Беспроводной интерфейс - Bluetooth

• BD_ADDR;
• 128-битный LK_RAND (каждое устройство хранит своё и полученное от другого устройства значения)

На данном этапе pairing заканчивается и начинается последний этап инициализации bluetooth — Mutual authentication или взаимная аутентификация. Основана она на схеме «запрос-ответ». Одно из устройств становится верификатором, генерирует случайную величину AU_RAND(A) и засылает его соседнему устройству (в plain text), называемому предъявителем (claimant — в оригинальной документации). Как только предъявитель получает это  «слово», начинается вычисление величины SRES по алгоритму E1, и она отправляется верификатору. Соседнее устройство производит аналогичные вычисления и проверяет  ответ предъявителя. Если SRES совпали, то, значит, всё хорошо, и теперь устройства меняются ролями, таким образом процесс  повторяется заново.

E1-алгоритм  оперирует такими величинами:

• Случайно созданное AU_RAND;
• Link key Kab;
• Свой собственный BD_ADDR.

Версии и их характеристики

Bluetooth 1.0

Устройства  версий 1.0 (1998) и 1.0B имели плохую совместимость  между продуктами различных производителей. В 1.0 и 1.0B была обязательной передача адреса устройства (BD_ADDR) на этапе установления связи, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком  данной спецификации.

Bluetooth 1.1

В Bluetooth 1.1 было исправлено множество ошибок, найденных в 1.0B, добавлена поддержка  для нешифрованных каналов, индикация  уровня мощности принимаемого сигнала (RSSI).

Bluetooth 1.2

В версии 1.2 была добавлена технология адаптивной перестройки рабочей частоты (AFH), что улучшило сопротивляемость к  электромагнитной интерференции (помехам) путём использования разнесённых  частот в последовательности перестройки. Также увеличилась скорость передачи и добавилась технология eSCO, которая  улучшала качество передачи голоса путём  повторения повреждённых пакетов. В HCI добавилась поддержка трёх-проводного интерфейса UART.

Главные улучшения включают следующее:

Быстрое подключение  и обнаружение.

Адаптивная  перестройка частоты с расширенным  спектром (AFH), которая повышает стойкость  к радиопомехам.

Более высокие, чем в 1.1, скорости передачи данных, практически до 721 кбит/с.

Расширенные Синхронные Подключения (eSCO), которые  улучшают качество передачи голоса в  аудиопотоке, позволяя повторную передачу повреждённых пакетов, и при необходимости  могут увеличить задержку аудио, чтобы оказать лучшую поддержку  для параллельной передачи данных.

В Host Controller Interface (HCI) добавлена поддержка трёхпроводного интерфейса UART.

Утверждён как стандарт IEEE Standard 802.15.1-2005.

Введены режимы управления потоком данных (Flow Control) и повторной передачи (Retransmission Modes) для L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Bluetooth версии 2.0 был выпущен 10 ноября 2004 г. Имеет  обратную совместимость с предыдущими  версиями 1.x. Основным нововведением  стала поддержка Enhanced Data Rate (EDR) для  ускорения передачи данных. Номинальная  скорость EDR около 3 Мбит/с, однако  на практике это позволило  повысить скорость передачи данных  только до 2,1 Мбит/с. Дополнительная  производительность достигается с помощью различных радио технологий для передачи данных.

Стандартная (или Базовая) скорость передачи данных использует Гауссово Кодирование со сдвигом частот (GFSK) модуляцию радио  сигнала, при скорости передачи в 1 Мбит/с. EDR использует сочетание GFSK и PSK-модуляцию  с двумя вариантами, π/4-DQPSK и 8DPSK. Они  имеют большие скорости передачи данных по воздуху 2- и 3 Mбит/с соответственно.

Bluetooth SIG издала спецификацию как «Технология  Bluetooth 2.0 + EDR», которая подразумевает,  что EDR является дополнительной  функцией. Кроме EDR есть и другие  незначительные усовершенствования  к 2.0 спецификации, и продукты  могут соответствовать «Технологии  Bluetooth 2.0», не поддерживая более  высокую скорость передачи данных. По крайней мере одно коммерческое  устройство, HTC TyTN Pocket PC, использует  «Bluetooth 2.0 без EDR» в своих технических спецификациях.

Согласно 2.0 + EDR спецификации, EDR обеспечивает следующие  преимущества:

• увеличение скорости передачи в 3 раза (2,1 Мбит/с) в некоторых случаях.
• уменьшение сложности нескольких одновременных подключений из-за дополнительной полосы пропускания.
• более низкое потребление энергии благодаря уменьшению нагрузки.

Bluetooth 2.1

2007 год.  Добавлена технология расширенного  запроса характеристик устройства (для дополнительной фильтрации  списка при сопряжении), энергосберегающая  технология Sniff Subrating, которая позволяет  увеличить продолжительность работы  устройства от одного заряда  аккумулятора в 3-10 раз. Кроме  того обновлённая спецификация  существенно упрощает и ускоряет  установление связи между двумя  устройствами, позволяет производить  обновление ключа шифрования  без разрыва соединения, а также  делает указанные соединения более защищёнными, благодаря использованию технологии Near Field Communication.

Bluetooth 2.1 + EDR

В августе 2008 года Bluetooth SIG представил версию 2.1+EDR. Новая редакция Bluetooth снижает потребление  энергии в 5 раз, повышает уровень  защиты данных и облегчает распознавание  и соединение Bluetooth-устройств благодаря  уменьшению количества шагов за которые  оно выполняется.

Bluetooth 3.0 + HS

3.0 + HS спецификация была принята Bluetooth SIG 21 апреля 2009 года. Она поддерживает теоретическую скорость передачи данных до 24 Мбит/с. Её основной особенностью является добавление AMP (Асимметричная Мультипроцессорная Обработка) (альтернативно MAC/PHY), дополнение к 802.11 как высокоскоростное сообщение. Две технологии были предусмотрены для AMP: 802.11 и UWB, но UWB отсутствует в спецификации.

Модули  с поддержкой новой спецификации соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных в 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление; вторая совместима со стандартом 802.11 и  обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с (сравнима со скоростью сетей Wi-Fi). Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера  передаваемого файла. Небольшие  файлы передаются по медленному каналу, а большие — по высокоскоростному. Bluetooth 3.0 использует более общий стандарт 802.11 (без суффикса), то есть не совместим  с такими спецификациями Wi-Fi, как 802.11b/g или 802.11n.

Bluetooth 4.0

В декабре 2009 года Bluetooth SIG анонсировала стандарт Bluetooth 4.0. Технология, прежде всего, предназначена для миниатюрных электронных датчиков (использующихся в спортивной обуви, тренажёрах, миниатюрных сенсорах, размещаемых на теле пациентов и т. д.).

В Bluetooth 4.0 достигается низкое энергопотребление  за счёт использования специального алгоритма работы. Передатчик включается только на время отправки данных, что обеспечивает возможность работы от одной батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет. Стандарт предоставляет скорость передачи данных в 1 Мбит/с при размере пакета данных 8-27 байт. В новой версии два Bluetooth-устройства смогут устанавливать соединение менее чем за 5 миллисекунд и поддерживать его на расстоянии до 100 м. Для этого используется усовершенствованная коррекция ошибок, а необходимый уровень безопасности обеспечивает 128-битное AES-шифрование.

Сенсоры температуры, давления, влажности, скорости передвижения и т. д. на базе этого  стандарта могут передавать информацию на различные устройства контроля: мобильные телефоны, КПК, ПК и т. п.

Первый  чип с поддержкой Bluetooth 3.0 и Bluetooth 4.0 был выпущен компанией ST-Ericsson в  конце 2009 года. Массовый выпуск Bluetooth-модулей  на текущий момент не осуществлен (июль 2011 года).

20 июля 2011 года, компания Apple представила новое  поколение MacBook Air, а также новое  поколение настольных компьютеров  Mac Mini оснащенное Bluetooth стандарта 4.0.

4 октября  2011 года, компания Apple представила новое  поколение iPhone, оснащенное Bluetooth стандарта  4.0.

Профили Bluetooth

Профиль — набор функций или возможностей, доступных для определённого  устройства Bluetooth. Для совместной работы Bluetooth-устройств необходимо, чтобы  все они поддерживали общий профиль.

Нижеуказанные профили определены и одобрены группой  разработки Bluetooth SIG:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP)

A2DP разработан  для передачи двухканального  стерео аудиопотока, например, музыки, к беспроводной гарнитуре или  любому другому устройству. Профиль  полностью поддерживает низкокомпрессированный  кодек Sub_Band_Codec (SBC) и опционально  поддерживает MPEG-1,2 аудио, MPEG-2,4 AAC и ATRAC, способен поддерживать кодеки, определённые производителем.

Audio / Video Remote Control Profile (AVRCP)

Этот  профиль разработан для управления стандартными функциями телевизоров, Hi-Fi оборудования и прочее. То есть позволяет  создавать устройства с функциями  дистанционного управления. Может использоваться в связке с профилями A2DP или VDPT.

Basic Imaging Profile (BIP)

Профиль разработан для пересылки изображений  между устройствами и включает возможность  изменения размера изображения  и конвертирование в поддерживаемый формат принимающего устройства.

Basic Printing Profile (BPP)

Профиль позволяет пересылать текст, e-mails, vCard и другие элементы на принтер. Профиль  не требует от принтера специфических  драйверов, что выгодно отличает его от HCRP.

Common ISDN Access Profile (CIP)

Профиль для доступа устройств к ISDN.

Cordless Telephony Profile (CTP)

Профиль беспроводной телефонии.

Device ID Profile (DIP)

Профиль позволяет идентифицировать класс  устройства, производителя, версию продукта.

Dial-up Networking Profile (DUN)

Протокол  предоставляет стандартный доступ к интернету или другому телефонному  сервису через Bluetooth. Базируется на SPP, включает в себя команды PPP и AT, определённые в спецификации ETSI 07.07.

Fax Profile (FAX)

Профиль предоставляет интерфейс между  мобильным или стационарным телефоном  и ПК на котором установлено программное  обеспечение для факсов. Поддерживает набор AT-команд в стиле ITU T.31 и/или ITU T.32. Голосовой звонок или передача данных профилем не поддерживается.

File Transfer Profile (FTP_profile)

Профиль обеспечивает доступ к файловой системе  устройства. Включает стандартный набор  команд FTP, позволяющий получать список директорий, изменения директорий, получать, передавать и удалять файлы. В качестве транспорта используется OBEX, базируется на GOEP.

General Audio / Video Distribution Profile (GAVDP)

Профиль является базой для A2DP и VDP.

Generic Access Profile (GAP)

Профиль является базой для всех остальных  профилей.

Generic Object Exchange Profile (GOEP)

Профиль является базой для других профилей передачи данных, базируется на OBEX.

Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP)

Профиль предоставляет простую альтернативу кабельного соединения между устройством  и принтером. Минус профиля в  том, что для принтера необходимы специфичные драйвера, что делает профиль неуниверсальным.

Hands-Free Profile (HFP)

Профиль используется для соединения беспроводной гарнитуры и телефона, передаёт монозвук в одном канале.

Human Interface Device Profile (HID)

Обеспечивает  поддержку устройств с HID (Human Interface Device), таких как мышки, джойстики, клавиатуры и проч. Использует медленный  канал, работает на пониженной мощности.

Headset Profile (HSP)

Профиль используется для соединения беспроводной гарнитуры (Headset) и телефона. Поддерживает минимальный набор AT-команд спецификации GSM 07.07 для обеспечения возможности  совершать звонки, отвечать на звонки, завершать звонок, настраивать громкость. Через профиль Headset, при наличии  Bluetooth 1.2 и выше, можно выводить на гарнитуру всё звуковое сопровождение работы телефона. Например, прослушивать на гарнитуре все сигналы подтверждения операций, mp3-музыку из плеера, мелодии звонка, звуковой ряд видеороликов. Гарнитуры, поддерживающие такой профиль имеют возможность передачи стереозвука, в отличие от моделей, которые поддерживают только профиль Hands-Free.

Intercom Profile (ICP)

Обеспечивает  голосовые звонки между Bluetooth-совместимыми устройствами.

LAN Access Profile (LAP)

LAN Access profile обеспечивает возможность доступа  Bluetooth-устройствам к вычислительным  сетям LAN, WAN или Internet посредством  другого Bluetooth-устройства, которое  имеет физическое подключение  к этим сетям. Bluetooth-устройство  использует PPP поверх RFCOMM для установки  соединения. LAP также допускает создание ad-hoc Bluetooth-сетей.

Object Push Profile (OPP)

Базовый профиль для пересылки «объектов», таких как изображения, виртуальные  визитные карточки и др. Передачу данных инициирует отправляющее устройство (клиент), а не приёмное (сервер).