Bluetooth は、最大 100 メートルの距離にわたるデバイス間の接続と通信を可能にする短距離無線技術規格です。 Bluetooth の鍵は、無線層から高レベルのアプリケーションに至る Bluetooth システム全体を定義するプロトコル スタックにあります。
Bluetooth プロトコル スタックは、無線層、ベースバンド層、リンク層、論理リンク制御および適応プロトコル (L2CAP) 層、およびアプリケーション層の 5 つの層で構成されます。
無線層は、2.4 GHz ISM 帯域で生の Bluetooth 無線信号の変調、送信、受信を処理します。 無線トランシーバー回路の要件を定義します。 Bluetooth のバージョンが異なれば、異なる周波数範囲で動作し、異なる変調方式が使用されます。 たとえば、Bluetooth Low Energy はガウス周波数シフト キーイング変調を使用しますが、クラシック Bluetooth は最初にガウス周波数シフト キーイングを使用し、後で位相シフト キーイング変調に切り替えます。
ベースバンド層は無線層の上にあり、Bluetooth デバイス間の物理 RF リンクを管理します。 チャネル設定、パケット タイミング、電力制御、ARQ、および認証や暗号化などのセキュリティ機能を処理します。 ベースバンド プロトコルは、デバイスが相互に検出して接続できるようにする照会およびページング手順を定義します。 また、マスター/スレーブの役割、クロック分配、ホッピング シーケンスのロジックも定義します。
リンク層は、データ パケットのセグメント化、再構成、およびフロー制御を提供します。 CRC チェックを通じてエア インターフェイス上のデータの整合性を保証します。 リンク層はスレーブ遅延管理を使用して、スレーブ デバイスの電力消費を削減します。 これは、最大 7 つのアクティブなスレーブに接続された 1 つのマスターを持つ Bluetooth ピコネットの構造を定義します。
L2CAP は、より高いレベルのプロトコルをサポートするためのプロトコル多重化を提供します。 アプリケーション層データをセグメント化してベースバンド パケットに再構築します。 L2CAP は、保証されたデータ レートを備えた優先順位付きチャネルを提供することで、サービス品質も処理します。 これは、チャネル構成と 2 つのデバイス間の接続確立のためのプロトコル ステート マシンと手順を定義します。
最上位のアプリケーション層は、Bluetooth アプリケーションの作成を可能にする、採用されたプロトコルとプロファイルを定義します。 採用されているプロトコルの例には、Bluetooth ネットワーキング用の PAN、データ同期用のオブジェクト交換、Bluetooth ヘッドセット用の電話制御プロトコルなどがあります。 標準プロファイルは、ファイル転送、コードレス電話、ヒューマン インターフェイス デバイスなどの Bluetooth サービスの仕様を定義します。
要約すると、Bluetooth プロトコル スタックの明確に定義されたアーキテクチャが、堅牢なワイヤレス接続を可能にする鍵となります。 各層は、下位レベルのハードウェア、無線伝送、接続、または上位レベルのアプリケーションに関連する特定の責任を負います。 モジュラー スタック設計により、Bluetooth はケーブル交換に当初重点を置いていたものから、今日ではモノのインターネット センサー デバイスとワイヤレス ネットワーク全体をサポートするまでに成長しました。
