verze 3.0 používá technologii Ultra Wide Band, která by měla zajistit přenosovou rychlost až 24 Mbit/s. Této rychlosti dosahuje díky spojení a souběžnému přenosu s jinou bezdrátovou technologií – Wi-Fi. Posledním uvedeným standardem je Bluetooth 4.0 slibující větší dosah, nižší spotřebu energie a podporu 128 bitového šifrování. Zařízení s touto verzí modrého zubu jsou dle využití dále dělena na Bluetooth Smart a Bluetooth Smart Ready. První telefon pracující s verzí 4.0 je smartphone společnosti Apple – iPhone 4S.

TIP: přečtěte si podrobněji o Bluetooth Smart a Bluetooth Smart Ready.

Profily

Pro každou činnost se u Bluetooth používá jiný profil a každé zařízení obsahuje jinou sadu profilů podle toho, k čemu je využíváno. Profil je jakýsi soubor instrukcí, pomocí kterých propojená zařízení komunikují.  Existuje jich celá řada a schvaluje je skupina Bluetooth SIG. Pojďme si společně představit ty nejznámější z nich:

• A2DP – bezdrátový přenos zvuku
• HFP – ovládání handsfree sady
• FTP – přístup k adresářům a složkám jiného zařízení
• OPP – snadné posílání menších souborů jako jsou obrázky, či vizitky
• HID – připojení periferií k osobnímu počítači, vyznačuje se nízkými prodlevami a spotřebou energie

Typická ukázka Bluetooth headsetu

Závěr

Ačkoliv by se mohlo zdát, že je v poslední době Bluetooth na ústupu, není tomu tak. V rychlosti přenosů ani v dosahu signálu se sice nemůže standardu Wi-Fi rovnat, jsou však situace, kde je modrý zub naprosto ideálním řešením. Nejvíce pak v zařízeních, které vyžadují co nejnižší energetickou náročnost – od výše zmíněných Bluetooth headsetů či bezdrátových periferií k PC až po monitoring srdečního tepu, či dálkové ovládání oken ve vašem domě. Bezdrátový standard Bluetooth tedy rozhodně ze světa komunikace jen tak nevymizí.