Překvapivě rychlý Bluetooth nové generace

Popularita Bluetooth neutuchá ani s nástupem nových rychlejších bezdrátových možností. Ale video či multimédia přes Bluetooth je už tvrdý oříšek. Ovšem vše se změní do roka a do dne!

Bluetooth je mimořádně úspěšná bezdrátová technologie: ke stávajícímu počtu zhruba půl miliardy zařízení s jeho podporou se každý týden přidává dalších 10 miliónů, takže ještě tento rok se jistě počet přehoupne přes rovnou miliardu. Za svoji popularitu vděčí (podobně jako Wi-Fi) komfortnímu řešení (bez starosti o kabely) běžné komunikace v pracovním i domácím prostředí.

Spolu s Wi-Fi se jednalo o první vlaštovky v tehdy jen opatrně se rozjíždějícím vlaku (tj. na konci devadesátých let), který dnes fičí opravdu rychle (obrazně i ve skutečnosti) díky nespočtu dalších, novějších a technicky modernějších, bezdrátových alternativ. Podpora Bluetooth na mobilních telefonech, PDA a laptopech, v neposlední řadě také v automobilech, z něj učinila všudypřítomnou bezdrátovou volbu.

Dnes Bluetooth poskytuje ad hoc komunikaci mezi nejrůznějšími zařízeními: přenosnými elektronickými zařízeními, stacionární výpočetní technikou (PC, myš, klávesnice, tiskárny, skenery) a spotřební elektronikou (audio zařízení, fotoaparáty), a to i v automobilu. Oproti Wi-Fi má výhodu právě v možnosti ad hoc komunikace bez závislosti na síťové infrastruktuře, tedy přístupovém bodu (taková varianta režimu práce sice u Wi-Fi existuje také, ale z bezpečnostních důvodů se zapovídá).

Navíc podporuje nejen výměnu informací mezi dvěma stanicemi (dvoubodová), ale i mezi více stanicemi (mnohobodová topologie). V druhém případě se jedná o tzv. pikosítě (piconet, které se mohou dále sdružovat do scatternets), kde jedna rádiová stanice působí jako hlavní (master) a může simultánně obsloužit až sedm podřízených zařízení (slave). Veškerou komunikaci řídí hlavní rádiová stanice a podřízená stanice může komunikovat s ostatními výhradně prostřednictvím hlavní stanice.

Bluetooth je samozřejmě přenosovou technologií pouze na velmi krátkou vzdálenost (typicky od několika cm do desítek metrů), takže nesnese žádné konkurenční srovnání s mobilními technologiemi, ale velmi pěkně na ně i na Wi-Fi navazuje. Možnosti synchronizace diářů, adresářů, e-mailů, souborů apod. jsou ideální pro pracovní prostředí současných profesionálů.

Za zmínku stojí, že Bluetooth na rozdíl od mnoha jiných technologií „znají“ tři ze čtyř uživatelů, jak alespoň tvrdí průzkum zadaný Bluetooth SIG (Special Interest Group), probíhající v posledních třech letech. A povědomí o Bluetooth se trvale zvyšuje.

Krátký pohled do historie technologie

Rádiový systém Bluetooth původně vyvinula společností Ericsson (název byl zvolen podle přezdívky dánského krále z 10. století Haralda Blåtanda). Vývojem Bluetooth se zabývá od roku 1998 Bluetooth SIG. Podobně jako první verze bezdrátové lokální sítě (802.11) se i Bluetooth jako první zástupce rodiny technologií, která po jeho vzoru byla označena jako bezdrátové osobní sítě (WPAN, Wireless Personal Area Network) a později (2002) jej dokonce přijala za svého plnoprávného člena (802.15.1) ale nevyznačovala žádnou závratnou rychlostí.

Klasický Bluetooth 1.2/802.15.1 pracuje rychlostí 1 Mbit/s na fyzické vrstvě. Pro uživatele to znamená buď symetrickou kapacitu 433 kbit/s, nebo asymetrickou rychlost 723/57 kbit/s. Bluetooth podporuje odjakživa také hlasovou komunikaci, a to přes maximálně tři simultánní hlasové kanály o 64 kbit/s. To vše ve stejném bezlicenčním pásmu jako populární Wi-Fi: 2,4 GHz.

Na rozdíl od dnes používaných WLAN (802.11a/b/g) ale Bluetooth používá jinou metodu vysílání na fyzické vrstvě: metodu rozprostřeného spektra FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum), kdy na jednom kmitočtu se vysílá vždy jen po dobu 625 μs, čímž se brání rušení s ostatními zařízeními pracujícími ve stejném spektru.

Přeřadit na vyšší rychlost – jedině s UWB

Přes veškerou popularitu Bluetooth ale skutečně potřebuje přeřadit na vyšší rychlost, protože jej již kdekdo předstihl a tlačí se na jeho místo zejména v multimédiích v domácím prostředí. Na synchronizaci MP3 přehrávače s PC, přenos fotografií z digitálního fotoaparátu nebo streaming videa o vysokém rozlišení do TV přijímače současný Bluetooth již dávno nestačí. Před několika měsíci se proto Bluetooth SIG rozhodla spojit síly s WiMedia Alliance, která má pod palcem jednu z verzí (MB-OFDM, Multiband Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) nejdiskutovanější bezdrátové technologie poslední doby vůbec: UWB (UltraWideBand).

Normalizované podoby se sice nedočkáme pod křídly IEEE (skupina 802.15.3a byla po nekonečných rozepřích mezi dvěma tábory zastánců odlišných technických řešení nakonec rozpuštěna). UWB se ideálně hodí pro multimediální aplikace v omezeném prostředí, protože podporuje 480 Mbit/s na vzdálenost několika málo metrů. A v budoucnu lehce překoná i gigabitovou hranici.

V čem tkví kouzlo UWB? Jak název napovídá, používá pro přenos signálů o velmi malém výkonu (blížícímu se úrovni běžně pokládané za šum) extrémně široké pásmo (typicky 1,5 GHz). Přijímače samozřejmě musí být uzpůsobeny jak šířce pásma, tak detekci velkého množství takto slabých signálů. Díky svému „šumovému“ charakteru UWB nejen že nevadí jiným bezdrátovým přenosům, ale nepodléhá ani rušení z jejich strany.

Nic není ale bez mráčku: zásadním problémem technologie UWB je, že není až na výjimky povolená národními regulátory… Rychlý Bluetooth má využívat spektrum 6-9,23 GHz (na rozdíl od rozlehlejšího spektra 3,1 až 10,6 GHz, s nímž UWB počítá v jiných případech), které je částečně volné ve většině zemí. Tlak na regulátory by měl otevřít možnosti používat rychlý Bluetooth právě v domácích multimediálních sítích, kde bude těžiště jeho trhu.

UWB je již dnes základem specifikace bezdrátového USB (jak Certified Wireless USB, tak CableFree USB, viz též článek Vyberte si bezdrátové USB), bezdrátového FireWire (IEEE 1394) či specifikace WiMedia WiNET protokolů.

Do roka a do dne

Bluetooth SIG má již jasno ve svých plánech na následující dva roky právě s ohledem na vazbu s UWB. Základní kamínek je hotov pod označením Lisbon: zahrnuje verzi Bluetooth EDR 2.0 (Enhanced Data Rate), která nabízí rychlost 3 Mbit/s.

Počátkem roku 2007 bude následovat specifikace Seattle, která má jako první zahrnovat slučitelnost s UWB zařazením nové vrstvy do architektury. Vrstva konvergence bude představovat rozhraní mezi sousední nižší podvrstvou UWB MAC a vyšší podvrstvou Bluetooth LLC (Logical Link Control) a aplikačními vrstvami. Nová řešení budou zahrnovat také lepší zabezpečení (AES, Advanced Encryption Standard) i podporu skupinového vysílání (multicast). Produkty podle této specifikace by se na trh měly dostat do konce roku 2007 a měly by výrazně urychlit Bluetooth, ze 3 Mbit/s na 480 Mbit/s až 1 Gbit/s.

Obrázek: Integrovaná architektura UWB a Bluetooth

Zdroj: Incisor

Využití UWB na fyzické vrstvě v příští generaci Bluetooth samozřejmě musí zajistit plnou zpětnou slučitelnost a spolupráci se všemi zařízeními, která stávající Bluetooth podporují (včetně myší a sluchátek s omezenými možnostmi napájení). Nové řešení bude optimalizované pro mobilní zařízení tak, aby umožnilo přechod na vyšší rychlost všude, kde to bude třeba. Starý dobrý Bluetooth bude pracovat se zařízeními nepodporujícími UWB, nebo bude podporovat přenosy o malých objemech. Přechody mezi rychlostmi budou automatické, bez jakékoli potřebu zásahu ze strany uživatele. S UWB bude ale vždy potřeba počítat s velmi malým dosahem pro dosažení maximální propustnosti.

29. 9. 2006

Autor: Ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA