בלוטות'

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-colors-edit-find-replace.svg יש לשכתב ערך זה. הסיבה לכך היא: מלבד המבוא ופסקת הרקע - כתוב כקומוניקט לצרכן, ולא כערך אנציקלופדי. בפרט, אין התייחסות לאיך זה עובד.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
הלוגו של בלוטות'
כרטיס בלוטות' למחשב נייד. מידותיו: רוחב - 14 מ"מ, אורך - 36 מ"מ, גובה 4 מ"מ.

בלוטות'אנגלית: Bluetooth, בתרגום לעברית: שן כחולה) הוא תקן תקשורת אלחוטית ליצירת רשת במרחב האישי (PAN) ברמת אבטחה גבוהה על ידי שימוש בגלי רדיו באורכי גל קצרים. בלוטות' משמשת לתקשורת נתונים למרחקים קצרים בקצבים קטנים ובהספק חשמלי נמוך ויכולה לחבר עד 8 מכשירים. רשתות בלוטות' משמשות לרוב לשימושים אישיים, כמו קשר בין מחשב לציוד היקפי או בין טלפון סלולרי לדיבורית.

רקע[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנת 1994 יזמה חברת אריקסון הקמת צוות מחקר יחד עם החברות IBM, אינטל, נוקיה וטושיבה להגדרת חיבור אלחוטי שיועד להחלפת החיבור הקיים באמצעות כבלי RS-232, למשל, בין מחשב להתקנים אחרים. צוות המחקר הרחיב את מטרת הפרוטוקול לחיבור אלחוטי של רשתות קצרות טווח (למשל לחיבור טלפון סלולרי לדיבורית), ופרסם בשנת 1999 את מפרט הגרסה הראשונה בחוברת בת 1,500 עמודים. לאחר פרסום התקן, אימצה IEEE את המפרט כבסיס לתקן 802.15 ופרסמה אותו כ-IEEE 802.15.1.

מקור השם[עריכת קוד מקור | עריכה]

השם בלוטות' (שמשמעותו באנגלית: שן כחולה) הינו מילה מאונגלזת מסקנדינבית של Blåtand/Blåtann שהיה כינויו של המלך האראלד הראשון, מלך דנמרק (כחול-השן) אשר מלך על דנמרק ועל חלקים מנורבגיה במאה ה-10, ואיחד את השבטים הדניים תחת ממלכה אחת. הרעיון לשם זה הוצע בשנת 1997 על ידי ג'ים קרדך שפיתח מערכת המאפשרת לטלפונים ניידים לתקשר עם מחשבים. בזמן ההצעה הוא קרא את הספר "הספינות הארוכות" של פראנץ בנגטסון שמספר את הסיפור של האראלד הראשון.[1] שם זה נבחר כיוון שבלוטות' מתיימרת לאחד את פרוטוקולי התקשורת לפרוטוקול בסטנדרט אחיד, בדיוק כפי שעשה האראלד הראשון.

הלוגו של בלוטות' הינו שילוב של חפיפה של האות הגלז והאות ברקנן מהאלפאבית הרוני שהן ראשי תיבות של שמו של האראלד הראשון.

יישום[עריכת קוד מקור | עריכה]

מאפיינים[עריכת קוד מקור | עריכה]

בלוטות' פועל בטווח התדרים 2400–2483.5 מגה הרץ שזה טווח התדרים קצרי-הטווח (ISM) שחופשיים מרישוי המשמשים לתעשייה, רפואה ומחקר. בלוטות' משתמש בטכנולוגיית רדיו שנקראת FHSS , המידע המועבר מחולק לחבילות כאשר כל חבילה מועברת באחד מ 79 ערוצי בלוטות' שונים ולכל חבילה רוחב פס של 1 מגה הרץ. בלוטות' 4.0 משתמש ברוחב פס של 2 מגה הרץ שמאפשר 40 ערוצים. הערוץ הראשון מתחיל בתדר 2402  מגה הרץ וממשיך עד לתדר 2480 מגה הרץ בקפיצות של 1 מגה הרץ והוא מבצע בדרך כלל 1600 קפיצות לשנייה כאשר AFH מופעל.

בהתחלה השימוש היחיד היה במודולציה של Gaussian frequency-shift keying, אבל אחרי הצגת בלוטות' 2.0 + EDR ניתן להשתמש גם במודולציות π/4-DQPSK ו- 8DPSK בין מכשירים תומכים. מכשירים הפועלים תחת מודולציה של GFSK נחשבים כפועלים בקצב בסיסי (base rate) שבו ניתן להעביר מידע בקצב של 1 מגה ביט לשנייה, המושג EDR (Enhanced Data Rate) משמש לתיאור המודולציות π/4-DQPSK ו- 8DPSK שנותנות קצב של 2 ו- 3 מגה ביט לשנייה בהתאם. השילוב של שני סוגים אלו מסווג כ- רדיו BR/EDR.

חיבוריות ותקשורת[עריכת קוד מקור | עריכה]

בלוטות' הינו פרוטוקול מבוסס מיתוג_מנות עם מבנה של אדון-משרת (Master-Slave). בכל פיקונט כל אדון יכול לתקשר עם 7 משרתים (למרות שלא כל המכשירים תומכים במספר זה) כאשר כל המשרתים חולקים את השעון של האדון, חילוף המנות מבוסס על השעון הבסיסי שנקבע על ידי האדון שעובד בטווחים של 312.5 מיקרו שנייה. שתי פעימות שעון מהוות חריץ נתונים אחד של 625 מיקרו שנייה, שני חריצים מהווים זוג חריצים של 1250 מיקרו שנייה, במקרה הפשוט של חבילות בחריץ אחד האדון משדר בזוגות וקולט ביחידים, ובהתאם המשרת משדר ביחידים וקולט בזוגות. חבילות יכולות להיות באורך של 1,3 או 5 חריצים אבל בכל המקרים האדון צריך להתחיל את השידור בחריצים זוגיים והמשרת צריך לשדר בבודדים. במהלך ההתקשרות שני מכשירים יכולים, בתיאום, להחליף תפקידים ביניהם כך שהאדון נהיה המשרת והמשרת נהיה האדון. תקן הבלוטות' מאפשר את החיבור בין 2 או יותר של פיקונטים ביחד ליצירת scatternet שבהן מכשיר מסוים יכול להיות אדון בפיקונט אחד ומשרת באחר. בכל רגע נתון ניתן להעביר מידע בין האדון לבין מכשיר אחד אחר כאשר האדון הוא זה שבוחר לאיזה מכשיר לפנות, באופן כללי הוא מחליף בין המכשירים המחוברים אליו בתור. מכיוון שהאדון הוא זה שבוחר למי לפנות ועל המשרת רק להקשיב לכל חריץ שהוא מקבל יותר קל להיות אדון בחיבור בלוטות' מאשר להיות משרת, קל להיות אדון של 7 מכשירים, קשה להיות משרת של יותר מאדון אחד ותקן הלוטות' לא מאוד ברור לגבי התנהגות משרתים ברשתות.

גרסאות[עריכת קוד מקור | עריכה]

נכון לשנת 2012 פורסמו שבע גרסאות של תקן בלוטות': 1.0, 1.1, 1.2, 2.0, 2.1, 3.0, 4.0, 4.1 ו- 4.2. בכל גרסה שופרו יכולות ותוקנו היבטים שונים הנוגעים לשידור.

גרסה 1.0 ו- 1.0B[עריכת קוד מקור | עריכה]

לגרסאות 1.0 ו- 1.0B היו הרבה בעיות ויצרנים התקשו להשיג תאימות בין המוצרים השונים. כמו כן שתי גרסאות אלו הכתיבו שידור חובה של כתובת רכיב הבלותות' בתהליך החיבור (מה שלא איפשר אנונימיות ברמת הפרוטוקול), דבר זה היה מכשול אדיר ביצירת שירותים שונים שתוכננו לשימוש בסביות בלוטות'.

גרסה 1.1[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • תוקנו באגים רבים שנתגלו בגרסה 1.0B.
  • נוספה האפשרות לערוצים לא מוצפנים.
  • נוסף מדד של עוצמת השידור (RSSI).

גרסה 1.2[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרסה זו כללה שיפורים גדולים שכוללים:

  • יכולות חיבוריות וגילוי מהירות יותר.
  • נוספה היכולת של דילוג תדר פזור ספקטרום (FHSS), שמפחיתה את ההפרעות בשידור על ידי הימנעות בשימוש בתדרים עמוסים ברצף הקפיצות.
  • מהירויות שידור גבוהות יותר בפועל, עד 721 קב"ש[2], בהשוואה לגרסה 1.1.
  • חיבורים סינכרוניים מורחבים שמשפרים את איכות הקול של חיבורי אודיו על ידי שידור חוזר של חבילות עם שגיאות, בנוסף זה מאפשר, אופציונלית, העלאה של ההשהיה ולקבל העברת מידע יותר אמינה.
  • הוספת פעילות של פרוטוקול Host Controller Interface (HCI) עם UART תלת-חוטי.
  • הוצגו בקרת הזרימה ומצבי השידור החוזר של פרוטוקול L2CAP.

גרסה 2.0 + EDR[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרסה זו של בלוטות' שוחררה בשנת 2004, ההבדל העיקרי מגרסאות קודמות הינו ההוספה של קצב מידע מוגבר (Enhanced Data Rate - EDR) שתרם להגברת קצב השידור של המידע. הקצב הנורמלי של EDR הוא בערך 3 מגה ביט לשנייה אבל הקצב המעשי הינו 2.1 מגה ביט לשניה[3]. EDR משתמש בשילוב של Gaussian frequency-shift keying ו- Phase-shift keying ונותך צריכת אנרגיה טובה יותר תודות להורדת מחזור הפעילות.

הנתונים של גרסה זו פורסמו כ "Bluetooth v2.0 + EDR" מה שמרמז שהאפשרות של EDR הינה אופציונלית. מלבד EDR נוספו שיפורים קטנים אחרים לגרסה 2.0 ומוצרים יכולים לטעון תאימות עם 2.0 מבלי לתמוך במהירויות הגבוהות יותר.

גרסה 2.1 + EDR[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרסה זו של בלוטות' אומצה על ידי ארגון SIG ב-26 ביולי 2007. היכולת החשובה ביותר בגרסה זו הייתה ההוספה של Secure Simple Pairing - SSP: יכולת זו משפרת את חוויית החיבור של מכשירי בלוטות' תוך כדי העלאת החוזק והשימוש באבטחה.

גרסה זו מאפשרת שיפורים נוספים שונים כגון Extended Inquiry Response - EIR שמספקת מידע נוסף במהלך תהליך החיפוש כדי לאפשר סינון של מכשירים לפני החיבור אליהם ו- Sniff Subrating שמשפר את צריכת האנרגיה במצב של צריכת אנרגיה נמוכה.

גרסה 3.0 + HS[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרסה 3.0 הוכרזה ב-21 באפריל 2009 והיא מספקת קצב העברת נתונים תאורטי של עד 24 מגה ביט לשנייה, אבל קצב זה לא מתקיים על גבי חיבור הבלוטות' עצמו, במקום, חיבור הבלוטות' משמש ליצירת החיבור הראשוני והמידע הגדול מועבר דרך חיבור נוסף של 802.11. זוהי התוספת החדשה העיקרית, שנקראת AMP (Alternative MAC/PHY)' ההוספה של 802.11 לתעבורה בקצב גבוה. החלק של HS אינו מחייב ולכן רק מכשירים שתומכים בו יוכלו להעביר קבצים במהירות גבוהה, מכשיר בלוטות' ללא +HS לא יוכל להשתמש במהירות הגבוהה אלא רק בתוספות חדשות אחרות של גרסה זו.

בנוסף לHS נוספו התוספות הבאות:

  • מצבים מורחבים של L2CAP - מצב Enhanced Retransmission Mode (ERTM) מציג ערוץ L2CAP אמין ולעומתו מצב Streaming Mode (SM) מציג ערוץ לא אמין ללא בקרת זרימה או שידור חוזר.
  • AMP (Alternative MAC/PHY) - מאפשר להשתמש ב MAC או PHY כאלטרנטיבה להעברת המידע של הבלוטות'. הבלוטות' עצמו עדיין משמש לחיפוש התקנים, חיבור והגדרות ראשוניות אבל כאשר יש צורך בהעברה של כמות גדולה של מידע השימוש יהיה באלטרנטיבה של 802.11. בצורה זו נשמר החסכון באנרגיה של מצב השינה מצד אחד ומצד שני ניתן לקבל מהירויות גדולות יותר ברגע שצריך להעביר כמות גדולה של מידע.
  • Unicast Connectionless Data - מאפשרת למידע שירותי להישלח ללא יצירה של ערוץ L2CAP. אופציה זו נועדה להתקנים שדורשים השהיה נמועה בין פעולת המשתמש לבין חיבור מחדש או שליחה של נתונים ומשמשת לכמויות קטנות של מידע.
  • בקרת אנרגיה מוגברת - בקרת האנרגיה עודכנה והחוג הפתוח הוסר ונוספו שיפורים בתוספות שנוספו לבקרת האנרגיה עם הוספת EDR. בקרת האנרגיה בחוג סגור נוספה כך שניתן להתחיל את סינון ה RSSI ברגע שהתגובה מתקבלת. בנוסף הוצגה בקשה חדשה של "מעבר ישיר לאנרגיה מקסימלית" במטרה לפתור את בעיות ניתוק החיבור עם דיבוריות עם הכנסת המכשיר הסלולרי לכיס בצד השני של הדיבורית.

גרסה 4.0[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרסה 4.0 ,שנקראה "Bluetooth Smart", הוכרזה ב-30 ביוני 2010 וכוללת את הפרוטוקולים הקלאסיים של בלוטות', של בלוטות' HS ושל אנרגיה נמוכה (Bluetooth Low Energy - LE).

בלוטות' LE, שנקרא קודם Wibree, הינו תת-סט של בלוטות' 4.0 עם מחסנית פרוטוקולים חדשה לחלוטין לבניה מתמשכת של חיבורים פשוטים. כאלטרנטיבה לפרוטוקולים הסטנדרטיים של בלוטות' שהוצגו בגרסאות 1.0 עד 3.0 LE נבנה עבור מכשירים של אנרגיה נמוכה מאוד שרצים בעיקר על סוללות מטבע. תכנוני הצ'יפים מאפשרים שתי שיטות ביצוע, מצב דואלי ומצב יחיד בנוסף לשיפורים לגרסאות קודמות. השמות הפנימיים Wibree ו- Ultra Low Power ננטשו לטובת BLE ובסוף שנת 2011 הוצג המותג "Bluetooth Smart Ready" ו- "Bluetooth Smart" ליצוג של BLE.

  • במצב יחיד (Single-Mode) רק המחסנית של LE ממומשת. צ'יפים כאלה מאפשרים הפחתת עלויות, מכשירים קומפקטיים ואינטגרטיביים יותר, רמת link רזה יותר שמאפשרת פעילות נמוכת אנרגיה במצב שינה, גילוי פשוט של מכשירים, והעברת נתונים אמינה מנקודה אחת למספר נקודות בנוסף לחיבוריות מאובטחת יותר בעלות הנמוכה ביותר.
  • במצב דואלי (Dual-Mode) היכולות של Bluetooth Smart ממומשות בבקר קלאסי של בלוטות'. הארכיטקטורה הזאת משתמשת באותן פעולות ותדרים של הבלוטות' הקלאסי מה שמשפר את העלויות וגורם להפרש זניח בינם לבין בלוטות' קלאסי.

השינויים בגרסה זו הינם השינויים הדרושים לפעילות BLE והוספת פרופיל ה Generic Attribute Profile (GATT), ושירותי Security Manager בהצפנת AES.

גרסה 4.1[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרסה זו שוחררה ב 4 בדצמבר 2013 והינה עדכון תוכנתי לגרסה 4.0 ולא כוללת עדכון חומרתי. עדכון זה מוסיף פיצ'רים חדשים שמשפרים את השימושיות עבור המשתמש עם תמיכת "דו-קיום" מתקדמת עם LTE, קצבי החלפת מידע גדול, ושיפור בחדשנות למפתחים על ידי מתן האפשרות למכשירים לתמוך בתפקידים שונים במקביל[4].

תחומי השיפור העיקריים בגרסה זו הם:

  • Mobile Wireless Service Coexistence Signaling.
  • Train Nudging ו- Generalized Interlaced Scanning.
  • פרסום מבוסס מחזור פעילות נמוך.
  • חיבור מונחה L2CAP וערוצים ייעודיים עם בקרת זרימה מבוססת קרדיטים.
  • טופולוגיה של שכבת ה link עבור LE.
  • 802.11n PAL.
  • עדכונים של ארכיטקטורת האודיו עבור דיבור פס רחב.
  • מרווח פרסום נתונים מהיר.
  • זמן גילוי מוגבל.

גרסה 4.2[עריכת קוד מקור | עריכה]

גרסה זו שוחררה ב-2 בדצמבר 2014 והציגה תכונות חדשות בעיקר בתחום ה אינטרנט של הדברים והינו בעיקר עדכון חומרתי[5], למרות זאת חלק מחומרות הבלוטות' הישנות יותר הולכות לקבל חלק מהפיצ'רים של 4.2 כגון עדכוני אבטחה על ידי עדכוני קושחה[6].

תחומי השיפור העיקריים בגרסה זו הם:

  • הרחבה של אורך חבילות המידע של LE.
  • חיבורי LE מאובטחים.
  • אבטחה של שכבת ה link.
  • הרחבה של הScanner Filter Policies של שכבת ה link.
  • תמיכה בחיבוריות IP עבור מכשירי בלוטות' חכמים תהיה אפשרית בקרוב דרך ה  Internet Protocol Support Profile (IPSP) החדש, חיבוריות זו תתן חיבור IPv6 למכשירים אלו מה שיהפוך אותם לאידאליים לבתים מחוברים ואימפלמנטציות שונות של אינטרנט של הדברים.
  • על ידי הרחבת התכולה של החבילות החכמות של בלוטות' גרסה זו יכולה להעביר מידע במהירויות יותר גבוהות.
  • הוספת הגדרות פרטיות חדשות שמורידות את צריכת האנרגיה ומקשות על מאזיני-סתר לעקוב אחרי המכשיר דרך חיבור הבלוטות' ללא הרשאה.

יתרונות וחסרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

יתרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • אין צורך בקו ראייה (לעומת תת אדום).
  • הספק חשמל נמוך אשר מהווה גורם משמעותי בהתקנים ניידים.
  • יכולת הצפנה סבירה.
  • אפשרות לתקשר עם עד 8 מכשירים במקביל לכל רשת.
  • חיבור אוטומטי בין המכשירים השונים (לעומת תקן ה-WI-FI).

חסרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • הפרעות מצד מכשירים אלקטרוניים שפועלים באותו תחום תדרים.
  • רוחב פס נמוך יחסית מונע אפשרויות של העברת קבצים גדולים וזרימה של וידאו.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]