Bluetooth (INFORMACE): verze, dosah, frekvence a protokoly

Bluetooth – OBSAH

1. Co je to Bluetooth?
2. Vznik názvu Bluetooth
3. Verze Bluetooth
4. Dosah Bluetooth
5. Frekvence Bluetooth
6. Bluetooth a bezpečnost přenosu
7. Protokoly v rámci Bluetooth
8. Bluetooth profily
9. Bluetooth Smart a Smart ready
10. Starší verze Bluetooth
11. Co přináší nejnovější Bluetooth 6.2?

Co je to Bluetooth?

Bluetooth je standard pro bezdrátovou komunikaci propojující dvě a více elektronických zařízení, jako je tablet, mobilní telefon, sluchátka, sporttester a další. Bránou signálu Bluetooth do PC pak mohou být Bluetooth USB adaptéry. Používá se k přenosu audia, videa i dalších souborů a jejich signál využívají i bezpečnostní lokátory. Bluetooth v roce 1994 vynalezla švédská společnost Ericsson při hledání alternativy pro kabelová spojení mobilních zařízení.

Vznik názvu Bluetooth

Pojmenování Bluetooth pochází z Dánska, kde král Modrozub díky svým diplomatickým schopnostem dokázal v 10. století n. l. ukončit rozepře mezi několika kmeny. Název tak měl připomínat snahy o usnadnění komunikace a vzájemný dialog. Symbol Bluetooth vznikl kombinací runových iniciál Haralda Modrozuba.

Verze Bluetooth

Na vývoji nových verzí pracuje Bluetooth Special Interest Group, soukromý podnik, občas nepřesně označovaný jako nezisková organizace. Firma totiž vlastní ochranné známky, spravuje licence a vyvíjí nové verze Bluetooth, nezabývá se však primárně obchodem ani výrobou. Vznikla v roce 1998 pod taktovkou firem Ericsson, IBM, Intel, Toshiba a Nokia. Dnes sídlí ve washingtonském Kirklandu a čítá přes 10 000 firem. Podívejte se do naší přehledné tabulky jednotlivých verzí Bluetooth:

Dosah Bluetooth

• Akční radius dosahu Bluetooth závisí na verzi technologie.
• Nejnovější verze Bluetooth 6.0 a novější dosáhne až 300 m venku a 50 m v interiéru – v závislosti na přenosové rychlosti. 
• Upgrady šesté verze (Bluetooth 6.1, 6.2 a 6.3) si dosah uchovávají.
• Nejrozšířenější verze Bluetooth 5.x -  v průměru dosáhnou 240 m venku a 40 m uvnitř.
• Přenos dat funguje na základě přenosu rádiových vln.
• Jediným požadavkem pro fungování technologie Bluetooth je právě vzdálenost. 
• Překážky signálu dosah Bluetooth snižují.
• Kromě navázání spojení je k přenosu dat potřeba, aby po celou dobu byla všechna zařízení v dosahu.

Frekvence Bluetooth

• Rádiová část Bluetooth funguje ve stejném frekvenčním pásmu jako WiFi, tzv. ISM o frekvenci 2,4 GHz.
• V Evropě můře šířka frekvenčního pásma dosáhnout až 2483,5 MHz.
• Ve frekvenčním pásmu ISM je 79 radiových kanálů o šířce 1 MHz.
• Bluetooth mezi nimi přeskakuje až 1600× za sekundu, a udržuje tak stabilitu signálu.
• Vyčerpávající technické informace si můžete přečíst v tomto článku o technologii Bluetooth.

Bluetooth a bezpečnost přenosu

O bezpečí přenášených dat i samotných zařízení je u Bluetooth přenosu postaráno v první řadě potřebou autorizace – při párování zařízení musí uživatel spojení potvrdit. Propojená zařízení pak vygenerují klíč, pomocí kterého šifrují přenášená data. I když se objevují postupy, jak skrze signál šířit viry či zařízení napadnout, hrozbu výrazně snižuje poměrně krátký dosah signálu i neustálé vylepšování Bluetooth standardu. 

Protokoly v rámci Bluetooth

Bluetooth označujeme slůvkem standard, ale může být uváděn i jako protokol. Protokoly jsou jakési soubory pravidel pro vzájemnou komunikaci zařízení. Sám protokol Bluetooth obsahuje řadu takových (v uvozovkách) menších protokolů. Pod zkratkou LMP například Bluetooth skrývá protokol pro správu rádiového spojení, L2CAP zajišťuje přenos a tok dat, o přenos a ovládání videa či zvuku se starají protokoly ACD TP nebo AVD TP a součástí celého řešení je i řada dalších.

Bluetooth profily

Aby mohl Bluetooth fungovat v takové šíři činností, v jakých se s úspěchem využívá, nesmíme opominout ani tzv. Bluetooth profily. Profil je jiný pro každou činnost. V podstatě se jedná o souhrn instrukcí, na jejíchž základě dvojice propojených zařízení komunikuje. Profilů existuje velké množství - v této chvíli je jich 36 a rozhodně to neznamená, že by to byl konečný výčet – přičemž ne každý se musí nutně nacházet v každém zařízení. Pojďme si představit alespoň část z nich.

• A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) – umožňuje přenos hudby/zvuku ve stereo kvalitě.
• AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile) – přidává možnosti, které využijete třeba u bezdrátových sluchátek. Umožňuje totiž ovládat reprodukci audia na připojeném zařízení - hlasitost, posun mezi skladbami atd.
• BPP (Basic Printing Profile) – tento profil slouží ke komunikaci s tiskárnou.
• DID (Device ID Profile) – slouží k identifikaci připojeného zařízení.
• HFP (Hands-Free Profile) – název je celkem vypovídající. Díky tomuto profilu připojíte telefon k hands-free sadě. Jeho součástí jsou i možnosti vzdáleného ovládání telefonu, např. příjem nebo položení hovoru.
• SYNCH (Synchronisation Profile) – umožní synchronizaci zařízení co do času, data, kontaktů atd.
• VDP (Video Distribution Profile)  – přenos streamovaného videa.

Bluetooth Smart a Smart Ready

• Aby se dvě zařízení s Bluetooth propojila, musí se spárovat v kompatibilních profilech.
• Doporučujeme zařízení zkusit propojit přímo při nákupu.
• Bluetooth verze 4.0 a vyšší dostaly označení Smart Ready a podporují párování s chytrými zařízeními.
• Podívejte se na schéma komunikace jednotlivých profilů Bluetooth:

Starší verze Bluetooth

Verze Bluetooth 5.1 umožní vyhledávání s přesností na centimetry

Většina novějších zařízení dnes využívá aktuální verzi Bluetooth 5. Nástupce klasické pětkové verze se objevil dva roky po svém předchůdci, nese označení 5.1 a přinesl několik drobných vylepšení. A ač se (s jednou výjimkou) jedná spíše o kosmetické změny, zasahují jak do oblasti softwaru, tak hardwaru – to znamená, že ne každý výrobce této verze zatím využívá.

Tou největší novinkou, kterou verze 5.1 přinesla, je zpřesněná navigace. Konečně tak dostala jasné kontury tzv. indoor navigace, o které se už nějakou dobu mluví. Pozice předmětu se určuje pomocí bluetooth majáků, v případě použití tří a více to jde s přesností na metry. Verze 5.1 je ještě přesnější, dostává se až na centimetry. Děje se to přidáním dvou funkcí, tzv. angle of arrival (AoA) a angle of departure (AoD), které monitorují úhel odchozího signálu. Praktické užití je nasnadě – díky použití této technologie najdete ztracené klíče nebo konkrétní regál v obchodě.

Verze Bluetooth 5.2: vylepšení bezpečnosti a energetické nenáročnosti

Na začátku ledna 2020 byly představeny specifikace dalšího stupně páté verze Bluetooth – Bluetooth 5.2. Opět se jedná spíše o drobnější vylepšení v oblasti bezpečnosti a zejména ve snížení energetické náročnosti zařízení. Podle odhadů výrobce systému Bluetooth, společnosti Silicon Labs, vzroste do roku 2023 prodej zařízení s Bluetooth o 26 %, přičemž devadesát procent z nich bude využívat jejich nízkoenergetického řešení.

Verze Bluetooth 5.3: drobná vylepšení pro delší výdrž a stabilní spojení

Menší aktualizace Bluetooth 5.3 přišla v půlce roku 2021, i doposud se však stále příliš neuchytila. Pro výrobce sluchátek a dalších bezdrátových zařízení se zkrátka implementace nové verze nevyplatí, jelikož nepřináší mnoho nového. Jedním z vylepšení je automatická klasifikace kanálů, díky které si zařízení vybere ten nejlepší a vzniklé spojení tak bude stabilnější. Vývojáři dále dostali větší kontrolu nad přenášenými daty a ta zbytečná tak můžou být z přenosu úplně vynechána. To může vést k mírně nižší spotřebě baterie.

Verze Bluetooth 5.4: komunikace mezi více zařízeními a standardizovaný systém šifrování

Již minulý rok byla představena nová verze 5.4, ovšem až letos se začíná dostávat do prvních zařízení. Hlavní inovací nejnovější generace je především funkce komunikace s vícero zařízeními současně, která používá technologii PAwR, díky které nemusí být zařízení ani připojena, čímž šetří energii.

Této změny si však většina uživatelů ani nevšimne, jelikož se touto metodou přesouvají především malé datové pakety po určitý časový interval a proto odpadá možnost použít to například pro přesouvání hudby. Využití tak nachází především v maloobchodě, či průmyslu, kde se tímto způsobem dají měnit štítky u několika produktů najednou.

Další drobné vylepšení přinese nový standardizovaný systém šifrování, který zabezpečuje soukromou relaci mezi „vysílacím a přijímacím“ zařízením. 

Za zmínku stojí také technologie Auracast, která by měla být podporována již od Bluetooth 5.2. Díky ní je možné připojit více zařízení současně k jednomu zdroji. V praxi se tak dá využít například při sdílení hudby s přáteli či třeba poslechu výkladu a zpravodajství na letištích, v muzeích atd.

Verze Bluetooth 6.0: úspora energie, menší latence a dokonce i přesné měření vzdálenosti

Již skok v číslování naznačuje, že standard Bluetooth 6.0 znamená citelnou změnu. Ta se na rozdíl od předchozích aktualizací netýká zvyšování kvality současného přenosu dat, ale přináší novou funkci, která má potenciál rozšířit používání technologie Bluetooth do nové oblasti.

Největším vylepšením, které dává technologii Bluetooth nový rozměr, je vlastnost Channel Sounding. Ta umožňuje dvěma zařízením vybaveným touto technologií navázat šifrované spojení a jednoduše řečeno, pomocí měření zpoždění odpovědi na vyslaný signál se spočítá vzájemná vzdálenost. Tato funkce pravděpodobně najde své uplatnění především u lokalizátorů typu Apple AirTag nebo Galaxy SmartTag, které se nebudou muset spoléhat na nedostatečně přesnou GPS nebo technologii UWB, protože i nové Bluetooth dokáže změřit vzdálenost s přesností na centimetry.

Dalšími méně přelomovým vylepšením je pak energeticky efektivnější skenování pro zjištění nových okolních zařízení, a to i bez nutnosti připojení. Zlepšení doznala také latence, která by měla být pomocí vylepšené technologie ISOAL rychlejší, což by se mělo dotknout jak běžného streamování audia, tak poměrně nového multistream audia. Drobností, kterou ocení především vývojáři, je pak umožnění flexibilní časové mezery mezi posíláním dat. To buď povede k optimalizaci spotřeby (díky zvýšení intervalu) nebo větší efektivitě a „výkonu“.    

Verze Bluetooth 6.1: energetická optimalizace, vylepšené soukromí i nový rytmus aktualizací

Sotva jsme si stihli zvyknout na nový standard Bluetooth 6.0, tiše nám byla představena nová generace 6.1. Jedná se opět o jednu z těch méně výrazných, ovšem rozhodně důležitých aktualizací, jelikož společnost Bluetooth SIG, jež se o stejnojmennou technologii stará, uvedla, že nově budou menší aktualizace vycházet dvakrát ročně, v důsledku čehož by se měly být nové standardy rychleji integrovány a dříve se tak dostat ke koncovým uživatelům.

Důležitou novinkou u Bluetooth 6.1 je funkce „náhodného měnění privátní adresy“, jež by se měla měnit v různých časových intervalech (a ne po 15 minutách jako doposud). Tím se zvýší soukromí, protože takové zařízení bude hůře trackovatelné. Druhá novinka s tímto vylepšením blízce souvisí, jelikož tato změna bude nově řízena přímo Bluetooth čipem a ne CPU, zařízení tak ušetří energii.

Verze Bluetooth 6.2: rapidní snížení latence a posílené zabezpečení

Asi největší novinkou, kterou má šanci koncový uživatel v rámci nové verze Bluetooth 6.2 postřehnout, je skokové snížení latence. Zatímco starší verze Bluetooth běžně fungovaly s latencí (tedy zpožděním) 7,5 ms, nejnovější standard umožní přenos s 20× menší latencí, tedy pouhých 375 µs. Toto vylepšení se nejspíše nejvíce projeví u všech možných zařízení pomocí nichž člověk komunikuje s počítačem. Například to mohou být různé herní ovladače VR nebo AR headsety, popřípadě profesionální zařízení jako grafické tablety, nebo nějaké senzory. 

Dalšími,  již méně strhující novinkou je vylepšení v oblasti zabezpečení. Bluetooth 6.2 my se mělo umět podle vývojářů lépe popasovat s útoky založenými na opakování nebo přeposílání signálu, které ohrožují zámky automobilů nebo zařízení chytré domácnosti (včetně například chytrých zámků). Bluetooth 6.2 útočníkům znesnadňuje imitovat fyzickou blízkost zařízení, čímž se stává bezpečnější. 

Posledním vylepšením je pak podpora standardu pro posílání isochronních (tedy pravidelných) dat přes USB a Bluetooth. Tento krok by měl minimalizovat problémy s kompatibilitou a zabezpečením u těch zařízení, která pro své propojení potřebují dongl, jako jsou některé bezdrátové myši nebo klávesnice.

Bluetooth je důležitou a často nedílnou součástí dnešní elektroniky s velkým potenciálem do budoucna. Díky nízké spotřebě a stále lepším vlastnostem je právě tato technologie příležitostí, jak rozvinout co nejkomplexnější ekosystémy navzájem propojených zařízení a spotřebičů.