Bluetooth

Bluetooth on lühikese levialaga juhtmevaba sidestandard, mis võimaldab andmevahetust püsi- ja mobiilseadmete vahel ning isiklike võrkude (PAN – personal area network) loomist. Bluetooth töötab sagedusalas 2,402–2,480 GHz, kasutades UHF-raadiolaineid.

Tehnoloogiat kasutatakse peamiselt kaablivaba alternatiivina, võimaldades failide jagamist lähestikku asuvate seadmete vahel ning juhtmevaba ühendust mobiiltelefonide, kõrvaklappide, kõlarite, HIFI-seadmete, autohelisüsteemide, telerite ja heliribade vahel.

Bluetooth-tehnoloogia arendust ja standardiseerimist koordineerib Bluetooth Special Interest Group (SIG), kuhu kuulub üle 35 000 liikmesettevõtte telekommunikatsiooni, IT-, võrgunduse ja tarbeelektroonika valdkonnast. SIG vastutab spetsifikatsioonide koostamise, seadmete kvalifitseerimise ja Bluetoothi kaubamärgi kaitse eest. Selleks et toodet saaks turustada Bluetooth-seadmena, peab see vastama SIGi kehtestatud nõuetele.

2024. aasta seisuga tarnitakse maailmas igal aastal ligikaudu 5 miljardit Bluetooth-seadet. Prognooside kohaselt võib see arv 2028. aastaks kasvada 7,5 miljardini.

 Ajalugu 
Bluetooth-tehnoloogia arendamine sai alguse 1989. aastal Rootsis, kui Ericssoni mobiiliosakonna tehnoloogiadirektor Nils Rydbeck algatas projekti juhtmevabade peakomplektide loomiseks. Arendustöö usaldati Tord Wingrenile, Jaap Haartsenile ja Sven Mattissonile. 1994. aastal alustati aktiivset arendust ning 1997. aastaks valmis töötav prototüüp. Projekti juhtimise võttis üle Örjan Johansson, kes mängis olulist rolli ka tehnoloogia standardiseerimisel.

Idee luua ühendus mobiiltelefoni ja sülearvuti vahel pärines juba 1972. aastast, kui IBM-i arendusjuht Adalio Sanchez tegi koostööettepaneku Ericssonile. Kuna tollaste mobiiltelefonide energiatarve oli liiga suur, otsustati hiljem kasutada Ericssoni arendatud lühilink-tehnoloogiat ühenduslahendusena. Et tehnoloogia saaks laiemalt levida, tehti otsus kujundada sellest avatud standard. Ericsson panustas raadiotehnoloogia patentidega, IBM lisas omalt poolt loogikakihi.

Varsti liitusid projektiga ka Intel, Toshiba ja Nokia ning 1998. aasta mais loodi ametlikult Bluetooth Special Interest Group (SIG), mille ülesandeks sai tehnoloogia edasine arendamine ja haldamine.

Esimene Bluetooth-seade – juhtmevaba peakomplekt – esitleti 1999. aastal COMDEXi messil. Esimene Bluetooth-toega mobiiltelefon, Ericsson R520m, jõudis turule 2001. aasta alguses. Samal aastal oktoobris tõi IBM turule esimese Bluetoothi toega sülearvuti – ThinkPad A30.

Bluetooth-tehnoloogia areng jätkus ka Ameerika Ühendriikides. Ettevõte Vosi Technologies töötas välja lahenduse, mille abil ühendada sõidukite heli- ja sidesüsteemid Bluetoothi kaudu. Algselt planeeritud koostöö Motorolaga katkes kohtuvaidluse tõttu, kuid hiljem võttis Motorola Bluetoothi kasutusele, aidates kaasa selle laiemale levikule autotööstuses.

 Etümoloogia 
Nime Bluetooth pakkus 1997. aastal välja Intelis töötanud Jim Kardach, üks Bluetooth Special Interest Groupi (SIG) asutajaliikmeid. Idee sai alguse tema vestlusest Ericssoni teadlase Sven Mattissoniga, kes mainis Skandinaavia ajalugu ja Frans G. Bengtssoni viikingiromaani The Long Ships . Jutuks tuli ka 10. sajandi Taani kuningas Harald Bluetooth , kes oli tuntud Taani hõimude ühendajana.

Hiljem sattus Kardach lugema Gwyn Jonesi raamatut A History of the Vikings, kus oli kujutatud Harald Bluetoothi ruunikivi. Selle põhjal pakkus ta nime Bluetooth välja lähiside traadita ühenduse projektile kui ajutist koodnime.

Bluetoothi ametliku teabe kohaselt oli nimi algselt mõeldud vaid ajutisena, kuni turundusosakond leiab sobivama nimetuse. Valikusse jäid veel nimed RadioWire ja PAN (Personal Area Networking). Nimi PAN osutus liiga üldlevinuks ning RadioWire’i kaubamärki ei jõutud õigeaegselt kontrollida. Nii jäi kasutusele nimi Bluetooth, mis oli tööstuses juba laialt levinud ja sai lähiside traadita ühenduse sünonüümiks.

Nimetus Bluetooth on inglispärane vorm Taani kuninga Harald Blåtandi nimest (vanaskandinaavia blátǫnn), mis tähendab sõna-sõnalt „sinist hammast“. Nimi sümboliseerib ühendamist – nii nagu Harald ühendas Taani hõimud, ühendab Bluetooth erinevad seadmed ja protokollid.

Bluetoothi logo kujundamisel on kasutatud kahte noorema Futharki ruuni – ᚼ (Hagall) ja ᛒ (Bjarkan) – mis tähistavad Harald Bluetoothi initsiaale ning sümboliseerivad tehnoloogia ühendavat olemust.

 Teostus 
Bluetooth-tehnoloogia töötab tööstuslikus, teaduslikus ja meditsiinilises (ISM) sagedusalas 2,402–2,480 GHz. Side toimub sagedushüppelise levispektri (frequency-hopping spread spectrum) abil: andmed jagatakse pakettideks ja saadetakse 79 erineval 1 MHz laiuse kanaliga. Kanalite vahel hüpatakse kuni 1600 korda sekundis, et vähendada raadiosageduslikke häireid ja parandada ühenduse töökindlust.

Bluetooth Low Energy (BLE) kasutab sama sagedusala, kuid töötab 40 kanalil, mille ribalaius on 2 MHz. BLE töötab erineva loogika alusel ja on mõeldud madala energiatarbega seadmete ja lühiajaliste ühenduste jaoks.

Bluetoothi varastes versioonides kasutati modulatsiooniskeemi GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), mille abil oli võimalik saavutada andmeedastuskiirus kuni 1 Mbit/s. Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate) tõi lisaks modulatsioonimeetodid π/4-DQPSK ja 8-DPSK, millega saavutati vastavalt 2 ja 3 Mbit/s kiirused. 2019. aastal tutvustas Apple HDR-laiendust (High Data Rate), mis kasutab 4 MHz laiuseid kanaleid ja võimaldab andmeedastuskiirust kuni 8 Mbit/s.
pisi|Bluetooth võrgu topoloogia
Bluetoothi arhitektuur põhineb master-slave mudelil: üks seade (master) saab luua väikese võrgu ehk piconet’i ja hallata kuni seitset samaaegselt ühendatud seadet (slave). Kõik seadmed sünkroniseeruvad master’i kella järgi, mille taktimärk on 312,5 mikrosekundit. Andmepaketid võivad olla ühe, kolme või viie ajapilu (slot’i) pikkused.

Seadmed võivad vajadusel rolli vahetada – näiteks võib algselt master’ina tegutsenud seade hiljem toimida slave’ina. Kui mitu piconet’i on omavahel ühendatud, moodustavad need keerukama hajusvõrgu ehk scatternet’i, kus üks seade võib olla korraga ühes võrgus master ja teises slave.

Ülemseade valib alati, millist alamseadet ta parasjagu adresseerib. Kuna alam peab pidevalt kuulama ja ootama käsklusi, on ülemana toimimine vähem ressursimahukas kui alamana. Samuti on võimalik, et üks seade on korraga mitme ülemseadme alam.

 Levivõimsus ja leviala 
Bluetooth-seadmete võimsus ja leviala sõltuvad seadme klassist:
+Bluetooth-seadme võimsus klassi järgiKlassMaksimaalne võimsusdBm110-100 mW +10 kuni +201.52,5-10 mW +4 kuni +1021-2,5 mW0 kuni +430,01-1 mW -20 kuni 0
Tegelik leviala sõltub lisaks ka seadmete tundlikkusest, antenni konfiguratsioonist, andmeedastuskiirusest, aku seisukorrast ja keskkonnatingimustest (nt seinad, peegeldused, takistused).
Kuigi klass 1 seadmed suudavad suhelda kuni 100 m kaugusel, on enamik seadmeid klass 2, mille tööulatus on tavaliselt 10–30 m. Parimates tingimustes võivad kaks klass 1 seadet suhelda ka kuni 1 km kauguselt, ilma seaduslikke piiranguid rikkumata.

 Bluetoothi profiilid 
Bluetoothi toimimine põhineb profiilidel, mis määratlevad, kuidas seadmed kindlates kasutusolukordades käituvad. Näiteks:

 HSP (Headset Profile) – kõrvaklappide ühendamine telefoni või arvutiga.
 HDP (Health Device Profile) – terviseseadmete (nt pulsiandur, termomeeter) ühendamine.
 VDP (Video Distribution Profile) – videovoogude edastamine seadmete vahel.

Profiilid aitavad seadmetel suhelda ühtsete reeglite järgi ja lihtsustavad andmevahetust seadete vahel.

 Kasutusvaldkonnad 
Bluetoothi kasutatakse laialdaselt järgmistes seadmetes ja olukordades:pisi|Bluetooth kõrvaklapid Sony WH 1000XM3

 Juhtmevaba side mobiiltelefonide, peakomplektide, autostereosüsteemide ja nutikõlarite vahel.

 Failide,  kontaktide ja kalendriandmete jagamine seadmete vahel.
 Nutilukud ja kaugjuhtimine (nt uste avamine).
 Treening-  ja terviseseadmete ühendamine nutitelefonide või arvutitega.
 Hiired, klaviatuurid, printerid ja muud sisend/väljundseadmed.
 Selfie-pulgad ja kaugpäästikud telefonide kaamerate juhtimiseks.
 RS-232 seadmete asendamine (GPS-seadmed, vöötkoodilugejad, meditsiiniseadmed).
 RTLS-süsteemid (reaalajas asukohajälgimine varade ja inimeste jaoks).
 Isiklik turvalisus: märguandega Bluetooth-sildid, kui ese liigub kasutajast liiga kaugele.
 Liiklusandmete kogumine (nt Calgarys liiklusvoogude jälgimine).
 Heliriba ja teleri juhtmevaba ühendus.
 Mängukonsoolide kontrollerid (nt PlayStation 3, Nintendo Wii).
 DECT-telefonide võimalus kasutada Bluetoothi mobiilikõnede jaoks.

 Virtuaalreaalsuse liikumiskontrollerite ühendamine VR-peakomplektidega.

 Kasutamine arvutis 
pisi|Bluetooth dongle
Kui arvutil puudub sisseehitatud Bluetooth, saab seda lisada välise Bluetooth-adapteri abil, mis on tavaliselt USB-dongli kujuline. Kuigi enamik uuemaid sülearvuteid ja mõningaid lauaarvuteid on Bluetoothiga varustatud, vajavad paljud vanemad seadmed lisalahendust.

Bluetoothi eelis võrreldes eelkäija IrDA-ga (infrapuna) seisneb selles, et üks adapter võimaldab suhelda mitme seadmega korraga.

 Bluetoothi tugi operatsioonisüsteemides 
Microsoft Windows

 Windows XP (SP2 ja SP3) – toetus Bluetoothi versioonidele 1.1, 2.0 ja 2.0+EDR. Varem vajasid kasutajad eraldi draivereid, kuid SP2-st alates lisas Microsoft oma toe.
 Windows Vista (RTM/SP1 + funktsioonipakett või SP2) – tugi Bluetooth v2.1+EDR-le.
 Windows 7 – lisaks v2.1+EDR toele toetab ka laiendatud päringuvastust (EIR).
 Windows 8 ja uuemad – sisaldavad tuge Bluetooth Low Energy (BLE) tehnoloogiale.

Natiivne Windowsi Bluetoothi protokollipinu (stack) toetab profiile nagu:

 PAN (Personal Area Networking)
 SPP (Serial Port Profile)
 DUN (Dial-Up Networking)
 HID (Human Interface Device)
 HCRP (Hardcopy Cable Replacement)

Windows XP puhul saab kasutada ka kolmanda osapoole tarkvara, mis lisab profiilituge või uuemaid Bluetoothi versioone. Windows Vista ja 7 võimaldavad tootjapoolseid lisaprofiile kasutada ilma süsteemipinu asendamata.

Apple macOS

Apple’i seadmed on toetanud Bluetoothi alates Mac OS X v10.2 (ilmus 2002. aastal).

Linux

Linuxis on kaks peamist Bluetoothi tarkvarapakku:

 BlueZ  – vaikimisi kaasas enamiku Linuxi distributsioonidega, arendajaks Qualcomm.
 Fluoride – varem tuntud kui Bluedroid, kasutusel Android OS-is, arendajaks Broadcom.

Lisaks on olemas ka Affix, mille töötas välja Nokia. See oli kunagi populaarne, kuid pole uuendusi saanud alates 2005. aastast.

BSD-perekond

 FreeBSD – sisaldab Bluetoothi tuge alates versioonist 5.0 (rakendatud netgraph-süsteemi kaudu).
 NetBSD – Bluetoothi tugi lisati versioonis 4.0.
 OpenBSD  – võttis NetBSD pinupõhise toe kasutusele, kuid eemaldas selle hiljem hooldusprobleemide tõttu.
 DragonFly BSD – sisaldab NetBSD põhist Bluetoothi tuge alates versioonist 1.11(2008). Kasutatav on ka FreeBSD netgraphipõhine lahendus, kuid see võib vajada täiendavat seadistamist.

 Bluetoothi versioonid ja põhiomadused 
+VersioonAastaKiirus (max)BLE tugiUlatus (kuni)Märkused1.0–1.21999–2003kuni 1 Mb/sEi10 mVarased probleemid ühilduvusega2.0 + EDR20043 Mb/s (ef. 2.1)Ei10 mKasutab GFSK, π/4-DQPSK, 8-DPSK2.1 + EDR20073 Mb/sEi10 mTurvaline lihtne sidumine (SSP)3.0 + HS200924 Mb/s (via Wi-Fi)Ei10 mKasutab alternatiivset MAC/PHY4.020103 Mb/sJah60 mBLE (Bluetooth Low Energy) debüüt4.120133 Mb/sJah60 mParandatud LTE koostöö, mitmerolliline tugi4.220143 Mb/sJah60 mIoT tugi, IP-ühenduvus (IPv6)5.0201650 Mb/sJah240 m2× kiirus või 4× ulatus BLE-s5.1201950 Mb/sJah240 mAsukoha määramine (AoA, AoD)5.2202050 Mb/sJah240 mLE Audio, LC3, Auracast5.3202150 Mb/sJah240 mEnergiatõhusus, turvaparandused5.4202350 Mb/sJah240 mTurvalised reklaamid, PAwR6.020243 Mb/sJah300 mKanalite heli, filtreerimine, jälgimine
Kõik Bluetoothi versioonid on tagasiühilduvad – uuemad seadmed suudavad suhelda varasemate versioonidega.

 Märkimisväärsed täiustused eri versioonides 
2.1 + EDR

 SSP (turvaline lihtne sidumine)
 Laiendatud päringuvastus (EIR)

3.0 + HS

 802.11 (Wi-Fi) kasutamine suureks andmevooks
 AMP (Alternative MAC/PHY)

4.0 ja BLE

 Väga madal energiatarve
 Mõeldud IoT ja sensorite jaoks
 Kaherežiimilised ja üherežiimilised kiibid

5.0–5.4

 BLE ulatuse ja kiiruse oluline kasv
 Reklaamijate kodeering ja kanalivaliku täiustused
 Auracast: heli jagamine mitme seadme vahel

6.0

 Reklaamide filtreerimine ja jälgimine
 Kanalipõhised helisignaalid
 ISOAL täiustused (audio voogesituse jaoks)

 Turvalisus 
Bluetooth-tehnoloogia on kavandatud toetama konfidentsiaalsust, autentimist ja võtmehaldust, kasutades selleks SAFER+ plokkšifrile tuginevaid kohandatud algoritme.
Turvalise ühenduse loomisel põhineb Bluetooth PIN-koodil, mille sisestavad kasutajad seadmetesse. Fikseeritud PIN-koodi kasutatakse sageli seadmetes, millel puudub kasutajaliides (nt peakomplektid). Sidumisel genereeritakse algvõti (init key) või põhivõti, mida kasutatakse edaspidiseks andmete krüpteerimiseks E0 voošifri abil.

 Olulisemad ründed ja turvaintsidendid ajaloos 
+AastaRünnak/Turvaauk2001–2003Sidumisprotokolli ja krüpteerimisskeemide haavatavused  (Bell Labs, A.L. Digital)2004BlueBug, esimene Bluetoothi kaudu levinud viirus  (Symbian OS, kontseptsioon)2005Lasco uss, PIN-põhise sidumise rünne, seadmete  jälgimine varguse jaoks2006Bluetooth PIN-koodi ja linkvõtmete murdmine (Wool &  Shaked), Mac OS X haavatavused2017BlueBorne – suurte platvormide haavatavus, võimaldas  ühendusi ilma kasutaja loata2018Turvaaugud LE Secure Connections ja CDV (ühenduste  katkestamine)2019KNOB (Key Negotiation of Bluetooth) – nõrgad  krüptovõtmed võimaldavad dekrüpteerimist2023BLUFFS – uus rünnakute klass, mis sihib Bluetooth  4.2–5.4 seadmeid ning seansse minevikus, olevikus ja tulevikus

 Bluetoothi mõju tervisele 
Bluetooth-tehnoloogia töötab raadiosagedusel 2,402–2,480 GHz, mis kuulub mitteioniseeriva kiirguse hulka. See on sama sagedusala, mida kasutavad ka Wi-Fi ja mobiiltelefonid. Mitteioniseeriv kiirgus ei oma piisavalt energiat, et kahjustada DNA-d otseselt või põhjustada ionisatsiooni.

Seniste teaduslike andmete põhjal ei ole leitud veenvaid tõendeid selle kohta, et Bluetoothi kasutamine põhjustaks tervisekahju. Maailma Terviseorganisatsiooni allasutus IARC (Rahvusvaheline Vähiuuringute Agentuur) on siiski liigitanud kogu raadiosagedusliku kiirguse (sh Bluetooth) kategooriasse "võimalik kantserogeen" (Group 2B) – samasse rühma kuuluvad näiteks ka kohv ja mootorikütuste heitgaasid. 

 Viited 

Kategooria:Mobiilside
Kategooria:Arvutivõrgud
Kategooria:Traadita võrk
Kategooria:Andmeedastus