Bluetooth

Bluetoothは、デジタル機器用の近距離無線通信規格の1つである。Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate  と Bluetooth Low Energy  から構成される。

1. 概要
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数メートルから数十メートル程度の距離の情報機器間で、電波を使い簡易な情報のやりとりを行うのに使用される。

当初、エリクソン、インテル、IBM、ノキア、東芝の5社によって策定された。その後マイクロソフト、モトローラ、3COM、ルーセント・テクノロジーの4社がプロモーター企業として加わった。date=2021-12は3COM、ルーセント・テクノロジーの2社が脱退し、Apple、およびノルディック・セミコンダクターが加わり、9社がプロモーター企業となっている。IEEEでの規格名は、IEEE 802.15.1である。

2.4 GHz帯を使用してPC等のマウス、キーボードをはじめ、携帯電話、PHS、スマートフォン、タブレットでの文字情報や音声情報といったデジタル情報の無線通信を比較的低速度で行う用途に採用されている。

2. 基本事項
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Bluetooth BR/EDRは2.4 GHz帯を79の周波数チャネルに分け、利用する周波数をランダムに変える周波数ホッピングを行いながら、半径10 - 100m程度のBluetooth搭載機器と、最大3Mbpsで無線通信を行う。

当初は赤外線短距離通信であるIrDAの完全置換えという誤った認識で普及が試みられたが、使いにくさが強調され、普及の妨げとなった。しかしその後指向性の少ない、簡易なデジタル無線通信としての利便性が認識され、多様な分野で普及が進んでいる。

Bluetooth BR/EDRは、無線接続の状態を意識せずに常時接続したままでの使用状況に適している。反対にIrDAは、意図して接続するのに適している。これらは互いを補完している。LE は短時間のバースト通信に最適化している。

Bluetooth BR/EDR/LEと2.4 GHz帯の無線LAN  は、ISMバンドで周波数帯を共用する。そのため相互干渉・混信が起こり、Bluetooth使用時に無線LANの速度が著しく低下するという問題が起こることもある。

セキュリティに関しては、BR/EDR は SAFER  64bit もしくは 128bit を少し変更したアルゴリズムをキーの配送に使用し、E0  で暗号化できる。LE のポイント・ツー・ポイントとメッシュは AES 128bit が利用可能。上位のアプリケーションレイヤーで独自の暗号化を施すことも可能。

Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate  は、「Bluetoothクラシック」 と呼ばれることもある。

3. 名称の由来
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名称はスウェーデンのエリクソン社の技術者がつけたものである。初めてノルウェーとデンマークを交渉により無血統合し、文化の橋渡しをしたデンマーク王、ハーラル・ブロタン・ゴームソン  の歯に失活歯があり、それが青黒い灰色だったので「青歯王」と呼ばれたことに由来している。つまり、「乱立する無線通信規格を統合したい」という願いが込められている。

Bluetooth のロゴは、北欧の長枝ルーン文字でハーラル・ブロタンの頭文字のH  とB  を組み合わせたものに由来する。

4. 沿革
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1994年 - エリクソン社内のプロジェクトとして開発開始。
1998年5月20日 - エリクソン、インテル、IBM、ノキア、東芝の5社でBluetooth SIGを設立。同時に Bluetooth という名称を発表。
1999年7月26日 - Bluetooth仕様書バージョン1.0を発表。
2001年2月 - バージョン1.1を発表。
2003年頃 -
2003年11月 - バージョン1.2を発表。
2004年11月 - バージョン2.0を発表。Enhanced Data Rate  を追加。
2007年3月28日 - バージョン2.1を発表。
2009年4月21日 - バージョン3.0を発表。High Speed  を追加。
2009年12月17日 - バージョン4.0を発表。Bluetooth Low Energy  を追加。
2011年6月21日 - Appleとノルディック・セミコンダクターが理事会に加わる。
2013年12月4日 - バージョン4.1を発表。
2014年12月3日 - バージョン4.2を発表。
2016年12月8日 - バージョン5.0を発表。
2019年1月21日 - バージョン5.1を発表。
2020年1月6日 - バージョン5.2を発表。
2021年7月13日 - バージョン5.3を発表。
2023年2月7日 - バージョン5.4を発表。

5. バージョン
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Bluetooth規格には以下のバージョンがある。普及バージョンである1.1以降においては、3.0以前、3.0+HS、4.0以降の3グループで通信方式が異なるため、各グループ内でのみ互換性を持っている。ただし、複数の通信方式を同時に実装することが可能であり、論理層の基本的な仕様は大きく変わらないため、統一的なユーザーインターフェイスでラップされ、一般利用者が非互換性を意識する必要が無いよう配慮された実装となっている場合が多い。

1.0b最初のバージョン。1.0b + CE 1.0bに修正を加えた。1.1Bluetoothリリース後、最初に広く普及したバージョン。1.22.4 GHz帯域の無線LAN  などとの干渉対策が盛り込まれた。2003年11月公開。2.0容量の大きいデータを通信する際に最大通信速度を3 Mbpsの通信に切り替える Enhanced Data Rate  がオプションで追加できるようになった。2004年11月公開。2.1ペアリングが簡略化され、近距離無線通信の Near Field Communication  に対応した。マウスやキーボードなどのスリープ時間が多い機器のバッテリーを最大で5倍延長できる「Sniff Subrating」機能を加えた。2007年3月公開。3.0Protocol Adaptation Layer  とGeneric Alternate MAC/PHY  によって無線LAN規格IEEE 802.11のMAC/PHY層の利用が可能となり、最大通信速度が24 Mbpsとなる High Speed  がオプションで追加できるようになった。また、電力管理機能を強化して省電力性を向上させた。2009年4月公開。4.0従来からの Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate  に加えて、BR/EDR に比べ大幅に省電力化された Bluetooth Low Energy  が追加された。Bluetooth SIGが公開する資料によれば、ボタン電池1つのみでも数年駆動可能としている。転送速度は1 Mbpsだが、データパケットサイズが8 - 27オクテットと非常に小さくなっている。これは、例えば家電製品などに搭載されたセンサーとのデータ通信に向けた仕様となっている。この点が BR/EDR と方向性が異なっており、互換性が無く、ベンダーは BR/EDR と LE をそれぞれ目的別に採用するものとされている。ホスト側は両方を組み込んだ「デュアルモード」を実装できる。BR/EDR に ATT and GATT over BR/EDR を追加。2009年12月公開。4.1Bluetooth
Low Energy にモバイル端末向け通信サービスの電波との干渉を抑える技術、データ転送の効率化、自動の再接続機能、直接インターネット接続できる機能、date=2021-12、が追加された。4.2Bluetooth Low Energy に Data Packet Length Extension を追加し、通信速度が260 kbpsから650 kbpsに2.5倍高速化。Bluetooth Low Energy が IPv6/6LoWPAN でインターネット接続できるようになる。5.0Bluetooth Low Energy のデータレートが2 Mbps, 1 Mbps, 500 kbps, 125 kbpsになり、2 Mbpsおよび1 Mbpsは従来通り到達距離が100 m、125 kbpsは到達距離が400 mとなった。5.1ペアリングされているBluetooth機器の方向を探知する機能が追加された。5.2LE Audio規格の追加を含む複数の改良。5.3LE Audio規格の改良。5.4電子棚札への対応。

6. プロファイル
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Bluetoothはその特性上、様々なデバイスでの通信に使用されるため、機器の種類ごとに策定されたプロトコルがあり、それらの使用方法をプロファイル  と呼び標準化している。 通信しようとする機器同士が同じプロファイルを持っている場合に限り、そのプロファイルの機能を利用した通信をおこなえる。 代表的なものに以下のプロファイルがあり、Bluetooth対応機種であっても利用する機器の双方が適切なプロファイルに対応している必要がある。

A2DP 音声をレシーバー付きヘッドフォンに伝送するためのプロファイル。HSP/HFPと異なり、ステレオ音声・高音質となる。AVRCP AV機器のリモコン機能を実現するためのプロファイル。BIP 静止画像を転送するためのプロファイル。BPP プリンターへ転送・印刷するためのプロファイル。DUN 携帯電話・PHSを介してインターネットにダイヤルアップ接続するためのプロファイル。FTP パソコン同士でデータ転送を行うためのプロファイル。コンピュータネットワークなどで用いられるファイル転送プロトコルのFTPとは無関係。GAP 機器の接続/認証/暗号化を行うためのプロファイル。HCRP プリンターへの出力を無線化するためのプロファイル。HDP 健康管理機器同士を接続するためのプロファイル。HFP 車内やヘッドセットでハンズフリー通話を実現するためのプロファイル。HSPの機能に加え、通信の発信・着信機能を持つ。HID (Human Interface Device Profile）（SPP (Serial
Port Profile) で利用するものが一般的）