Bluetooth – lyhyen kantaman langaton tiedonsiirto ja yleiset käyttötavat

Bluetooth: lyhyen kantaman langaton tiedonsiirto — miten se toimii, tyypilliset käyttötavat (kuulokkeet, hiiri, näppäimistö, tulostin) ja turvallisuus 2,4 GHz ISM-kaistalla.

Bluetooth on protokolla lyhyiden etäisyyksien langattomaan viestintään. Se kehitettiin 1990-luvulla kaapelien määrän vähentämiseksi. Laitteet, kuten matkapuhelimet, kannettavat tietokoneet, tietokoneet, tulostimet, digitaalikamerat ja videopelikonsolit, voivat muodostaa yhteyden toisiinsa ja vaihtaa tietoja. Tämä tapahtuu radioaaltojen avulla. Se voidaan tehdä turvallisesti. Bluetoothia käytetään vain suhteellisen lyhyillä etäisyyksillä, kuten muutaman metrin etäisyydellä.

On olemassa erilaisia standardeja. Tiedonsiirtonopeudet vaihtelevat. Tällä hetkellä ne ovat 1-3 MBit/s. Tyypillisiä Bluetooth-sovelluksia ovat kuulokkeiden liittäminen matkapuhelimeen tai tietokoneen hiiren, näppäimistön tai tulostimen liittäminen.

Bluetooth-laitteet käyttävät noin 2,4 GHz:n ISM-kaistaa. Tätä voidaan käyttää maailmanlaajuisesti ilman lisenssimaksuja, mutta myös monet muut laitteet, kuten DECT-puhelimet (langattomat puhelimet), RFID-tunnisteet ja vauvapuhelimet, käyttävät sitä. Bluetooth käyttää samoja taajuusalueita kuin jotkin WLAN-verkot, mutta modulaatiotekniikka on erilainen. Bluetooth käyttää taajuushyppelyä (Frequency-hopping spread spectrum).

Lyhyt katsaus historiasta ja versioista

Bluetoothin kehitys alkoi 1990-luvulla ja sen standardia on päivitetty useaan otteeseen. Keskeisiä versioita ovat:

• Bluetooth 1.x – alkuperäiset versiot, perustoiminnot tiedonsiirtoon ja äänensiirtoon.
• Bluetooth 2.0 + EDR – EDR (Enhanced Data Rate) paransi siirtonopeutta ja tehonkulutusta.
• Bluetooth 3.0 + HS – tarjosi mahdollisuuden hyödyntää lisänopeutta käyttäen 802.11 (Wi‑Fi) -yhteyttä suurten tiedostojen siirtoon.
• Bluetooth 4.0 / Bluetooth Low Energy (BLE) – toi matalan virrankulutuksen profiilin, joka mahdollistaa pienitehoiset anturit ja laitteet toimimaan pitkään paristoilla.
• Bluetooth 5.x – paransi BLE:n kantamaa ja nopeutta, toi Coded PHY -tilan pitkän kantaman yhteyksille ja suuremman lähetysnopeuden (2 Mbps BLE).

Nopeudet, kantama ja laiteklasser

Tavalliset siirtonopeudet vaihtelevat käytetyn Bluetooth-tekniikan mukaan. Perinteinen Bluetooth EDR tarjoaa käytännössä noin 1–3 Mbit/s. BLE on optimoitu pieniin datapaketteihin ja alhaiseen virrankulutukseen, mutta uudemmat BLE-versiot tukevat jopa 2 Mbit/s sekä erityisiä pitkän kantaman tiloja.

Kantama määrittyy laitteiden teholuokan mukaan:

• Class 1 – tehoa noin 100 mW, kantama jopa ~100 metriä olosuhteista riippuen.
• Class 2 – yleisin älypuhelimissa ja kuulokkeissa, tehoa noin 2,5 mW, kantama tyypillisesti ~10 metriä.
• Class 3 – erittäin matala teho, kantama muutama metri.

Käyttötapaukset ja profiilit

Bluetoothin toiminnallisuus määritellään profiileilla, jotka kertovat, miten laitteet keskustelevat keskenään. Tunnettuja profiileja ovat esimerkiksi:

• A2DP – stereomusiikin langaton lähetys (kuulokkeet, kaiuttimet).
• HFP / HSP – handsfree- ja puheprofiilit autossa ja puhelimissa.
• HID – hiiri- ja näppäimistöprofiili.
• SPP – sarjayhteysprofiili laitteiden väliseen tiedonsiirtoon.
• AVRCP – mediasäätöprofiili (toiston hallinta).
• GATT – BLE:n pääasiallinen tapa määritellä anturit, ominaisuudet ja palvelut (esim. sydänsyke, lämpötila).

Bluetoothia käytetään laajasti muun muassa langattomissa kuulokkeissa, tietokoneen oheislaitteissa, älykkäissä kodin antureissa, sijaintiperusteisissa palveluissa (beaconit), tiedonsiirrossa ja monissa IoT‑ratkaisuissa.

Turvallisuus ja pariliitos

Bluetooth-yhteydet voivat olla suojattuja, ja pariliitosvaiheessa laitteet vaihtavat tunnisteet ja avaimet. Aikaisemmin käytetty PIN‑koodi on korvautunut nykyaikaisissa laitteissa usein Secure Simple Pairing (SSP) -järjestelmällä tai BLE:n turvallisuuskerroksilla, jotka tukevat pariliitosta ja salattua tiedonsiirtoa. Siitä huolimatta kannattaa huomioida:

• Pidä laitteesi käyttöjärjestelmä ja Bluetooth-ohjelmisto ajan tasalla.
• Vältä pariliitosta julkisissa, epäluotettavissa ympäristöissä ilman valvontaa.
• Poista laitteiden näkyvyys (discoverable) kun se ei ole tarpeen.

Tekninen tausta ja yhteensopivuus WLANin kanssa

Bluetooth käyttää 2,4 GHz ISM‑kaistaa ja taajuushyppelyä välttääkseen pitkäkestoista yhteentörmäystä muiden lähettimien kanssa. WLAN-verkot (Wi‑Fi) käyttävät usein samaa taajuusaluetta, mutta niiden modulaatio ja käyttöperiaatteet eroavat; käytännössä molemmat voivat toimia samanaikaisesti, mutta paikoitellen tarvitaan koordinaatiota tai säätöjä häiriöiden minimoimiseksi.

Bluetooth Low Energy (BLE) ja mesh-verkot

BLE on suunniteltu erityisesti pienitehoisiin antureihin ja ääriasemiin, joita käytetään pitkällä paristoajalla. Bluetooth 5 toi parannuksia kantamaan ja lähetystehoihin, ja nykyaikaiset laitteet voivat hyödyntää eri PHY-tiloja (nopea tai pitkäkantainen, paketoitu Coded PHY).

Lisäksi Bluetooth Mesh mahdollistaa laitteiden verkottumisen laajempiin valaistus- ja automaatiojärjestelmiin — laitteet voivat välittää viestejä toisilleen, jolloin kattavan verkon rakentaminen on mahdollista ilman keskitettyä reititintä.

Yhteenveto — miksi Bluetooth on hyödyllinen

Bluetooth tarjoaa helpon ja laajasti tuetun tavan liittää laitteita langattomasti lyhyillä etäisyyksillä. Se on erityisen vahva henkilökohtaisissa oheislaitteissa (kuulokkeet, hiiret, näppäimistöt), pienitehoisissa antureissa (BLE) ja sovelluksissa, joissa fyysisten kaapeleiden välttäminen on tärkeää. Oikein toteutettuna ja pidettynä ajan tasalla Bluetooth voi olla sekä turvallinen että tehokas tiedonsiirtoratkaisu.

Vertailu Bluetooth ja langaton lähiverkko

Nykyään on monia tilanteita, joissa voidaan käyttää joko Bluetoothia tai langattomia lähiverkkoja. Esimerkkeinä voidaan mainita verkkojen perustaminen, tulostaminen tai tiedostojen ja tietojen siirtäminen kämmentietokoneesta tietokoneeseen. Molemmat ovat lisensoimattoman langattoman tekniikan versioita. WLAN-verkot voivat kattaa suurempia etäisyyksiä ja tarjota suuremman siirtotehon. Bluetooth ei vaadi kalliita laitteita. Se tarvitsee myös vähemmän virtaa toimiakseen. ^[]

Molemmat käyttävät samaa radiotaajuusaluetta, mutta niiden modulaatiotekniikat ovat erilaisia. Molemmat on kehitetty korvaamaan kaapelointi. Bluetoothilla haluttiin päästä eroon oheislaitteiden kaapeleista, WLANilla haluttiin päästä eroon lähiverkon perustamiseen tarvittavista kaapeleista. ^[]

Bluetooth-laitteet

Bluetooth on monissa tuotteissa, kuten puhelimissa, Wii:ssä tai PlayStation 3:ssa. Se on viime aikoina sisällytetty joihinkin elektronisiin kelloihin, modeemeihin ja kuulokkeisiin. Tekniikka on hyödyllinen siirrettäessä tietoja kahden tai useamman lähellä toisiaan olevan laitteen välillä matalan kaistanleveyden tilanteissa. Bluetoothia käytetään yleisesti äänitiedon siirtämiseen puhelimilla (esim. Bluetooth-kuulokkeilla) tai tavutiedon siirtämiseen kannettavilla tietokoneilla (tiedostojen siirto).

Bluetooth käyttää protokollia, jonka avulla on helppo löytää lähellä olevat laitteet ja muodostaa yhteys näiden laitteiden välille. Bluetooth-laitteet voivat mainostaa kaikkia tarjoamiaan palveluja. Palveluiden käyttäminen helpottuu, sillä monet tietoturvaan, verkottumiseen tai käyttöoikeuksiin liittyvät asetukset tehdään automaattisesti.

Langaton lähiverkko

WLAN-verkot muistuttavat enemmän perinteisiä lähiverkkoja. Verkon perustaminen ja resurssien saattaminen muiden verkon laitteiden käyttöön vaatii enemmän konfigurointia. WLAN-laitteet kuluttavat myös enemmän virtaa kuin Bluetooth-laitteet. Joskus WLAN-verkkoja kutsutaan langattomaksi Ethernetiksi. WLAN tarvitsee enemmän resursseja perustamiseen, mutta se tarjoaa myös nopeampia siirtonopeuksia. Myös tietoturva on parempi kuin Bluetoothin tarjoama.

Bluetooth-USB-dongle, jonka kantama on 100 metriä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on Bluetooth?

K: Kuinka kauas Bluetooth-signaali yltää?

K: Mitkä ovat tyypillisiä Bluetooth-sovelluksia?

K: Mitä taajuuskaistaa Bluetooth käyttää?

K: Miten se vertautuu WLAN-verkkoihin?

K: Onko olemassa muita laitteita, jotka myös käyttävät tätä taajuuskaistaa?

K: Millaisia tiedonsiirtonopeuksia Bluetooth on tällä hetkellä käytettävissä?

Hae kirjaimella