Profile Bluetooth i Zastosowania

Profile Bluetooth i ich zakres funkcjonalny

Obecność radia Bluetooth w dwóch urządzeniach pozwala zestawić połączenie, lecz sama łączność radiowa nie określa znaczenia wymienianych danych. Urządzenia potrzebują wspólnych reguł dotyczących ról, procedur i formatów. W tym miejscu wkraczają Profile Bluetooth. Profil Bluetooth pełni funkcję takiego wspólnego zbioru zasad. Jest to jawnie zdefiniowany zestaw reguł i procedur, który określa, jak dwa urządzenia powinny współpracować przy zadaniu takim jak strumieniowanie muzyki, rozmowa telefoniczna czy sterowanie myszą komputerową.

Profil można traktować jako przekrój przez złożony stos protokołów Bluetooth. Niższe warstwy stosu ustanawiają łącze radiowe, zapewniają transport i zarządzają przepływem danych. Profil wiąże te mechanizmy z zachowaniem wymaganym przez aplikację. Określa, które procedury i protokoły mają być użyte, jakie polecenia są dostępne oraz w jakim formacie urządzenia wymieniają dane dla konkretnej funkcji.

Standardowe profile wspierają interoperacyjność Bluetooth dla określonej usługi i przypadku użycia. Przykładowo słuchawki Sony, smartfon Google i samochód Ford mogą współpracować przy rozmowie głośnomówiącej lub odtwarzaniu muzyki, jeśli implementują ten sam wymagany profil i zgodne wersje procedur. Bez profili każdy producent musiałby ustalać osobny format danych oraz własne polecenia dla kolejnych urządzeń, co zwiększałoby ryzyko niezgodności. Gdy dwa urządzenia deklarują obsługę funkcji, na przykład "Zaawansowane Audio", profil nadaje tej deklaracji określone znaczenie i wskazuje wymagane zachowanie po obu stronach połączenia.

Rodziny profili Bluetooth Classic i LE

Bluetooth obejmuje dwa systemy radiowe: Bluetooth Classic, określany także jako BR/EDR, oraz Bluetooth Low Energy, czyli LE. Mają one odmienne kontrolery, procedury i rodziny profili, ponieważ obsługują różne modele komunikacji. Urządzenie działające wyłącznie z profilem Classic nie realizuje profilu przeznaczonego wyłącznie dla LE przez samo zestawienie połączenia radiowego. Urządzenia dual-mode, często spotykane w smartfonach, zawierają obsługę obu systemów i mogą osobno łączyć się z urządzeniami Classic oraz LE. O zgodności decyduje więc obsługa właściwego systemu, profilu i ról po obu stronach.

Wybrane profile Bluetooth Classic

Te profile przez lata zdefiniowały najczęstsze zastosowania Bluetooth Classic i nadal są używane w wielu urządzeniach audio, telefonicznych oraz wejściowych.

A2DP: Dystrybucja dźwięku stereo

Zaawansowany Profil Dystrybucji Audio (A2DP) określa wymagania i procedury interoperacyjności dla jednokierunkowej dystrybucji dźwięku stereo ze źródła do odbiornika. Jakość odtwarzania zależy także od użytego kodeka, parametrów strumienia i implementacji urządzeń.

• Cel: Strumieniowanie muzyki, podcastów i innego dźwięku stereo.
• Role: Definiuje dwie role. Źródło (Source) to urządzenie, które wysyła dźwięk (np. smartfon, laptop lub odtwarzacz MP3). Odbiornik (Sink) to urządzenie, które odbiera i odtwarza dźwięk (np. słuchawki bezprzewodowe, przenośny głośnik lub system stereo w samochodzie).
• Mechanizm: A2DP pobiera cyfrowy strumień audio ze Źródła, kompresuje go przy użyciu kodeka audio w celu ograniczenia przepływności i przesyła go przez pakietowy transport ACL (Asynchroniczne Bezpołączeniowe). W odpowiedniej wersji profilu A2DP kodek SBC jest wymaganym kodekiem bazowym. Urządzenia mogą dodatkowo obsługiwać kodeki opcjonalne, takie jak AAC, aptX czy LDAC, lecz ich dostępność, parametry i wpływ na odsłuch zależą od zgodnej implementacji po obu stronach.

AVRCP: Sterowanie odtwarzaniem

Profil Zdalnego Sterowania Audio/Wideo (AVRCP) często działa razem z A2DP. Zapewnia standardowy sposób sterowania odtwarzaniem mediów na urządzeniu źródłowym, podczas gdy A2DP przenosi strumień audio.

• Cel: Wysyłanie poleceń odtwarzania.
• Funkcjonalność:Kiedy naciskasz przycisk pauzy na słuchawkach lub wybierasz "następny utwór" w systemie informacyjno-rozrywkowym samochodu, AVRCP przenosi polecenie do urządzenia źródłowego. W nowszych wersjach profilu dostępna jest także wymiana metadanych, dzięki której nazwa utworu i wykonawca mogą pojawić się na desce rozdzielczej samochodu lub w aplikacji towarzyszącej słuchawek.
• Role: Urządzenie wysyłające polecenia to Kontroler (np. słuchawki). Urządzenie odbierające i wykonujące polecenia to Cel (Target) (np. smartfon).

HFP i HSP: Profile połączeń głosowych

Profil Głośnomówiący (HFP) i jego starszy, prostszy poprzednik, Profil Zestawu Słuchawkowego (HSP), są zaprojektowane do dwukierunkowej komunikacji głosowej.

• Cel: Umożliwienie prowadzenia rozmów telefonicznych bez użycia rąk za pomocą bezprzewodowych zestawów słuchawkowych i zestawów samochodowych.
• Mechanizm: Profile te korzystają z synchronicznych transportów głosowych SCO lub eSCO, które tworzą kanał przeznaczony do transmisji głosu w czasie rzeczywistym. HFP jest nowszym profilem i udostępnia funkcje, których nie obejmuje prostszy HSP, między innymi ponowne wybieranie numeru, połączenia oczekujące i wybieranie głosowe.

HID: Urządzenia wejściowe

Profil Urządzeń Interfejsu Ludzkiego (HID) to standard Bluetooth dla bezprzewodowych urządzeń wejściowych. Jest oparty na specyfikacji USB HID, dlatego system operacyjny może używać znanego modelu raportów i obsługi urządzeń.

• Cel: Podłączanie bezprzewodowych peryferiów, takich jak klawiatury, myszy, gamepady, piloty do prezentacji i dżojstiki.
• Mechanizm:Standaryzuje sposób raportowania danych wejściowych do urządzenia-hosta. Na przykład definiuje format raportu, który opisuje naciśnięcie klawisza "G" albo przesunięcie kursora myszy o 20 pikseli w lewo i 5 pikseli w dół. Zgodność zależy od obsługi HID i właściwego deskryptora raportu po stronie komputera, lecz wspólny format usuwa potrzebę osobnego protokołu dla każdej klawiatury.

Wybrane profile Bluetooth Low Energy i usługi GATT

W Bluetooth Classic profile odwołują się do zestawu procedur właściwych dla danego modelu użycia, natomiast profile LE często korzystają ze wspólnego frameworka GATT. "Profil oparty na GATT" to standardowa definicja jednej lub większej liczby Usług GATT i ich Charakterystyk, służąca do realizacji określonego przypadku użycia. Taka modularna struktura ułatwia ponowne użycie usług i łączenie funkcjonalności w urządzeniu.

HRP: Profil pomiaru tętna

Profil Tętna (HRP) definiuje, w jaki sposób czujnik tętna udostępnia dane urządzeniu Collector. Implementacja korzysta ze standardowej Usługi Tętna, w której charakterystyka Pomiar Tętna jest wymagana. Pomiar przekazuje wartość uderzeń na minutę, a pola takie jak status kontaktu czujnika ze skórą i wydatkowana energia są obecne zależnie od ustawionych flag oraz obsługiwanych funkcji.

PXP: Profil zbliżeniowy

Profil Zbliżeniowy (PXP) służy do monitorowania bliskości dwóch urządzeń. Może obsługiwać aplikacje typu "znajdź mnie", w tym lokalizatory przedmiotów przypięte do kluczy lub portfela. Wykorzystuje między innymi Usługę Utraty Połączenia, która pozwala uruchomić alarm po zerwaniu połączenia, oraz Usługę Natychmiastowego Alarmu, która może włączyć sygnał na żądanie z aplikacji telefonu. Przykład lokalizatora pokazuje zastosowanie profilu, lecz nie wyczerpuje jego zakresu.

BAS: Usługa baterii

Usługa Baterii (BAS) definiuje standardowy sposób raportowania poziomu naładowania baterii. Jej podstawową charakterystyką jest Poziom Baterii, udostępniający wartość od 0 do 100, reprezentującą procent pozostałej baterii. Wersja BAS 1.1 rozszerza usługę o charakterystyki statusu, zdrowia i informacji o baterii, dlatego opis jednej charakterystyki dotyczy podstawowego wariantu usługi. BAS często występuje obok profilu głównego urządzenia. Monitor tętna może obsługiwać HRP i BAS, aby aplikacja wyświetlała tętno oraz stan baterii czujnika.

HOGP: HID przez GATT

Profil HID przez GATT (HOGP) to odpowiednik klasycznego profilu HID dla Bluetooth Low Energy. Umożliwia działanie klawiatur, myszy i innych urządzeń wejściowych z użyciem energooszczędnego radia LE. HOGP 1.2 opisuje usługi HID przez GATT oraz kanały izochroniczne LE. Czas pracy przez wiele miesięcy lub lat może wynikać z projektu urządzenia. Zależy od interwału połączenia, częstotliwości raportów i poboru prądu. Sam profil nie określa gwarantowanego czasu. HOGP mapuje tradycyjne raporty HID na strukturę usług i charakterystyk GATT.