[bluetooth]仕組みを詳しく解説

ガジェット, 雑談

最近のスマートフォン、パソコン,スマートウォッチ等様々なデバイスに搭載されているbluetoothという通信方式があります。

ネットワーク （主に伝送）に興味があるので、今回徹底的に調べてみようと思います。bluetoothの他に通信方式としてwifiなど様々なものがありますので、比較をして解説をしていきたいと思います。

bluetoothとは

数メートルから数十メートル単位の距離でのbluetooth搭載端末間を直接接続することで、簡易的な情報の伝送を行う通信システムとなります。

近年bluetoothがスマートフォンやパソコン、ヘッドホン、イヤホン、マウスなど日常生活で使うデバイスにおいてワイヤレスで使われる物の多くはbluetoothが搭載されているので、普及するようになってよく耳にするキーワードの一つになっていると思います。

ここ数年でbluetoothというものが登場してきたように思われますが、bluetoothが登場したのは、1999年にもさかのぼります。当時は、ガラケーの一部で電話をする目的などで使われていました。
従来の赤外線通信に比べて多くの情報量をやり取りすることができ、通信範囲が大幅に拡大しました。

bluetoothとwifiの違い

普段インターネットを使うために接続しているwifiがあります。こちらも無線でルーターと端末を接続することでインターネットを使うことができています。では、bluetoothとwifiのちがいは何でしょうか。
bluetoothとwifiでは、通信の特徴が異なっているため使用目的が異なっています。

通信速度

bluetoothの規格による最大伝送速度とwifiでの最大伝送速度が異なっています。bluetoothでは24Mbpsが最大となっています。（bluetoothのバージョンによって異なる）wifiでは,様々な規格があります。最近使われているacという規格では,規格上6.93Gbpsとなっています。bluetoothとwifiでの最大伝送速度に大きな違いがあることがわかります。この差からできることとできないことができてしまう一つの要素となります。

周波数帯

wifiでは,2.4GHzと5GHz帯の2つの帯域を用いて伝送しています。5Ghzでは、比較的帯域幅が多く用意されているので、高速通信が可能になっています。一方Bluetoothでは2.4GHzのみを使っていて、2.4Ghzを使っている他のデバイスとの干渉によって通信が途切れることがあります。2.4GHz帯で、1MHz幅で79のチャネルに設定して、1病に1600回のチャネルを切り返しながら干渉をできるだけ抑える仕組みがある。

伝送距離

Bluetoothでは、一般的に使われているものですと、伝送距離は最大10mになりますが、wifiでは100m程度の通信も可能です。Bluetoothのクラスによっては伝送速度が異なります。wifiにおいても、伝送周波数帯によって伝送距離が異なることがあります。

消費電力

wifiでは、伝送距離が長いこと、端末の同時接続や通信速度が高いことなど様々な要素から消費電力が高くなっています。一方bluetoothでは１対１の伝送になりますので、消費電力が少ないことが特徴となっています。バッテリーや電池での駆動によって使うことができます。

Bluetoothのバージョン

  • bluetooth 1.1
    普及バージョン
  • bluetooth 1.2
    無線LANとの干渉対策追加
  • bluetooth 2.0
    通信速度の向上。Enhanced Data Rate によって、最大速度を3Mbpsへ切り替えることが可能に
  • bluetooth 2.1
    ペアリングが簡略化。スリープ時間が多い機器でのバッテリーを長持ちできる機能の追加
  • bluetooth 3.0
    最大伝送速度24Mbpsへ向上
  • bluetooth 4.0
    従来より大幅に省電力化されたBluetooth Low Energy(BLE)に対応
  • bluetooth 5.0
    bluetooth4.0より伝送速度が2倍通信範囲が最大4倍に拡大

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Bluetoothのclass

Bluetoothのclassによって、電波の最大出力が変わります。最大出力が変わることによって、通信範囲も変わります。

class最大出力通信距離
Class1100mW100m程度
Class22.5mW10m程度
Class31mW1m程度

Bluetoothプロファイル

Bluetoothでは様々なデバイスで使われているため、使われるデバイスによってプロファイルを決めて、接続する端末それぞれでそのプロファイルに対応している場合に使うことができる。

  • A2DP
    音声をヘッドフォン等に伝送するためのプロファイル。ステレオ音声となる。音声を圧縮して伝送するため、コーデックによっては、音質が下がることや遅延が起こってしまうことがある。
  • SVRCP
    リモコンとして使うことができる。
  • HID
    マウスやキーボードなどの入力機器で使われている。
  • HFP
    ハンズフリー通話で使われる
  • HSP
    ヘッドセットと通信する時に使われ、マイクで双方向通信をすることができる。
  • FTP
    データ転送に使われる。

ペアリング方式

端末同士を通信してプロファイルをもとに目的の動作をすることができる状態にすることがペアリングになります。ペアリングの方式として、バージョンによって２つあります。

  • bluetooth2.0以前
    デバイス同士で共通のPINコードを入力することによってペアリングを行う方式になります。
  • bluetooth2.1以降
    PINコードからSecure Simple Pairing(SSP)と呼ばれる方式に変更。6桁の数字が表示され一致しているかどうかを確認することでペアリングを開始します。

Bluetooth テザリング

これまでテザリングといえば、無線LANの親機のようにスマートフォンでwifiを使って利用することで、デバイスをインターネット接続できるものでした。高速通信をすることができるが、バッテリーの消費が激しいため使う時間が短くなってしまいました。
Bluetoothテザリングが登場してから、Bluetoothを使ってデバイスをインターネット接続することができるようになる技術が利用できるようになりました。bluetoothでテザリングをすることで電池の消費を大幅に削減することができるようになります。外でmacを使っていてネットワークにつなぎたい時に、すぐに接続できるのでとても便利な機能となっています。転送速度に関してはwifiに比べて遅くなるものの普段インターネット使う範囲であれば十分な速度で長時間の接続でも使えています。

まとめ

  • classという通信の出力が決められているものがある
  • プロファイルによって通信の役割が決まっている
  • バージョンによって技術が進化
  • bluetoothテザリングによって低消費電力でのインターネット接続

普段使用しているbluetoothですが、ワイヤレスヘッドホン、apple watch、マウス等一人で複数の端末と接続してこれまでと同様に無線で同じ機能を実現できている点でとてもすごいことであると思っています。普段使っている技術であるからこそ詳しく知っておきたいものです。ガジェット好きとしてはこの辺の仕組みや仕様をしっかり把握しておきたいものです。これから、bluetooth端末を購入するときなどに規格や仕様などを把握していると、端末の選択がスムーズにできるかもしれません。

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