בלוטות' (מאנגלית: Bluetooth, בתרגום לעברית: שן כחולה, נפוץ גם: בלוטוס) הוא תקן פתוח לתקשורת רדיו (RF) שהיא שידור וקליטה של גלי מיקרו באורכי גל קצרים יחסית בקצב נמוך ובהספק נמוך יחסית. בלוטות' משמש בעיקר לתקשורת אלחוטית במרחב האישי WPAN והוא שולב בתעשייה במוצרים רבים, כולל טלפונים ניידים, מחשבים, כלי רכב, ציוד היקפי למחשבים כמו מדפסת ומקלדת ועכבר וכן במכשור רפואי, בציוד אישי כגון שעון חכם, דיבורית, אוזניות, מוצרי בית חכמים, ציוד ספורט ומתקני כושר וכדומה.
טכנולוגיה זו מאפשרת למשתמשים להקים רשת מקומית זמנית לפי הצורך, בין מגוון רחב של התקנים ומכשירים אלקטרוניים שונים ומאפשרת העברת שמע ונתונים בקלות. וכן מספקת מנגנון ליצירת רשת אלחוטית קצרת טווח על בסיס אד הוק הנקראת פיקונט. רשת פיקונט כוללת עד שמונה התקני בלוטות' המצויים בקרבה פיזית ומשתמשים באותו ערוץ רדיו ובסדר דילוג תדרים דומה לפי שיטת FHSS. דוגמה לכך היא הרשת האלחוטית הנוצרת בין הטלפון הנייד ואוזניית בלוטות'. רשתות בלוטת' בדרך כלל דינאמיות ומוקמות על בסיס זמני, מה שמאפשר גמישות וסקלביליות בתקשורת בין התקנים ניידים.
השם בלוטות' (שמשמעותו באנגלית: שן כחולה) הוא מילה מאונגלזת מסקנדינבית של Blåtand/Blåtann, שהיה כינויו של המלך האראלד הראשון, מלך דנמרק (כחול-השן) אשר מלך על דנמרק ועל חלקים מנורווגיה 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. שם זה נבחר כיוון שבלוטות' מתיימרת לאחד את פרוטוקולי התקשורת לפרוטוקול בסטנדרט אחיד, בדיוק כפי שעשה האראלד הראשון.
החלפת כבלים. רשת בלוטות' מאפשרת להיפטר מכבלי תקשורת מעיקים ומסורבלים, כמו אילו המקשרים באופן מסורתי בין ציוד היקפי למחשב, או אוזניות לטלפונים ניידים.
קלות שיתוף. רשת בלוטות' מאפשרת להתקנים לשתף מידע באופן ארעי, בקלות ובמהירות ללא צורך בהכנות מוקדמות.
סינכרוניזציה. בלוטות' מאפשר תיאום אוטומטי בין התקנים תומכי בלוטות'. למשל תיאום רשימת אנשי קשר בין הטלפון הנייד לבין המחשב ברכב.
קישוריות אינטרנט. התקני בלוטות' המקושרים לאינטרנט יכולים לשתף גישה לאינטרנט להתקנים אחרים שאינם מחוברים לאינטרנט. מחשב נייד ללא חיבור אינטרנטי יכול לגלוש באינטרנט דרך חיבור בלוטות' לטלפון הנייד.
בלוטות' ו-Wi-Fi הן טכנולוגיות דומות (שתיהן משתמשות בגלי מיקרו) ולעיתים חופפות אך שונות במספר היבטים חשובים במטרות ואופי השימוש בהן.
בלוטות' מתאפיין בעיקר בחיבור של שניים או יותר התקנים קרובים ברשת אישית (PAN), בדגש על צריכת אנרגיה נמוכה ובקצב תעבורה נמוך של לכל היותר 25 Mbps ולכן הוא נוח לשימוש להעברת מידע בכמות מוגבלת כמו העברת שמע ממכשיר הטלפון לאוזניות. Wi-Fi הוא קישור ברמה מקומית (LAN) דרך נתב או שרת, צורך אנרגיה רבה יותר ופועל בקצב תעבורה ורוחב פס גבוהים יותר (250 Mbps). בשל כך נוח לשימוש בין היתר כאמצעי לקישור מספר מכשירים לאינטרנט ולהזרמת מדיה כמו וידאו ושמע באיכות גבוהה.
בלוטות' הומצא בעיקר כדי להיפטר מהצורך בכבלי תקשורת ישנים כשהמרחק בין ההתקנים מאד קצר, כעשרה מטרים, אם כי יכול להגיע לטווחים ארוכים יותר עם עלייה מתאימה בצריכת האנרגיה. עובדה זו מאפשרת הפעלת התקן בלוטות' על סוללות זעירות לפרק זמן ארוך. Wi-Fi לעומתו משדר בעוצמה רבה יותר ויכול להגיע לטווחים גודלים יותר בסדר גודל של מאות מטרים. בניגוד לתפיסה הרווחת Wi-Fi אינו חיבור לאינטרנט אלא הוא פרוטוקול תקשורת אלחוטית שיכול לחבר בין מכשירים מרוחקים, אם אחד מהם מחובר לאינטרנט עובדה זו מאפשרת שיתוף הקישור לאינטרנט בין כל ההתקנים המחוברים. כמו בלוטות' קיימת טכנולוגית Wi-Fi Direct המאפשרת לחבר בין התקנים ישירות ללא נתב או שרת.
הרעיון הבסיסי של בלוטות' הוא הקמת רשת אד הוק, רשת אלחוטית קצרת טווח המאפשרת חיבור קל וזריז בין התקנים הנמצאים בקרבה זה לזה ללא חיבור פיזי, מבלי צורך בעזרים כלשהם או התקני צד שלישי. כל התקן בלוטות' מכיל משדר/מקלט רדיו, יחידת בקרת קישוריות, יחידת תמיכה בניהול ותוכנה המאגדת בתוכה את פרוטוקול בלוטות' והממשקים. החיבור בין התקני בלוטות' נעשה במבנה אדון-משרת (Master-Slave), כאשר כל התקן יכול לשמש הן כאדון והן כמשרת. מפרט בלוטות' מפריד בין משימות של ה"מארח" וה"בקר". המארח אחראי על השכבות העיליות של הפרוטוקול כמו הקישור הלוגי של שכבת הקו, פרוטוקול העיבוד (L2CAP) ופרוטוקול שירות גילוי (SDP). הבקר אחראי על השכבות הנמוכות, הרדיו, איפנון, ריבוב ופרוטוקול ניהול/קישור נקודה לנקודה (PPP). פעילות הבקר מבוצעת באמצעות "מתאם בלוטות'" פנימי או חיצוני. התקשורת בין הבקר למארח נעשית לפי תקן תקשורת מעל ממשק בקר/מארח (HCI). השימוש בתקן מאפשר העברת מידע בין בקר ומארח שיוצרו על ידי יצרנים שונים. לעיתים קרובות שתי הישויות הללו מאוחדות בהתקן אחד כמו באוזניות בלוטות'. מבנה כללי של התקן בלוטות' מתואר בתרשים משמאל.
בלוטות' פועל מעל רצועת תדרים ללא רישוי, "תעשייתית, מדעית ורפואית" הנקראת בקיצור ISM, בטווח תדרים בין 2.4000 ג'יגה־הרץ ל-2.4835 ג'יגה־הרץ, בדומה לרשת WLAN לפי תקן IEEE 802.11b/g. כדי להתגבר על הפרעות בשידור, בלוטות' מיישם טכנולוגיית רדיו שנקראת FHSS. תקן BR/EDR של בלוטות' מחולק ל-79 ערוצי רדיו שונים ברוחב פס של 1 MHz כל אחד, על ידי 1600 דילוגים (שינוי תדרים) בשנייה עבור שמע ונתונים ו-3200 דילוגים לשנייה בזמן דפדוף (page) וסריקה (scan). במשך כל זמן השידור, כל תדר בשימוש לפרק זמן מאד קצר (625 מיקרו-שנייה), שלאחריו מתבצע דילוג לתדר אחר לפי רצף פסאודו-אקראי שנקבע מראש.
בלוטות' 4.0 בצריכת אנרגיה נמוכה פועל בטווח דומה של תדרים אך הוא מחולק ל-40 ערוצים ברוחב פס של 2 MHz כל אחד. שלושה מתוך הערוצים הללו משמשים ל"פרסום" דהיינו שידור מידע לצורך שלב החיבור. יתר הערוצים הם ערוצי מידע. ערוצים אילו בתצורת TDMA מספקים את הקישוריות הכפולה באנרגיה נמוכה המאפיינת את בלוטות' אנרגיה נמוכה. קישוריות זו מתנהלת בשיטה שבה תחילה התקן אחד משדר מידע בזמן מוגדר וקבוע מראש וההתקן השני מגיב לאחר מרווח זמן מוגדר.
תכונה חשובה של בלוטות' היא בקרת אנרגיה המאפשרת להתקני בלוטות' להתאים במשותף את רמת האנרגיה או עוצמת אות בהתאם למדידות. כל התקן בודק את רמת האנרגיה של האות המתקבל אצלו והוא יכול לבקש מההתקנים האחרים להתאים את רמת הארנגיה שלהם, כלומר להגביר או להחליש הדרגתית את עוצמת השידור. מאפיין זה נועד לחיסכון באנרגיה וכן לשמירה על מאפייני האות בטווח הרצוי. השילוב של דילוג תדרים אקראי עם בקרת אנרגיה מוסיף במידה מוגבלת לביטחון בלוטות' נגד ציתות וחדירה זדונית. אולם מחקרים מראים שתוספת הביטחון אינה משמעותית ולמעשה קל לחשוף את רצף הדילוגים של הרשת באמצעים פשוטים ויחסית זולים.
בלוטות' הבסיסי הנקרא BR קיצור של Base Rate תומך בשיטת אפנון הפועלת על שינויי תדר הגל הנושא הנקראת GFSK, כדי לשאת את המידע בקצב העברה של 1 מגה ביט לשנייה. אחרי הצגת בלוטות' 2.0 + EDR החל בלוטות' לתמוך גם בגרסאות של אפנון פאזה הנקראות π/4-DQPSK ו-8DPSK בין התקנים תומכים. המושג EDR קיצור של Enhanced Data Rate (קצב העברה משופר) משמש לתיאור המודולציות π/4-DQPSK ו- 8DPSK שתומכות קצב העברה של 2 ו-3 מגה ביט לשנייה בהתאם. השילוב של שני הסוגים הללו יחד נקרא בקיצור BR/EDR.
רשת scatternet של בלוטות' המשלבת יחד מספר פיקונטים הנמצאים בחפיפה חלקית.
כל ערוץ של בלוטות' מחולק לחריצים (slots) בגודל 625 מיקרו שנייה והשידור מתבצע בשני הכיוונים באמצעות חלוקת זמן. המידע מועבר בערוץ במנות הנקראות חבילות. כל חבילה מאכלסת מחריץ אחד עד חמשה חריצים לכל היותר. פרוטוקול בלוטות' מנתב את המידע בשילוב של מיתוג מנות עם מיתוג מעגלים. אפשר להקצות עד שלושה חריצים במקביל לחבילות סינכרוניות הנושאות שמע או חבילות אסינכרוניות הנושאות נתונים או שילוב בין השניים. ערוץ אסינכרוני תומך בקצב העברה של 723.2 קילו בתים לשנייה בכיוון אחד ו-57.6 קילובתים בכיוון ההפוך או 433.9 קילובתים בשני הכיוונים באופן סימטרי. מערכת בלוטות' תומכת בקישור נקודה לנקודה בין שני צמתים בלבד או נקודה אחת לנקודות מרובות, כאשר הערוץ משותף למספר התקנים ליצירת רשת פיקונט שבה אחד ההתקנים מתנהג כאדון והוא שולט בה ועד שבעה התקנים לכל היותר מחוברים לרשת כמשרתים (למרות שלא כל המכשירים תומכים במספר זה). כל המשרתים חולקים את השעון של האדון וחילוף המנות מבוסס על השעון הבסיסי שנקבע על ידי האדון שעובד בטווחים של 312.5 מיקרו שנייה. משרתים נוספים יכולים להיות מחוברים במצב חניה שבו הם מסונכרנים עם האדון אך אינם יכולים להיות פעילים. 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 בחריץ הזוגי וקולט באי זוגי, ובהתאם המשרת משדר בחריץ האי זוגי וקולט בזוגי. חבילות יכולות להיות באורך של 1,3 או 5 חריצים אבל בכל המקרים האדון צריך להתחיל את השידור בחריצים זוגיים והמשרת צריך לשדר באי זוגיים. במהלך ההתקשרות שני מכשירים יכולים, בתיאום, להחליף תפקידים ביניהם כך שהאדון נהיה המשרת והמשרת נהיה האדון.
תקן בלוטות' מאפשר חיבור בין מספר רשתות פיקונט המצויות במצב חפיפה חלקי ליצירת רשת מפוזרת (scatternet) של בלוטות'. ברשת מפוזרת של בלוטות' התקנים רבים יכולים להתחבר למספר רשתות פיקונט בו זמנית הן כאדון והן כמשרת בשיטת ריבוב מבוססת זמן. בכל רגע נתון ניתן להעביר מידע בין האדון לבין התקן אחר כאשר האדון הוא זה שבוחר לאיזה התקן לפנות, באופן כללי האדון מחליף בין ההתקנים 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, תקן בלוטות' אינו תומך בריבוי אדונים, לכל פיקונט חייב להיות אדון אחד וכן התקנים אינם יכולים להיות בקשר ישיר בין משרתים של פיקונטים שונים, אלא אם כן יקימו רשת פיקונט חדשה שבה אחד מהם יהיה אדון.
טווח הקליטה של בלוטות' מתחלק לשלוש רמות לפי צריכת אנרגיה במילי ואט ודציבלים למילי ואט (dBm). הטבלה הבאה מסכמת את טווח הקליטה במטרים הנתמך בבלוטות' עד גרסה 5.
רמה 1.5 נוספה בגרסה v5 והייתה למעשה הרמה המקסימלית של בלוטות' בצריכה נמוכה בגרסאות 4.0-4.2. וכן הועלתה רמת האנרגיה של התקנים בצריכה נמוכה ל-100 מילי ואט כל עוד הרשויות המקומיות מאפשרות זאת. כדי לאפשר להתקני בלוטות' למצוא אחד את השני ולהקים רשת, קיימים שני מצבי הפעלה מיוחדים "מצב גילוי" שתפקידו לבצע לפרקים סריקה (scan) של הערוצים הפיזיים בתדרים מוגדרים, לאתר התקנים קרובים ולהגיב לבקשות התחברות בערוץ המתאים עם כתובת בלוטות' ומידע נוסף. ב"מצב חיבוריות" ההתקן מבצע לפרקים דפדוף (page) בערוצים הפיזיים וכן מגיב לדפדוף של התקנים אחרים בקרבת מקום כדי לאתחל התחברות.
התקני בלוטות' תומכים כיום בקצבי מידע מרובים והם מתוכננים עם תאימות לאחור מלאה. גרסאות מתקדמות יותר תומכות בנוסף לקודמות בקצבי תעבורה גבוהים יותר. הקצב הבסיסי הנתמך החל מהגרסה הראשונה הוא לכל היותר 1 מגה ביט לשנייה. ומגיע לתפוקה מרבית של 720 קילו בתים לשנייה (kbps) בגרסה 3 ומעלה נוסף קצב תעבורה של 2.1 מגה לשנייה בקירוב. בלוטות' צריכה נמוכה נוסף בגרסה 4.0 ועודכן ב-4.1 ו-4.2. המטרה הייתה להביא למצב שההתקן יופעל עם סוללות זעירות.
אימות. אימות זהות ההתקנים המשתתפים בהתקשרות בהתבסס על כתובת הבלוטות' שלהם. תקן בלוטות' אינו מכיל אימות משתמש.
סודיות. מניעת חשיפת המידע העובר בין התקנים על ידי ציתות, באמצעות אלגוריתמים להצפנה שמבטיחים כי רק התקנים מורשים יוכלו לקרוא את המידע.
הרשאות. אפשרות שליטה במשאבים ותוכן על ידי וידוי שההתקן מורשה להשתמש בשירות או המידע לפני שהוא מקבל גישה.
שלמות מסרים. וידוי שלמות המידע העובר ברשת בלוטות' בין התקנים, כך שאם יהיה שינוי על ידי צד שלישי הוא יתגלה על ידי הפרוטוקול.
צימוד/חיבור. שיתוף ואיחסון מפתחות סודיים בין התקנים באופן שמאפשר להם להקים צימוד בטוח בין זוג התקנים.
אופן אבטחה 1 אינו בטוח כי הצפנה ואימות לא מופעלים כלל מה שמותיר את ההתקן חשוף להתקפות. למרות שההתקן יכול להשתתף בחיבור עם התקנים אחרים שנמצאים באופן אבטחה שונה. NIST ממליצים שלא להשתמש באופן זה אף פעם. באופן 2 מנהל אבטחה מקומי לפי מפרט בלוטות' מבצע אבטחה ברמת שירות ואחראי על גישה לשירותים או מידע. מנהל האבטחה מנהל מדיניות הרשאות לגישה לשירותים וממשקים וחיבור עם התקנים אחרים. באופן זה קביעת מדיניות האבטחה והגבלת גישה נעשים ברמת תוכנה ואפשר להגיע לתצורה שבה דרישות אבטחה שונות מגבילות גישה לשירותים ספציפיים מצד התקנים מסוימים באופן מקבילי וללא תלות אחד בשני. באופן 2 ההצפנה והאימות מיושמים בבקר ובהתקנים חדשים אופן זה נתמך רק לצורך תאימות לאחור עם גרסאות 2.0 ומטה. אופן אבטחה 3 אוכף אבטחה ברמה הפיזית בזמן שהקישור בין ההתקנים מתבצע. אף פעולה לא יכולה להתבצע לפי שהאבטחה אותחלה (הכנת מפתחות) והצפנה ואימות הוגדרו כהלכה. למרות שבאופן 3 אין צורך באבטחה ברמת שירות NIST ממליצים בכל זאת לפעיל אבטחה ברמת שירות כדי למנוע התקפות שמנצלות את האימות של המכשיר כדי לגשת דרכו להתקנים אחרים ללא ידיעת המשתמש. כל ההתקנים עד גרסה 2.0 של בלוטות' תומכים באופן 3 אך ההתקנים החדשים תומכים בו רק לצורך תאימות לאחור. באופן 4 שנוסף בגרסה 2.1+EDR האבטחה נאכפת ברמת שירות לאחר שהקישור הפיזי הושלם. באופן 4 האימות מתבצע בשיטת SSP (צימוד פשוט בטוח), שבו פרוטוקול שיתוף ECDH משמש להכנה ושיתוף של מפתחות קישור. עד גרסה 4.0 נעשה שימוש בעקום אליפטי P192 והאלגוריתמים להצפנה ואימות היו זהים לגרסה 2.0. בגרסה 4.1 נוסף עקום אליפטי P256. בגרסה זו האימות שודרג לאלגוריתם אימות HMAC-SHA-256 המבוסס על HMAC עם פונקציית הגיבוב SHA-2 שאושר על ידי תקן FIPS. אלגוריתם ההצפנה שודרג לאלגוריתם AES במצב הפעלה CCM.
החל מגרסה 4.0 נוספה למפרט בלוטות' גרסת אנרגיה נמוכה (low energy) או צריכה נמוכה. הרעיון העיקרי בגרסה זו הצורך להפחית את צריכת האנרגיה של המכשיר באופן כזה שיוכל לפעול על סוללות זעירות במשך מספר שנים. שימושי בעיקר בסנסורים אלחוטיים זעירים או מכשור רפואי לביש. המאפיינים העיקריים של בלוטות' אנרגיה נמוכה הם: צריכת ארגיה מופחתת מאוד, דרישות זיכרון נמוכות, ייעול תהליכי גילוי/התחברות, חבילות קצרות, ופרוטוקולים פשוטים. הטבלה הבאה מראה את ההבדלים העיקריים בין המאפיינים השונים של טכנולוגיית בלוטות' BR/EDR לבין טכנולוגיית בלוטות' צריכה נמוכה.
החל מגרסה 4.0 של בלוטות' התקנים יכולים לתמוך גם בקישוריות בסיסית BR/EDR/HS וגם באנרגיה נמוכה בסגנון הנקרא "מצב דואלי". לדוגמה מכשיר טלפון נייד יכול להתחבר בו זמנית לאוזניות בלוטות' בקישוריות רגילה ולהתחבר לסנסור הנעילה של הרכב במצב צריכת אנרגיה נמוכה.
מהירויות שידור גבוהות יותר בפועל, עד 721 קב"ש, בהשוואה לגרסה 1.1.
גרסה זו של בלוטות' שוחררה בשנת 2004, ההבדל העיקרי מגרסאות קודמות הוא 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 הוא 2.1 מגה ביט לשניה. EDR משתמש בשילוב של Gaussian frequency-shift keying ו- Phase-shift keying ונותך צריכת אנרגיה טובה יותר תודות להורדת מחזור הפעילות.
בלוטות' LE, שנקרא קודם Wibree, הוא 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 מאד 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.
גרסה זו שוחררה ב-4 בדצמבר 2013 והיא 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.
Train Nudging ו-Generalized Interlaced Scanning.
טופולוגיה של שכבת ה-link עבור LE.
גרסה זו שוחררה ב-2 בדצמבר 2014 והציגה תכונות חדשות בעיקר בתחום האינטרנט של הדברים והוא בעיקר עדכון חומרתי, למרות זאת חלק מחומרות הבלוטות' הישנות יותר הולכות לקבל חלק מהפיצ'רים של 4.2 כגון עדכוני אבטחה על ידי עדכוני קושחה.
בשנת 2015 הוכרז על גרסה 5.0, כאשר חברת סמסונג התחילה להשתמש בפלאפונים גלאקסי 8s והאייפון הבא יהיה גם באותה טכנולוגיה. אחד מהחידושים בגרסה החדשה היא אפשרות להשתמש ב-2 סוגי אוזניות בו זמנית.
אין צורך בקו ראייה (לעומת תת אדום). הפרעות מצד מכשירים אלקטרוניים שפועלים באותו תחום תדרים.
הספק חשמל נמוך אשר מהווה גורם משמעותי בהתקנים ניידים. רוחב פס נמוך יחסית מונע אפשרויות של העברת קבצים גדולים וזרימה של וידאו.
אוחזר מתוך "https://www.hamichlol.org.il/w/index.php?title=בלוטות%27&oldid=745708"