Bluetooth é um padrão de telecomunicações para troca bidirecional de dados de curta distância usando ondas de rádio UHF na banda de frequência de 2,4 GHz . Seu objetivo é simplificar as conexões entre dispositivos eletrônicos próximos, removendo os links de fios. Ele pode substituir, por exemplo, cabos entre computadores , tablets , alto-falantes, telefones celulares entre eles ou por impressoras , scanners , teclados , mouses , controladores de videogame , telefones celulares , assistentes pessoais , sistemas viva- vozpara microfones ou fones de ouvido., Carro rádios , câmeras digitais, leitores de código de barras e quiosques de publicidade interativos.
O nome " Bluetooth " é diretamente inspirado no apelido anglicizado do rei viking dinamarquês Harald com dente azul (em dinamarquês Harald Blåtand , em inglês Harald Bluetooth ), conhecido por ter conseguido unificar as tribos dinamarquesas dentro de um único reino, apresentando-se em ao mesmo tempo, o cristianismo. Esse nome foi proposto em 1996 por Jim Kardach, da Intel , um engenheiro que trabalhava na época no desenvolvimento de um sistema que permitiria aos telefones celulares se comunicarem com os computadores. Na época em que Kardach fez essa proposta, um homólogo da Ericsson havia lhe falado sobre esse governante depois de ler o romance histórico Orm the Red de Frans Gunnar Bengtsson , que se passa durante seu reinado. A implicação é que, assim como o rei Harald unificou seu país e reuniu a Dinamarca e a Noruega , o Bluetooth conecta telecomunicações e computadores e “une” dispositivos entre si.
O logotipo Bluetooth também é inspirado nas iniciais do alfabeto rúnico ( Futhark recente ) de Harald Blåtand ( Hagall ) (ᚼ) e ( Bjarkan ) (ᛒ).
O Bluetooth SIG escreve e publica as especificações do padrão que evoluiu, desde 1999, das versões 1.0, 1.1, 1.2, 2.0 + EDR ( Enhanced Data Rate ), 2.1 + EDR, 3.0 + HS, 4.0, 4.1 e 4.2 indezembro de 2014 e v5.
As versões publicadas dos padrões Bluetooth são as seguintes:
Versão | Datado | Principais melhorias |
---|---|---|
1.0 | Maio de 1999 | Criação |
1.0b | Dezembro de 1999 | Interoperabilidade entre marcas |
1,1 | 2002 | Alguns bugs correções
Possível uso de canais não criptografados Adição de um sinal para medir a potência de recepção |
1,2 | 2003 | Maior rendimento prático para 721 kbps e maior resistência à interferência |
2.0 | 2004 | Fluxo prático superior
Compatibilidade com versões anteriores Redução do consumo periférico e otimização das transferências |
2.0 + EDR | 2004 | Velocidade máxima teórica aumentada para 3 Mbit / s (2,1 Mbit / s úteis) com o modo EDR ( Enhanced Data Rate ) |
2.1 + EDR | 2007 | Emparelhamento mais fácil e rápido.
Segurança reforçada Adição de um modo de conexão por "NFC" ( Near Field Communication ) que facilita o emparelhamento em um alcance muito curto. |
3 | 2009 | Maior velocidade teórica aumentada para 24 Mbit / s no modo "HS" de alta velocidade (Bluetooth v3.0 + Wi-Fi ) opcional e posteriormente abandonado. |
4 + O | 2010 |
Bluetooth clássico: pouca mudança
Reprodução musical estereofônica de qualidade comparável a um CD. Bluetooth LE (criação) : redução do consumo periférico ( Low Energy ) |
4,1 | 2013 |
Bluetooth clássico: pouca ou nenhuma mudança
Bluetooth LE: conexão de vários dispositivos em um único acesso mestre para a saída de smartphones LTE . |
4,2 | 2014 |
Bluetooth clássico: pouca ou nenhuma mudança
Bluetooth LE: consumo reduzido de protocolos IP seguros para objetos conectados . Aumento do tamanho do pacote útil ( PDU ) de 31 para 256 bytes, o que reduz significativamente os tempos de download. |
5 | Dezembro 2016 |
Bluetooth clássico: redução de interferência com outros dispositivos (máscara de disponibilidade de slot) Bluetooth LE: Maior velocidade teórica (2 Mbit / s PHY), prática: 1,4 Mbit / s, faixa de 40 ma 350 me até 500 metros com alguns módulos. |
5,1 | Janeiro de 2019 |
Bluetooth clássico: pouca ou nenhuma mudança
Bluetooth LE: possibilidade de um dispositivo determinar a direção do sinal Bluetooth (localização) |
5,2 | Dezembro de 2019 |
Bluetooth clássico: pouca ou nenhuma mudança Bluetooth LE: Criação de um perfil de áudio (anteriormente reservado para o Bluetooth clássico) usando o codec LC3 |
Os elementos fundamentais de um produto Bluetooth são definidos nas duas primeiras camadas de protocolo:
Essas camadas cuidam de tarefas de hardware como controle de salto de frequência e sincronização de relógio.
A camada de rádio (a camada mais baixa) é gerenciada no nível do hardware . É ela quem cuida da transmissão e recepção das ondas de rádio. Ele define características como banda de frequência e arranjo de canal, características do transmissor, modulação, receptor, etc.
O sistema Bluetooth opera nas bandas de frequência ISM ( Industrial, Científica e Médica ) de 2,4 GHz , que não requerem licença para operar devido à baixa potência de transmissão e baixo risco de interferência. Esta banda de frequência está entre 2.400 e 2.483,5 MHz . Um transceptor para salto de frequência é usado para limitar a interferência e a atenuação.
Para o Bluetooth clássico (exceto a versão BLE), duas modulações são definidas: uma obrigatória usando modulação de frequência binária ( FSK ) para minimizar a complexidade do transmissor; modulação opcional (modo EDR) usa modulação de fase ( PSK de quatro e oito símbolos). A velocidade da modulação é de 1 Mbaud para todas as modulações. A transmissão duplex usa divisão de tempo.
Os 79 canais RF do Bluetooth convencional ( 40 no modo BLE ) são numerados de 0 a 78 e separados por 1 MHz começando com 2402 MHz . A informação é codificada por salto de frequência e o período é de 625 µs , o que permite 1600 saltos por segundo.
No Bluetooth clássico, existem três classes de módulos de rádio Bluetooth no mercado:
Aula | Poder | Alcance ( m ) |
---|---|---|
1 | 100 mW (20 dBm) | 100 |
2 | 2,5 mW (4 dBm) | 10 a 20 |
3 | 1 mW (0 dBm) | alguns metros |
A maioria dos fabricantes de eletrônicos usa módulos Classe 2.
No modo Bluetooth de baixa potência (BLE), a potência de transmissão pode variar de 0,01 mW (−20 dBm) a 10 mW (10 dBm). A modulação utilizada é do tipo GFSK ( Gaussian FSK ).
A banda base é gerenciada no nível do hardware. É no nível de banda base que os endereços de hardware dos periféricos são definidos (equivalente ao endereço MAC de uma placa de rede ). Esse endereço é denominado BD_ADDR ( endereço do dispositivo Bluetooth ) e é codificado em 48 bits .
Esses endereços são gerenciados pela Autoridade de Registro IEEE .
É também a banda base que gerencia os diferentes tipos de comunicação entre os dispositivos. As conexões feitas entre dois dispositivos Bluetooth podem ser síncronas ou assíncronas, essas conexões são chamadas de "Links Lógicos" ( Link Lógico ).
A banda base pode, portanto, gerenciar dois tipos principais de links lógicos:
Os dados transportados por esses links lógicos estão na forma de pacotes. Existem vários tipos de pacotes, que podem ser usados por ambos os links lógicos ou apenas por um tipo de link.
Cada pacote é basicamente o mesmo.
Existem três partes essenciais:
Uma piconet é uma mini-rede criada instantânea e automaticamente quando vários dispositivos Bluetooth estão no mesmo raio. Uma rede pico é organizada de acordo com uma topologia em estrela: há um “mestre” e vários “escravos”.
Um dispositivo "mestre" pode gerenciar até:
A comunicação é direta entre o "mestre" e um "escravo". Os "escravos" não podem se comunicar uns com os outros.
Todos os “escravos” da rede pico são sincronizados com o relógio do “mestre”. É o "mestre" que determina a frequência de salto para toda a rede pico.
Inter-rede BluetoothOs periféricos “escravos” podem ter vários “mestres”: as diferentes piconets podem, portanto, ser ligadas entre si.
A rede assim formada é chamada de scatternet (literalmente "rede dispersa").
Ele codifica e decodifica pacotes bluetooth de acordo com a carga útil e parâmetros relacionados ao canal físico, transporte lógico e links lógicos.
Ele cria, gerencia e destrói canais L2CAP para o transporte de protocolos de serviço e fluxos de dados de aplicativos. Ele usa o protocolo L2CAP para interagir com sua contraparte em dispositivos remotos.
Esta camada gerencia os links entre os dispositivos "mestre" e "escravo", bem como os tipos de links (síncronos ou assíncronos).
É o gerenciador de links que implementa mecanismos de segurança como:
Esta camada fornece um método uniforme para acessar as camadas de material. Seu papel de separação permite o desenvolvimento independente de hardware e software.
Os protocolos de transporte suportados são Universal Serial Bus (USB); PC-Card ; RS-232 ; UART .
O HCI permite a transferência de dados na taxa máxima, 720 kbit / s para o padrão 1.2 e uma taxa três vezes maior para o padrão 2.0 + EDR.
A camada L2CAP ( Logical Link Control & Adaptation Protocol ) fornece os serviços de multiplexação de protocolo de nível superior e segmentação e remontagem de pacotes, bem como o transporte de informações de qualidade de serviço. Protocolos de alto nível podem, portanto, transmitir e receber pacotes de até 64 KB, permitindo o controle de fluxo por canal de comunicação.
A camada L2CAP usa canais lógicos.
RFCOMM: significa " Comunicação por radiofrequência (en) ". Este serviço é baseado nas especificações RS-232 , que emula links seriais. Em particular, pode ser usado para passar uma comunicação IP via Bluetooth. O RFCOMM é usado quando a taxa de dados não atinge mais de 360 kbit / s (por exemplo, telefones celulares).
SDPSDP: significa " Service Discovery Protocol (en) ". Este protocolo permite que um dispositivo Bluetooth procure outros dispositivos e identifique os serviços disponíveis. Esta é uma parte particularmente complexa do Bluetooth.
OBEXOBEX : significa " Troca de objetos ". Este serviço permite a transferência de objetos utilizando o protocolo de troca desenvolvido para IrDA .
Um perfil corresponde a uma especificação funcional para um uso particular. Os perfis também podem corresponder a diferentes tipos de dispositivos.
O objetivo dos perfis é garantir a interoperabilidade entre todos os dispositivos Bluetooth.
Eles definem:
Os diferentes perfis são:
O Perfil de Acesso Genérico (GAP) é o perfil de base que todos os outros perfis herdam. Ele define os procedimentos genéricos para busca de dispositivos, conexão e segurança.
Para obter a certificação Bluetooth, são necessários testes de qualificação. Os testes de qualificação são de dois tipos:
Qualificação RF: o objetivo dos testes é comprovar que a plataforma de hardware utilizada respeita o desempenho de rádio do padrão Bluetooth. Existe uma lista de testes de RF a serem realizados, tanto na transmissão quanto na recepção. Esses testes são:
Qualificação de software: se o próprio fabricante produziu o software com seu novo design, com as camadas superiores HCI, RFCOMM, L2CAP, SDP ou outros perfis Bluetooth, eles devem ser qualificados. A certificação do software é realizada perfil a perfil. Cada camada de software deve estar em conformidade com o padrão Bluetooth para ser respeitada.
Estas duas categorias de testes de qualificação realizados e aceitos, a certificação Bluetooth é então aceita. O produto assim fabricado cumpre a versão da norma Bluetooth para a qual está certificado, compatível com produtos que cumprem a mesma versão da norma Bluetooth. O fabricante então recebe um certificado de conformidade.
Nas versões comercializadas em 2015 (4.0 e 4.1), amplamente utilizadas, principalmente em dispositivos móveis como telefones celulares, o link Bluetooth possui as seguintes características:
Como resultado, ele está presente em dispositivos que geralmente funcionam com bateria, que desejam trocar uma pequena quantidade de dados em uma curta distância:
A compatibilidade entre as marcas é muito boa, mas não perfeita: alguns dispositivos não conseguem se conectar a outros.
Os controladores sem fio dos consoles Nintendo Wii (controlador denominado Wiimote ) e Switch (controladores nomeados Joy-Con ), bem como os consoles Sony PlayStation 3 (DualShock 3), PlayStation 4 (DualShock 4) usam o protocolo Bluetooth. Os controladores do Xbox 360 , assim como os do Xbox One, usam uma conexão sem fio proprietária. A nova versão do controlador do Xbox, reconhecível por seu conector, fornecido em particular com o Xbox One slim, incorpora um módulo Bluetooth.
Para trocar dados, os dispositivos devem ser emparelhados. O emparelhamento é feito iniciando a descoberta de um dispositivo e trocando um código. Em alguns casos, o código é gratuito e ambos os dispositivos precisam apenas inserir o mesmo código. Em outros casos, o código é definido por um dos dois dispositivos (dispositivo sem teclado, por exemplo), e o outro deve conhecê-lo para se conectar a ele. Os códigos são então memorizados e é suficiente que um dispositivo solicite a conexão e o outro a aceite para que os dados sejam trocados.
Para limitar o risco de intrusão, os dispositivos que usam um código pré-programado (geralmente 0000 ou 1234) devem ser ativados manualmente e o emparelhamento só pode ser feito por um curto período.
Compartilhando um dispositivoNo caso de compartilhamentos sucessivos (por exemplo, um fone de ouvido de áudio sem fio conectado a um PC que você deseja usar com um telefone), o primeiro dispositivo terá que interromper sua conexão com o dispositivo Bluetooth, enquanto mantém as informações sobre ele por um conexão posterior. Em seguida, basta conectar este periférico ao segundo dispositivo, fazendo com que ele descubra no processo se ainda não está registrado neste.
As coisas ficam visivelmente complicado se você tem ambos os dois ou mais dispositivos de transmissão (por exemplo: telefone, tablet, PC, etc.) e dois ou mais receber dispositivos (alto-falantes Bluetooth, auscultadores,-controle remoto dispositivo quarto, etc. vivendo), porque um novo emparelhamento será teoricamente recusado se qualquer um dos dois dispositivos tiver sido anteriormente emparelhado em outro lugar, mesmo se a conexão (mas não o emparelhamento!) tiver terminado e o transmissor originalmente emparelhado estiver desligado. Deve ser encerrado.
Um dispositivo não tem dois estados possíveis, mas quatro: desligado, ligado, emparelhado, conectado (e nos dois últimos casos, a outro dispositivo).
O Bluetooth usa uma das faixas de frequência que o Wi-Fi também usa (2,4 GHz ), o que significa que uma rede pode interferir ou interromper a outra, ou limitar sua velocidade. O Bluetooth usa menos energia do que o wireless, mas tem um alcance máximo inferior de 10 metros em boas condições, com funcionalidade reduzida e um número menor de dispositivos conectáveis simultaneamente.
Ao contrário do Bluetooth, o Wi-Fi geralmente requer o uso de um ponto de acesso , mas alguns fabricantes permitem conexão direta entre dispositivos usando Wi-Fi Direct , semelhante ao Bluetooth de largura de banda super alta.
A ARCEP , anteriormente ART, Autoridade Reguladora de Telecomunicações, especifica as condições de utilização de equipamentos de rádio na faixa de 2,4 GHz :