Bluetooth protokol

Bluetooth je bežični protokol za razmjenu podataka na kratkim udaljenostima između fiksnih i/ili mobilnih uređaja.
Originalno je razvijen kao alternativa RS-232 (eng. Recommended Standard 232) podatkovnim kablovima. Bluetooth koristi radio tehnologiju pod nazivom „prošireni spektar s frekvencijskim skakanjem“, koja definira podjelu podatka na manje dijelove te slanje na jedu od 79 definiranih frekvencija. U osnovnom načinu rada koristi se GFSK (eng. Gaussian frequency-shift keying) modulacija te se može postići brzina prijenosa do 1 Mbps. Prijenos se odvija preko sigurnog, globalno nelicenciranog (njegova uporaba se ne naplaćuje) ISM (eng. Industrial, Scientific and Medical) pojasa na 2.4 GHz.

Najčešće se koristi za sljedeće namjene:
- bežična komunikacija između mobilnih uređaja i slušalica,
- bežična mreža između osobnih računala u uvjetima kada je dostupna mala širina pojasa,
- bežična komunikacija s ulaznim i izlaznim uređajima osobnih računala (miš, tipkovnica,
printer),
- prijenos datoteka i podataka između uređaja OBEX (eng. OBject EXchange) protokolom,
- zamjena za tradicionalne žičane komunikacije u ispitnoj opremi, GPS uređajima,
medicinskoj opremi, BarCode skenerima i sl.,
- nadzor kod sustava koji koriste IR (eng. Infrared radiation) tehnologije
- programi koje ne zahtijevaju veliku širinu prijenosnog pojasa te nisu ovisni o kabelskim vezama,
- bežični most između industrijskih Ethernet mreža,
- bežični nadzor igraćih konzola i
- pristup Internetu na osobnom računalu uporabom mobilnog uređaja kao modema.

Bluetooth specifikaciju razvili su 1994. godine Jaap Haarsten i Sven Mattisson, zaposlenici firme „Ericsson Mobile Platforms“ u Švedskoj. Udruga Bluetooth SIG, koju su osnovale tvrtke Ericsson, IBM, Intel, Toshiba i Nokia, obradila je te javno objavila specifikaciju 20. ožujka 1998. godine. Danas spomenuta udruga uključuje preko 11.000 članica diljem svijeta.
Prva inačica protokola bila je Bluetooth 1.0, koja je ubrzo proširena određenim nadopunama na inačicu Bluetooth 1.0B. Zbog brojnih problema u tim specifikacijama, proizvođači su imali problema s omogućivanjem međusobne komunikacije njihovih uređaja. Također, specifikacije su uključivale prijenos BD_ADDR (eng. Bluetooth hardware device address) adresa pa nije bilo moguće osigurati anonimnost. Mnoge pogreške pronađene u Bluetooth specifikaciji ispravljene su u novoj inačici pod nazivom Bluetooth 1.1., koja je dobila oznaku IEEE (eng. Institute of Electrical and Electronics Engineers) standarda 802.15.1-2002. Između ostalog, dodana je podrška za nekriptirane kanale te uvedeno mjerenje RSSI (eng. Received Signal Strength Indicator) vrijednosti, tj. snage u prijamnom radio kanalu.
Sljedeća inačica bila je Bluetooth 1.2, koja je u potpunosti sukladna s prethodnom inačicom uz sljedeća poboljšanja:
- brže povezivanje i otkrivanje uređaja,
- veća brzina prijenosa podataka,
- bolja kvaliteta govora preko audio kanala,
- uvedena provjera toka podataka.
Opisana inačica poznata je kao IEEE standard 802.15.1-2005. Inačica Bluetooth 2.0 objavljena je 10. studenog 2004. godine, a osnovna razlika u odnosu na prethodnu inačicu je uvođenje bržeg prijenosa podataka. To je postignuto korištenjem tehnologije EDR (eng. Enhanced Data Rate), čija je nominalna brzina oko 3 Mbps.
Prednosti koje donosi spomenuta tehnologija su:
- tri puta veća brzina prijenosa podataka,
- smanjena složenost korištenja više simultanih veza i
- smanjena uporaba energije.
Dana 26. srpnja 2007. godine, udruga Bluetooth SIG objavila je novu specifikaciju - Bluetooth 2.1 sa sljedećim obilježjima:
- EIR (eng. Extended Inquiry Response) – pružanje više informacija (ime uređaja, lista
podržanih usluga i sl.) tijekom procedure traženja uređaja.
- Smanjena potrošnja energije – posebno kada se uređaj nalazi u „sniff“ načinu rada.
- EPR (eng. Encryption Pause/Resume) – omogućuje jednostavniju razmjenu ključeva za
kriptiranje.
- SSP (eng. Secure Simple Pairing) – poboljšanje spajanja Bluetooth uređaja uz veću
sigurnost.
- NFC (eng. Near Field Communication) – automatsko stvaranje sigurnih Bluetooth veza.
- NAF-PBF (eng. Non-Automatically-Flushable Packet Boundary Flag) – mogućnost sinkronog i asinkronog prijenosa preko iste logičke veze.

Dodatna poboljšanja donosi specifikacija Bluetooth 3.0, koja je objavljena 21. travnja 2009. godine. Osnovne novosti koje uvodi ova inačica uključuju:
- AMP (eng. Alternate MAC/PHY) – omogućuje uporabu fizičkog ili MAC sloja za prijenos podataka o Bluetooth profilu.
- UCD (eng. Unicast Connectionless Data) – omogućavanje slanja podataka bez uspostavljanja eksplicitnih kanala.
- otkrivanje veličine ključa za kriptiranje – uvođenje standardne naredbe za upit o duljini ključa za kriptiranje na kriptiranoj vezi.
- uveden dodatni nadzor energije – uvedena bolja provjera energije u skladu s uporabom uređaja.
Posljednja objavljena specifikacija je „Bluetooth low energy“ koja je izdana 20. travnja 2009. godine. Neke od naprednih svojstava koje donosi ova inačica su:
- Kanali za višeodredišno razašiljanje (eng. broadcast) – omogućuje komunikaciju s informacijskim čvorovima.
- Upravljanje topologijom – omogućuje automatsku konfiguraciju Piconet topologije (mreža do 8 uređaja koji međusobno komuniciraju na načelu da se jedan ponaša kao gospodar te sinkronizira ostale).
- Poboljšanje QoS (eng. Quality of service) kvalitete – omogućen prijenos audio i video signala uz visoku kvalitetu.

Bluetooth koristi mnoge protokole koje, kao i sam standard, definira organizacija Bluetooth SIG. Protokoli se dijele u četiri kategorije:
1. jezgreni Bluetooth protokoli (Bluetooth Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP),
2. protokoli za zamjenu kabela (RFCOMM),
3. protokoli za nadzor telefonije (TSC BIN, AT commands),
4. preuzeti protokoli (PPP, UDP/TCP/IP, WAP, vCARD, vCAL, OBEX i drugi).

Jezgreni protokoli su sljedeći:
1) Bluetooth Radio - protokol fizičkog sloja kojim se ostvaruje komunikacija između uređaja. Uređaji komuniciraju u nelicenciranom 2.4 GHz (2400 - 2483.5 MHz) ISM pojasu uz primjenu frekvencijskog skakanja.
2) Baseband - rješava radijsku vezu dva uređaja. Predviđene su dvije mogućnosti:
- sinkrona, spojno orijentirana veza prikladna za prijenos govora i
- asinkrona, nespojna veza prikladna za prijenos podataka.
3) LMP (eng. Link management protocol) protokol – koristi se za nadzor i uspostavu svih aspekata radio veze između dva uređaja. Ovo uključuje uspostavu i nadzor logičke veze, kao i provjeru fizičke veze. Sadrži podatkovne protokolne jedinice (eng. Protocol Data Units) koje nose informacije o nadzoru veze, sigurnosti, zahtjevima, načinu rada, logičkom prijenosu i ispitivanju.
4) HCI (eng. Host/Controller Interface) – standardizirana komunikacija između upravljačkih i poslužiteljskih slojeva. Postoji nekoliko različitih HCI transportnih slojeva, a svaki od njih koristi drugo sučelje za prijenos istih naredbi, događaja i podataka. Obično se koriste tehnologije USB (eng. Universal Serial Bus) kod osobnih računala te UART (eng. Universal asynchronous receiver/transmitter) kod mobilnih uređaja.
5) L2CAP (eng. Logical Link Control & Adaptation Protocol)- protokol za nadzor veze i prilagodbu višim protokolima pružajući dijeljenje paketa, multipleksiranje i kvalitetu usluge. Temelji se na konceptu kanala, a svaka krajnja točka referencirana je s CID (eng. channel identifier) vrijednosti koja definira krajnju točku logičkog kanala na uređajima.
6) SDP (eng. Service Discovery Protocol) – omogućuje uređajima otkrivanje usluga koje podržavaju drugi uređaji kao i parametara potrebnih za povezivanje s njima. Svaka usluga označena je s jedinstvenom UUID (eng. Universally Unique Identifier) oznakom.

Protokol za emulaciju serijskih priključaka RFCOMM (eng. Radio frequency communication) pruža emulaciju serijskih priključaka preko L2CAP protokola. Radi se o jednostavnom transportnom protokolu koji podržava do 60 simultanih veza između dva uređaja. Pruža stvarni prijenos niza podataka, a koriste ga mnogi Bluetooth programi zbog široke podrške (uporaba u pisačima, modemima i računalima). Omogućuje prijenos podataka „AT commands“ (naredbe za kontrolu uređaja), a može služiti i kao transportni sloj za OBEX.

Protokoli koji se koriste za nadzor telefonije su:
1) TSC BIN (eng. Telephony control protocol-binary) – protokol koji definira signalizaciju poziva za uspostave prijenosa govora i podataka između Bluetooth uređaja. Dodatno definira procedure upravljanja pokretljivošću uređajima.
2) AT commands – skupina sučelja za komunikaciju s vanjskim aplikacijskim slojem.

U skupinu preuzetih protokola uključeni su:
1) PPP (eng. Point-to-Point Protocol) – standardni internetski protokol za prijenos IP datagrama preko „point-to-point“ veze.
2) UDP (eng. User Datagram Protocol) – protokol koji omogućuje prijenos IP datagrama kroz Internetsku mrežu bez potrebe za uspostavom kanala.
3) TCP (eng. Transmission Control Protocol) – protokol koji omogućuje prijenos niza podataka uz provjeru toka podataka, veličine segmenata i brzine prijenosa.
4) IP (eng. Internet Protocol) – osnovni protokol koji omogućuje prijenos datagrama preko mreže pomoću adresa odredišnih čvorova.
5) WAP – otvoreni standard koji korisnicima mobilnih telefona omogućuje uporabu telefonskih i informacijskih usluga.
6) vCARD – jedan od formata sadržaja – elektronička posjetnica.
7) vCAL – jedan od formata sadržaja – elektronički osobni kalendar s rasporedom aktivnosti.
8) OBEX – sjednički protokol koji je razvila udruga IrDA (eng. Infrared Data Association) za jednostavnu i spontanu izmjenu objekata u modelu klijent – poslužitelj. U općem obliku radi se o pojednostavljenoj inačici HTTP (eng. Hypertext Transfer Protocol) protokola.