Интерфейс Bluetooth (в прямом переводе — «Синезубый», прозвище короля Харальда, в X веке объединившего Данию и Норвегию) стал первым беспроводным интерфейсом, получившим более-менее широкое распространение в персональных компьютерах. Он оказался удобен для подключения периферии с низкими требованиями к скорости обмена данными (клавиатура, мышь), а также внешних «околокомпьютерных» устройств вроде К П К или мобильных телефонов. Разработка интерфейса началась в 1998 г. усилиями консорциума Bluetooth Special Interest Group Promoters в составе компаний Nokia, Ericsson, IBM, Intel и Toshiba. К настоящему времени консорциумом утверждены спецификации 1.0.В (1999 г.) и 2.0 EDR (2004 г.). В соответствии с первой версией спецификации, пропускная способность канала Bluetooth в асинхронном режиме не превышает 720 Кбит/с, а в синхронном режиме и того меньше — порядка 400 Кбит/с. Такие показатели считаются мизерными для локальных вычислительных сетей, но их вполне достаточно для низкоскоростной периферии. Версия Bluetooth 2.0 EDR обеспечивает пропускную способность до 12 Мбит/с, что в точности совпадает с возможностями первой версии шины USВ. Как показывает практика, канала 12 Мбит/с уже хватает для обслуживания принтеров, сканеров, фотоаппаратов бытового класса. Помимо обеспечения более высоких скоростей передачи данных, Bluetooth 2.0 имеет еще ряд усовершенствований: возможность работы в непереключающемся узкополосном канале (сейчас Bluetooth-устройства работают в скачкообразно переключающейся сетке частот диапазона 2,4 ГГц); введение режима «супервизора», ведающего распределением сетевых функций; расширение зоны действия Bluetooth сверх 10 метров (правда, энергопотребление при этом увеличивается вдвое); введение распределенного МАС-протокола. Физически типичное устройство Bluetooth представляет собой приемопередатчик, работающих в диапазоне частот 2400—2483,5 МГц. Эти частоты являются свободными от лицензирования в большинстве стран мира. Спектр используемых частот определяют возможности Bluetooth по передаче данных. Ширина канала составляет 723,2 Кбит/с в асинхронном режиме или 433,9 Кбит/с в полностью синхронном режиме. Вместо данных через соединение Bluetooth можно передавать до трех аудиоканалов. Каждый из аудиоканалов поддерживает полосу 64 Кбит/с в обоих направлениях. Кроме этого, возможна комбинированная передача данных и голоса. Расстояние, на котором возможно соединение Bluetooth невелико, и составляет от 10 до 30 метров в идеальных условиях. Наличие железобетонных стен и прочих препятствий резко снижает возможности связи. Главной особенностью интерфейса Bluetooth является то, что различные устройства соединяются друг с другом автоматически, стоит им оказаться в пределах досягаемости друг друга. Оказавшись рядом, устройства Bluetooth могут устанавливать не только соединения типа точка-точка, когда канал образуют два устройства, но и точка-многоточка, когда одно устройство одновременно работает с несколькими другими. Традиционно устройство, которое обслуживает несколько соединений, называется Master (ведущее), а подключенные устройства Slave (ведомые). К одному ведущему устройству можно подключить до семи ведомых. Такая топология сети называется Piconet (пикосеть).
В одной пикосети может быть только одно ведущее устройство, однако каждое ведомое устройство может одновременно являться ведущим для других устройств и образовывать свою пикосеть. Несколько пикосетей, объединенных таким способом, образуют Scatternet. Однако «падение» одного ведущего устройства (отключение, выход за пределы действия, сбой) вызывает падение всей пикосети или Scatternet. Обязательным условиям объединения пикосетей в сеть Scatternet служит использование разных каналов связи, то есть работа на различных частотах и с различными параметрами Hopping channel. Hopping —это технология регулярной смены частот, определяемая параметрами Hopping sequence. Спецификация предусматривает 10 различных алгоритмов Hopping sequence. Технология Hopping предназначена для борьбы с затуханием радиосигнала и интерференцией соседних каналов. Автоматическая установка соединения между устройствами Bluetooth находящимися в пределах досягаемости, начинается с поиска других устройств (Device discovery). Для этого посылается запрос, и ответ на него зависит не только от наличия в радиусе связи активных устройств Bluetooth, но и от режима в котором находятся эти устройства. На этом этапе возможно три основных режима работы абонентов сети: • Discoverable mode. Находящиеся в этом режиме устройства всегда отвечают на все полученные ими запросы; • Limited discoverable mode. В этом режиме находятся устройства, которые могут отвечать на запросы только ограниченное время или должны отвечать только при соблюдении определенных условий; • Non-discoverable mode. Находящиеся в этом режиме устройства не отвечают на новые запросы. Если процесс обнаружения абонентов прошел нормально, то новое устройство Bluetooth получает набор адресов доступных устройств, и за этим следует операция Device name discovery, когда новое устройство выясняет имена всех доступных Bluetooth-устройств в сети. Каждое устройство Bluetooth должно иметь свой уникальный адрес, но на уровне пользователя обычно используется имя устройства, которое не обязано быть уникальным. Еще одной из важных особенностей интерфейса Bluetooth является автоматическое подключение устройств Bluetooth к службам, предоставляемым другими устройствами. Поэтому, после выяснения списка имен и адресов выполняется поиск доступных услуг, предоставляемых абонентами сети. Получение или предоставление каких-либо услуг происходит согласно протоколу Service Discovery Protocol (SDP). Учитывая открытость сети, в интерфейсе Bluetooth уделено определенное внимание технологии защиты передаваемых данных. В зависимости от выполняемых задач, предусмотренно три режима защиты: • Security mode 1 (non secure), когда устройство не может самостоятельно инициировать процедуры защиты; • Security mode 2 (service level enforced security), когда устройство не инициирует защитные процедуры, пока не установлено и не настроено соединение. После того как соединение установлено, процедуры защиты обязательны и определяются типом и требованиями используемых служб; • Security mode 3 (link level enforced security), когда защитные процедуры инициируются в процессе установления и настройки соединения. Если удаленное устройство не отвечает требованиям защиты, то соединение не устанавливается. Основой системы безопасности интерфейса Bluetooth является сеансовый ключ (Bond). Сеансовый ключ генерируется в процессе соединения двух устройств и используется для идентификации и шифрования передаваемых данных. Для генерации ключа применяются самые различные параметры, от заранее известных обоим устройствам значений, до физических адресов устройств. Комбинируя защиту на уровне соединения с защитой на уровне приложений, можно получить защищенные соединения с достаточной стойкостью. После установки соединения канал можно использовать для самых различных целей, опираясь на комплект базовых протоколов. В основе лежит протокол физического уровня Baseband protocol, параметры которого определяются физическими характеристиками радиоканала. На уровне логического соединения используется протокол Logical Link Control and Adaptation Layer Protocol (L2CAP), работающий только с асинхронными соединениями. Прочие протоколы и службы более высокого уровня используют L2CAP как транспортный протокол. L2CAP оопределяет, к какому протоколу или службе относится переданный пакет, что обеспечивает доставку пакета нужному абоненту. Кроме L2CAP на уровне канала работают Link Management Protocol (LMP) и голосовые каналы, используемые для передачи аудиоинформации в синхронном режиме. LMP относится к служебным протоколам, обслуживающим настройку физических характеристик канала, службы безопасности и тому подобные потребности. На более высоких уровнях используются стандартные драйвера и приложения операционной системы. То есть в приложениях устройства и сеть Bluetooth видны как обычные компоненты и сетевые службы.
