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'''Bluetooth Low Energy''' ('''Bluetooth LE''', '''BLE''') とは、[[無線PAN]]技術である [[Bluetooth]] の一部で、バージョン 4.0 から追加になった低消費電力の通信モード。Bluetooth は Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) と Bluetooth Low Energy (LE) から構成される<ref>[https://www.bluetooth.com/bluetooth-technology/radio-versions Radio Versions | Bluetooth Technology Website]</ref>。
{{翻訳直後|1=[http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bluetooth_low_energy&oldid=623231879]|date=2014年9月}}
<!--[[File:Bluetooth Smart Logo.svg|right]]-->{{Use dmy dates|date=June 2013}}


従来からの BR/EDR と比較して、省電力かつ省コストで通信や実装を行うことを意図して設計されている。BR/EDR とは独立しており、互換性は持たないが、BR/EDR と LE の同居は可能である。もとの仕様は'''Wibree'''という名称で2006年に[[ノキア|Nokia]]によって開発されたものであり<ref>[http://www.howstuffworks.com/wibree.htm HowStuffWorks.com: Wibree]</ref>、これが2009年12月に Bluetooth Low Energy として Bluetooth 4.0 に統合された。
'''Bluetooth Smart'''とは、健康管理、フィットネス、セキュリティ、エンタメなどの応用が期待される[[無線PAN]]技術の一つである<ref>[http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Smart.aspx bluetooth.com: Bluetooth Smart]</ref>。バージョン3.0までのBluetoothと比較して、Bluetooth Smartは同一の通信を省電力かつ省コストで行うことを意図している。Bluetooth Smartはブランド名であり、'''Bluetooth Low Energy'''（'''Bluetooth LE'''）が省電力通信を行う規格名である。ここではBluetooth SmartとBluetooth LEは分けて説明を行う。


[[パーソナルコンピュータ]]（PC: [[Windows]]、[[macOS]]、[[Linux]]など）やモバイル端末（[[Android (オペレーティングシステム)|Android]]デバイス、[[iPhone]]/[[iPad]]/[[Apple Watch]]{{efn|OSとしてはそれぞれ[[iOS]]/[[iPadOS]]/[[watchOS]]が搭載されている。}}、[[Windows Phone]]、[[BlackBerry]]など）において標準でBluetooth Low Energyに対応しており広く普及している。スポーツとフィットネス、医療、PC周辺機器<ref>[https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/how-it-works/le-p2p Low Energy: Point-to-Point | Bluetooth Technology Website]</ref>、[[ビーコン]]<ref>[https://www.bluetooth.com/what-is-bluetooth-technology/how-it-works/le-broadcast Low Energy: Broadcast | Bluetooth Technology Website]</ref>などに利用されている。
Bluetooth LEはもともと'''Wibree'''という名称で2006年に[[ノキア|Nokia]]によって開発されたものであり<ref>[http://www.howstuffworks.com/wibree.htm HowStuffWorks.com: Wibree]</ref>、2010年にBluetooth 4.0として統合された。


== 概要 ==
Bluetooth Smartは[[OS X]]や[[Linux]]、[[Windows 8]]はもちろん、携帯端末のOSの[[iOS (アップル)|iOS]]、[[Android]]、[[Windows Phone]]、[[BlackBerry]]も標準で対応している。Bluetooth SIGは2018年までにBluetoothが搭載された[[スマートフォン]]の90%以上がBluetooth Smartをサポートするものと見ている<ref>{{cite web |url=http://www.bluetooth.com/Pages/Mobile-Telephony-Market.aspx |title=Mobile Telephony Market |publisher=Bluetooth Special Interest Group |accessdate=January 16, 2014}}</ref>。
BLEの基礎となったのは、[[ノキア|Nokia]]によって制定された「Wibree」という仕様である。その後、{{仮リンク|Bluetooth Special Interest Group|en|Bluetooth Special Interest Group}} (Bluetooth SIG) に引き継がれ、2009年12月にBluetooth 4.0に追加されたものが、最初のBLEである。以降はそのアップデート版として、2013年12月にBluetooth 4.1、2014年12月に4.2、2016年12月に5.0、2019年1月に5.1、2020年1月に5.2、2021年7月に5.3がそれぞれ策定・発表されている<ref>{{cite web |url=https://www.bluetooth.com/specifications/adopted-specifications |title=Adopted Specifications |publisher=Bluetooth Special Interest Group |accessdate=2016-1-12}}</ref>{{efn|仕様書の最終更新とプレスリリースには時間差がある<ref>[https://www.bluetooth.com/specifications/specs/?status=all&show_latest_version=0&show_latest_version=1&keyword=core+specification&filter= Specifications – Bluetooth® Technology Website]</ref>。[[Bluetooth]]の記事も参照のこと。}}。なお、BLE 4.0および4.1、4.2の間には後方互換性が保証されている。


このように、BLEは従来からのBR/EDRのメジャー・バージョンアップ版としてではなく、そもそも別個の規格として策定された仕様である。BR/EDRと比較して「省エネルギーであること」「複雑でないこと」「低コストであること」などを謳っており、その特徴を獲得することに仕様策定の目的が絞られている<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p1</ref><ref>{{cite web |url=https://developer.bluetooth.org/TechnologyOverview/Pages/BLE.aspx |title=Bluetooth Smart (Low Energy) Technology - Bluetooth Developers Portal |publisher=Bluetooth Special Interest Group |accessdate=2016-1-12}}{{リンク切れ|date=2021-12}}</ref>。事実、安価なハードウェア、簡素で拡張性のあるデータモデルが実現されており、BLE普及の原動力となっている<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p2</ref>。
== 互換性 ==
Bluetooth LEは、過去のバージョンの[[Bluetooth]]と後方互換性を持たない。[https://www.bluetooth.org/Technical/Specifications/adopted.htm Bluetooth 4.0の仕様書 (英語)]において、Bluetooth LEと以前のバージョンのどちらかあるいは両方の実装をすることを許可している。


== 呼称 ==
Bluetooth LEは以前のバージョンのBluetoothでも使用している[[ISMバンド|2.4&nbsp;GHz]]の周波数帯を利用する。これにより以前のバージョンとBluetooth LEの双方をサポートするデバイスで一つのアンテナを共有することができる。しかしながらBluetooth Smartはよりシンプルな[[変調]]システムを用いる。
Bluetoothバージョン4.0 (Bluetooth 4.0) がリリースされた2009年当時、呼称としては、「Bluetooth Smart」および「Bluetooth Smart Ready」などといったものがあった。従来のBluetooth BR/EDRのみが実装されたものを「Bluetooth」、Bluetooth LEのみが実装されたものを「Bluetooth Smart」、Bluetooth LEおよびBR/EDRの両方が実装されたものを「Bluetooth Smart Ready」と呼称することが提案されていた<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p4-5</ref>。また、これらの互換性をわかりやすくするため、Bluetooth SIGはロゴ策定の計画を2011年に発表していた<ref>{{Cite web|url=http://www.bluetooth.com/Pages/Press-Releases-Detail.aspx?ItemID=138|title=Bluetooth SIG Extends Bluetooth Brand, Introduces Bluetooth Smart Marks - Press Releases Detail|website=Bluetooth Technology Website|publisher=Bluetooth SIG|date=2011-10-24|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150930005319/https://www.bluetooth.com/Pages/Press-Releases-Detail.aspx?ItemID=138|archivedate=2015-09-30|url-status=dead|url-status-date=2021-12-06}}</ref>。


しかし2016年に、Bluetooth SIGより「Bluetooth Smart」および「Bluetooth Smart Ready」の商標廃止が通達され、以降はBluetoothのみとなった<ref>{{Cite web|和書|url=http://micro.rohm.com/jp/techweb_iot/knowledge/iot02/s-iot02/01-s-iot02/175|title=Bluetooth® v4の概要　ーはじめにー|website=IoT技術情報サイト ROHM TECH WEB|publisher=[[ROHM]]|accessdate=2018-03-19}}</ref>｡
== Bluetooth Smartのブランディング ==
2011年にBluetooth SIGはBluetooth Smartに対応した[[デバイス]]間で明確な[[互換性]]があること示すBluetooth Smartのロゴの計画を発表した<ref>[http://www.bluetooth.com/Pages/Press-Releases-Detail.aspx?ItemID=138 Bluetooth SMART marks, Bluetooth SIG press release]</ref>。


* Bluetooth Smart Readyは、これまでのBluetooth規格の周辺機器とBluetooth LEの周辺機器両方に互換性を持つデバイス（デュアルモード）を示す。<ref>[https://www.bluetooth.org/en-us/bluetooth-brand/smart-marks-faqs Bluetooth Smart Marks FAQ]</ref>。
Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) は、「Bluetoothクラシック」(Bluetooth Classic) と呼ばれることもある<ref>[https://www.bluetooth.com/ja-jp/learn-about-bluetooth/tech-overview/ Bluetooth 技術概要｜Bluetooth® Technology Website]</ref><ref>[https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/tech-overview/ Bluetooth Technology Overview | Bluetooth® Technology Website]</ref>。
* Bluetooth SmartはBluetooth LEにのみ対応したデバイスであることを示す（シングルモード）。そのため使用するにはBluetooth SmartかBluetooth Smart Readyに対応した機器が必要となる。


== ターゲット市場 ==
== 機能 ==
=== Bluetooth BR/EDRとの互換性 ===
The Bluetooth SIGは省電力技術の市場としてスマートホーム、健康、スポーツ、フィットネスをはじめとするたくさんの市場があるとしている<ref>[http://www.bluetooth.com/Pages/market.aspx Bluetooth SIG 'Markets' pages]</ref>。例えば以下のようなものが挙げられる。
Bluetooth LEはBluetooth BR/EDRとは異なる規格であるため、互換性を持たない。しかしながら、[https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/specs/core-specification-4-0/ Bluetooth 4.0の仕様書]においては、LEとBR/EDRのどちらか、あるいは両方の実装をすることが許可されている（デバイスタイプとしては、BR/EDR、LE only、BR/EDR/LEの3通りがある）。また、LEはBR/EDRと同様の[[ISMバンド|2.4&nbsp;GHz]]の周波数帯を利用している。これにより両方をサポートするデバイスでは、ハードウェアとしては一つのアンテナを共有することができる。
* [[ボタン電池]]で月単位や年単位で動く機器（必要とする電力のが少ないため）
* サイズが小さく、低価格な機器
* 市場シェアの大きい携帯電話、タブレット、パソコン機器などへの対応


互換性について、Bluetooth SIGによって[http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Smart-Devices-List.aspx デバイスリスト]{{リンク切れ|date=2021-12}}が公開されている。
== プロファイル ==<!-- Applications -->
3.0以前のBluetoothの仕様から言葉を借りると<!-- borrowing from -->、Bluetooth SIGは低電力機器<!-- loe energy devices -->向けに様々な[[Bluetoothプロファイルの一覧|プロファイル]]（アプリケーション上でどのように動くかを定めた仕様）を定めている。メーカー<!-- Manufacturers -->はデバイスの互換性を保証するために適切な仕様を実装するものと予想される<!-- expected to -->。


=== 通信速度と到達距離 ===
現在の{{いつ|date=2014年9月}}Low EnergyアプリケーションのプロファイルはすべてGeneric Attributeプロファイル（'''GATT'''）をベースにしている。GATTとはアトリビュート（''Attribute''、属性）と呼ばれる短いデータ片をLow Energyリンク上で送受信する一般的な{{訳語疑問点|date=2014年9月}}仕様である<ref>Bluetooth SIG [https://www.bluetooth.org/en-us/specification/adopted-specifications Adopted specifications]</ref>。Bluetooth 4.0は低消費電力でありながら高い[[ビットレート]]を提供する。
BLEにおける通信速度の規格値は、Bluetooth 4.0は1Mbps<ref name="startP7">Bluetooth Low Energyをはじめよう p7</ref>、5は2Mbps, 1Mbps, 500kbps, 125kbpsである。ただし、様々な制約により、現実的な通信速度は10kbps程度にとどまる<ref name="startP7" /><ref>{{Cite web|和書|url=https://atmarkit.itmedia.co.jp/ait/articles/1310/15/news097.html |title=ものになるモノ、ならないモノ（53） スルー防止も？ BLEがもたらすビジネスチャンス |publisher=[[ITmedia]] |accessdate=2016-01-12}} </ref>。これは、BLEが「省エネルギー」を主眼に置いており、「通信速度を最低限に抑えれば消費エネルギーも少ない」というトレードオフの結果である。


また、到達距離についても、30メートル以上の距離を設定することは可能ではあるが、実際には5メートル程度にまで短くされる。これも通信速度と同様の理由による。Bluetooth 5 では通信速度を 125 kbps にすることで最大到達距離が400mとなった。
2014年には'''CSR [[メッシュネットワーク|mesh]]'''（Cambridge Silicon Radio mesh）という[[モノのインターネット]]（IoT）を支援するBluetooth Smartプロトコルが発表された。例えばCSR meshを備えたたくさんの電球を1つ1つつけるだけでなく一度にon/offすることができるものが紹介されている。<ref>[http://www.theregister.co.uk/2014/07/09/bluetooth_bid_for_world_domination/ 9 Jul 2014, theregister.co.uk: New Bluetooth tech lets you control 4 BILLION lightbulbs at once] Quote: "...The CSR mesh protocol uses Bluetooth low energy with device-to-device communications to allow one bulb to speak to the next...Each bulb has a 128 bit identifier so that it can be addressed individually or in a group. Each group can have 64,000 bulbs and users can create up to 64,000 groups. One device can be in multiple groups...Samsung is planning to launch a $20 LED lightbulb which supports the technology in the next month or so..."</ref><ref>[http://www.csr.com/news/pr/2014/csr-mesh 25 Feb 2014, csr.com: Game-changing Bluetooth® Smart solution enables whole home control from the smartphone for the first time] Quote: "...CSR Mesh allows for an almost unlimited number of Bluetooth Smart enabled devices to be simply networked together and controlled directly from a single smartphone, tablet or PC for the first time...It will allow consumers to control any Bluetooth Smart enabled device in the home from wherever they are, including lighting, heating, appliances and security systems. Crucially for the consumer experience, solutions based on the protocol don’t require the complex setup, pairing, or use of an access device such as a router..."</ref><ref>Video: [http://www.youtube.com/watch?v=FtLBazKoFq8 CSR Mesh - Putting the smartphone at the centre of the Internet of Things]</ref>


== ネットワーク構成 ==
=== ヘルスケア用プロファイル ===
BLEでは、デバイスとデバイスが通信をおこなう方法として、'''ブロードキャスト'''<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p9-11</ref>と'''コネクション'''<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p11-12</ref>という2つの方法を定義している<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p9</ref>。なお、あるBLEネットワーク内において、これらの方法が混合して存在し、通信をおこなっていてもかまわない<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p12-13</ref>。
たくさんのBluetooth Smartプロファイルがヘルスケア向けに存在する。{{仮リンク|Continua Health Alliance|en|Continua Health Alliance}}コンソーシアムはBluetooth SIGと協力してこれらのプロファイルのプロモーションを行っている。


=== ブロードキャスト ===
* HTP — [[体温計]]向け
ブロードキャストは、あるBLEデバイスから別のBLEデバイスに対して、一方的にデータを送信するための通信方法である。あるBLEデバイスが、一定周期でデータを発信し続け、別のBLEデバイスがそれをスキャン・受信することによって、データのやり取りをおこなう。
* GLP — [[血糖値]]計向け
* BLP — [[血圧計]]向け


この通信方法において、データを発信するデバイスを'''ブロードキャスター'''、データを受信するデバイスを'''オブザーバー'''と呼ぶ。また、ブロードキャスターが発信しているデータのことを'''アドバタイズパケット'''と呼ぶ。アドバタイズパケットには、仕様に定められた範囲内で、自由なデータを設定することができる。
=== スポーツ・フィットネス向けプロファイル ===
スポーツ・フィットネス機器向けには以下のプロファイルが含まれる。
* HRP — [[心拍計]]向け
* CSCP — [[自転車]]や[[エアロバイク]]の車輪や[[クランク (機械要素)|クランク]]の回転速度（[[ケイデンス]]）の計測機器向け
* RSCP — running speed and cadence profile.
* CPP — cycling power profile.
* LNP — location and navigation profile.


あるひとつのブロードキャスターが、不特定多数のオブザーバーに対して、同時に同じデータを発信できることが特徴で、よって機密性を要求されるようなデータのやり取りには不適である。例えば、「測定した温度データを一定周期に発信し続ける温度計（ブロードキャスター）」と、「受信した温度データを利用者に通知するアプリケーション（オブザーバー）」といったような利用法がある。
=== 近距離への情報配信 ===<!-- Proximity sensing -->
Bluetoothタグ（[[ICタグ]]の[[RFID]]をBluetoothに置き換えたもの）は常時電源が入っている機器であるため、長時間バッテリーが持つことが要求される<ref>[http://www.gsm-modem.de/M2M/m2m-apps/casio-bluetooth-low-energy-watch/ Casio watch with Bluetooth low energy profile]</ref>。


現実に利用されている例に[[Apple]]によって策定されている[[iBeacon]]がある<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p133</ref>。
[[アップル インコーポレイテッド|Apple]]が支援する[[IBeacon]]では、[[iOS (アップル)|iOS]]端末に搭載された[[センサー]]と互換性を持つようにiBeaconデバイスのメーカーは適切な仕様を実装する<ref>[http://appleinsider.com/articles/13/06/19/inside-ios-7-ibeacons-enhance-apps-location-awareness-via-bluetooth-le Inside iOS 7: iBeacons enhance apps' location awareness via Bluetooth LE]</ref>。


=== コネクション ===
関連するアプリケーションプロファイルには以下のようなものがある。
コネクションは、あるBLEデバイスと別のBLEデバイスとの間で、相互にデータを送受信するための通信方法である。ブロードキャストとことなり、データの送受信は、コネクションに参加したデバイス間のみで、プライベートにおこなわれる。
* FMP — "find me" profile — なくした端末を別のデバイスから鳴らして探すためのプロファイル<ref>[https://www.bluetooth.org/docman/handlers/downloaddoc.ashx?doc_id=239389 Find Me Profile specification]</ref>。
* PXP — the proximity profile — 対象のものが付近にあるかどうかを調べるためのプロファイル。物理的な距離はレシーバーの{{仮リンク|受信信号強度|en|Received signal strength indication}}（Received signal strength indication;RSSI）の値から予測するが、絶対的な距離を測定できるものではない。一般的には設定したしきい値を超えたときにアラームが鳴る。


この通信方法において、通信のホスト（コネクションを開始する側）となるデバイスを'''セントラル'''もしくは'''マスター'''、セントラルからのコネクション開始要求を受け付け、以降セントラルによって定められたタイミングでデータの送受信をおこなうデバイスを'''ペリフェラル'''もしくは'''スレーブ'''と呼ぶ。一般にセントラルは[[スマートフォン]]や[[タブレット (コンピュータ)|タブレット]]、PCが担当する。ペリフェラルは、それらのデバイスから利用される周辺機器が担当する<ref name="startP41">Bluetooth Low Energyをはじめよう p41</ref>。意図的に、セントラルよりもペリフェラルのほうが実装要件が安易・安価となるよう設計されており、これはペリフェラルデバイス（BLEに対応した周辺機器）が多く開発される理由にもなっている<ref name="startP41" />。1つのセントラルは複数のペリフェラルと接続することができる。最大接続数にBLE仕様上の制限はないが、リソースの関係上、実際には最大8台などに制限されている<ref name="fielddesign_ble_connect">[https://fielddesign.jp/technology/ble/blespec_connect/ Bluetooth Low Energyの接続 | フィールドデザイン]</ref>。一方、1つのペリフェラルは1つのセントラルにしか接続できない。
=== アラートや時間に関するプロファイル ===
* PASP（phone alert status profile）、ANP（alert notification profile） — クライアントの端末が他の端末の着信通知のようなメッセージを受け取るためのプロファイル。
* TIP — time profile — 現在時刻と[[タイムゾーン]]の情報をサーバーデバイスからクライアントデバイスへ送るためのプロファイル。携帯電話と[[腕時計]]の間で[[Network Time Protocol|NTP]]の送受信を行うような用途で用いられる。


通信には汎用属性（アトリビュート）プロファイル（Generic Attribute Profile, GATT）というデータ構造定義を用いており、GATTは広範な拡張性をもつため、各種デバイスは様々な目的のためにコネクションという通信方法を利用することができる。
<!-- ここから日本語版独自 -->
=== その他 ===
* HOGP — HID over GATT — マウスやキーボードをLow Energyで接続するためのプロファイル。


PC・スマートフォン・タブレットに使われるOSおよびBluetoothアダプターは一般的にセントラルロールをサポートするが、ペリフェラルロールをサポートするかどうかは各デバイスのOSおよびハードウェア次第である<ref>[https://docs.microsoft.com/en-us/windows/uwp/devices-sensors/bluetooth-dev-faq#is-this-functionality-supposed-to-exist-on-a-specific-sku- Bluetooth developer FAQ - UWP applications | Microsoft Docs] - Is this functionality supposed to exist on a specific SKU?</ref><ref>[https://project.nikkeibp.co.jp/idg/atcl/19/00002/00012/?ST=idg-cio-appli&P=3 Windows 10 20H1の最新テストビルド、スマホ連携や視線制御の強化など - CIOニュース：CIO Magazine]</ref><ref>[https://www.howto-connect.com/see-if-windows-10-pc-supports-bluetooth-low-energy-peripheral-role/ How to See if Windows 10 PC Supports Bluetooth Low Energy Peripheral Role]</ref>。サーバー向けOSはBluetooth自体をサポートしていないものもある。
== 実装 ==


多くのアプリケーションでは接続処理が完了すると、セントラルとペリフェラルは、一方がサーバーになり、もう一方がクライアントになる。通常はペリフェラル側がサーバーになり、セントラル側がクライアントになるが、用途によっては逆でも構わない<ref>[https://techweb.rohm.co.jp/iot/knowledge/iot02/s-iot02/04-s-iot02/3088 Attribute Protocol（ATTプロトコル） ｜ IoT技術情報サイト ROHM TECH WEB]</ref><ref name="fielddesign_ble_connect"/>。GAPのセントラル／ペリフェラルとGATTのクライアント／サーバーの役割は互いに独立している<ref name="msdocs_uwp_ble_overview"/>。

== プロトコルとプロファイル ==
BLEには、Bluetooth BR/EDRと同様に、'''プロトコル'''と'''プロファイル'''というふたつの仕様定義が存在している<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p13</ref>。

=== プロトコル ===
プロトコルには、「あらゆるBLEデバイスが利用する」定義が含まれる。以下のようなものである<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p17-18</ref>。なお、先に示すものほど機械的には低レベルな定義であり、後に示すものほどプログラム的な仕様定義となる。

* コントローラー
** 物理層（PHY）
** リンク層（LL）
** ホストコントローラーインターフェイス（HCI）
* ホスト
** ホストコントローラーインターフェイス
** セキュリティ・マネージャ（SM）
** 属性（アトリビュート）プロトコル（Attribute Protocol, ATT）
** 論理リンク制御およびアダプテーションプロトコル（Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP）
** 汎用属性（アトリビュート）プロファイル（Generic Attribute Profile, GATT）
** 汎用アクセスプロファイル（Generic Access Profile, GAP）
* アプリケーション

これらの定義には、デバイス間のペアリング{{efn|あるデバイスA-B間でコネクションを実施するための一連の手順のこと。通信内容の暗号化などがおこなわれる。}}コネクション実施やデータ送受信の方法、また通信周波数定義・制御などのハードウェア的定義が含まれている<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう 2.プロトコルの基本 p17-37</ref>。

=== プロファイル ===
プロファイルには、「あるBLEデバイスにおいて用いられる、データの送受信定義やユースケースなど」が含まれる。プロファイルのうち、GATTとGAPはプロトコルに含まれる特殊なプロファイルであり、そのほかのプロファイルとは区別される。また、Bluetooth BR/EDRにおけるプロファイルとは全くの別物であり、定義などに互換性はない。

==== GAPとGATT ====
汎用アクセスプロファイル（Generic Access Profile, '''GAP'''）に定義されているのは、ブロードキャストや検索の方法、コネクションの確立・管理方法などである。BLE仕様においては最上位となる定義であり、すべてのBLEデバイスがこの定義に準拠、またサポート・実装していなければならない。

汎用属性（アトリビュート）プロファイル（Generic Attribute Profile, '''GATT'''）に定義されているのは、あるデバイスが保持しているデータ要素の検索方法や、書き込み・読み出し・プッシュをおこなうための基本的なデータモデル{{efn|これはデータ片（属性、アトリビュート）の集合体である。}}を定義している。すべてのBLEデバイスは、GATTで定義されている仕様のもとにデータのやり取りをおこなう{{efn|例えば、体温計プロファイルの場合、「温度」というデータ属性が定義されており、この属性をやりとりすることによって、データの送受信をおこなう。}}。そのほかのプロファイルでおこなわれるデータ定義の基底となっており、データ層の最上位となる定義である。

==== そのほかのプロファイル ====
GAPおよびGATT以外のプロファイルは、あるユースケースにおいて、各デバイスの振る舞いやデータ構成などを定めた、仕様セットである。Bluetooth SIG自身によって策定されたプロファイルには以下のようなものがある<ref>Bluetooth Low Energyをはじめよう p14-16</ref>。

* Find Me Profile - あるデバイスの位置を特定するためのプロファイル
* HID over GATT Profile - Bluetooth BR/EDRにおける[[ヒューマン・インタフェース・デバイス|Human Interface Device]] Profileにあたるプロファイル。マウス、キーボードなどに用いる
* Health Thermometer Profile - [[体温計]]プロファイル

すべての策定済みのプロファイルについては、[https://www.bluetooth.com/specifications/adopted-specifications Bluetooth SIG Adopted Specifications]にリストがある<ref>Adopted Bluetooth Profiles, Services, Protocols and Transports - GATT-Based Specification節。</ref>。

また、Bluetooth SIGが策定していないユースケースのために、メーカーが独自にプロファイルを策定することも認められている。[[iBeacon]]は、そのようなプロファイルのひとつである。

== アプリケーション ==
Bluetooth SIGは、元のBluetooth仕様から借用して、BLEデバイス用のいくつかの[[#プロファイル|プロファイル]]を定義している。製造業者には、互換性を確保するために、デバイスに適切な仕様を実装することが期待される。デバイスには、複数のプロファイルの実装が含まれる場合がある。

{{いつ範囲|date=2023-07|現在}}のBLEアプリケーションプロファイルの多くはGeneric Attribute Profile（GATT）に基づいている<ref>{{Cite web |title=Core Specification 5.3 – Bluetooth® Technology Website |url=https://www.bluetooth.com/specifications/specs/core-specification-5-3/ |website=www.bluetooth.com |access-date=2022-07-17}}</ref>。これは、LEリンクを介して属性と呼ばれる短いデータを送受信するための一般的な仕様である。Bluetoothメッシュプロファイルはこのルールの例外であり、General Access Profile（GAP）に基づいている<ref>{{Cite web |title=Mesh Networking |url=https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/recent-enhancements/mesh/ |website=Bluetooth® Technology Website |access-date=2022-07-17 |language=en-US}}</ref>。

=== メッシュプロファイル ===
Bluetoothメッシュプロファイルは、Bluetooth Low Energyを使用して、ネットワーク内の他のBLEデバイスと通信する。各デバイスは、情報を「メッシュ」を構成した他のBLEデバイスを経由して転送する。たとえば、1台のスマートフォンから建物全体の照明をオフにできる。

* MESH（メッシュプロファイル）- ベースメッシュネットワーキング用。
* MMDL（メッシュモデル）- アプリケーション層の定義用。あいまいさを避けるために、メッシュ仕様では「プロファイル」の代わりに「モデル」という用語が使用されている。

=== ヘルスケアプロファイル ===
ヘルスケアアプリケーションのBLEデバイスには多くのプロファイルがある。Continua Health Alliance コンソーシアムは、Bluetooth SIGと協力してこれらを推進している。

* BLP（Blood Pressure Profile）- 血圧測定用。
* HTP（Health Thermometer Profile）- 医療用温度測定デバイス用。
* GLP（Glucose Profile）- 血糖値モニター用。
* CGMP（Continuous Glucose Monitor Profile）- 連続血糖値モニター用

=== スポーツとフィットネスのプロファイル ===
スポーツおよびフィットネスアクセサリーのプロファイルは次のとおり。

* BCS（ボディコンポジションサービス）
* CSCP (Cycling Speed and Cadence Profile) - 自転車やエアロバイクに取り付けられたケイデンスや車速の計測センサー用
* CPP（サイクリングパワープロファイル）
* HRP（心拍数プロファイル）- 心拍数
* LNP（ロケーションおよびナビゲーションプロファイル）
* RSCP（走行速度とケイデンスプロファイル）
* WSP（体重計プロファイル）

=== インターネット接続 ===
* IPSP（インターネットプロトコルサポートプロファイル）

=== 汎用センサー ===
* ESP（環境センシングプロファイル）
* UDS（ユーザーデータサービス）

=== HID接続 ===
* HOGP（HID over GATT Profile）により、BLE対応のワイヤレスマウス、キーボード、およびその他のデバイスが可能になり、バッテリー寿命が長持ちする。

=== 近接センシング ===
このアプリケーションは、「常時接続」デバイスで長いバッテリー寿命を提供するのに最適である。iBeaconデバイスの製造業者は、Apple社のiOSデバイスがサポートする近接センシング機能を利用するために、デバイスに適切な仕様を実装している。

関連するアプリケーションプロファイルは次のとおり。

* FMP（“find me”プロファイル）を使用すると、1番目のデバイスが2番目の置き忘れたデバイスにアラートを発行できる。
* PXP（近接プロファイル）を使用すると、近接モニターは、近接レポーターが近距離にあるかどうかを検出できる。 物理的な近接度は、無線受信機の RSSI 値を使用して推定でき、距離の絶対的な校正はしていないが、通常デバイス間の距離が設定されたしきい値を超えるとアラームを鳴らすことができる。

=== アラートとタイムプロファイル ===
* 電話アラートステータスプロファイルとアラート通知プロファイルを使用すると、クライアントデバイスは別のデバイスからの着信アラートなどの通知を受信できる。
* タイム (Time) プロファイル<ref>[https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/specs/time-profile-1-0/ タイムプロファイル｜Bluetooth®テクノロジーウェブサイト]</ref>を使用すると、サーバーデバイス側のネットワーク時刻をもとに、クライアントデバイスの現在時刻やタイムゾーンを設定（同期）することができる。例えば腕時計と携帯電話の間など。

=== バッテリー ===
* バッテリーサービスは、デバイス内の単一バッテリーまたはバッテリーセットの、バッテリー状態とバッテリーレベルを公開する。

=== オーディオ ===
2020年1月に発表されたLE Audioは、従来のBluetooth音声規格 (Classic Audio) を再定義するものとなる<ref>{{Cite web|和書|title=LE Audio｜Bluetooth®テクノロジーウェブサイト |url=https://www.bluetooth.com/ja-jp/learn-about-bluetooth/recent-enhancements/le-audio/ |website=Bluetooth®テクノロジーウェブサイト |access-date=2022-07-17 |language=ja-jp}}</ref><ref>{{Cite web|和書|title=次世代Bluetooth「LE Audio」で何が変わる? ソニーキーマンに聞いた【藤本健のDigital Audio Laboratory】 |url=https://av.watch.impress.co.jp/docs/series/dal/1414684.html |website=AV Watch |date=2022-06-06 |access-date=2022-07-17 |language=ja |publisher=株式会社インプレス}}</ref>。デフォルトのコーデックとして[[LC3]]を採用した。Bluetooth 5.2の非同期転送とあわせて低遅延となっており、マルチストリームの仕様も標準化された。音源デバイスからの1つまたは複数の音声ストリームを、無制限の数のヘッドホンで同時に受信することができる。また補聴器のサポートも追加される。標準のBluetoothオーディオ (SBC) と比較して、バッテリー寿命が長くなっている。

2022年7月に、LE Audioのフルセットの仕様が完成した<ref>{{Cite web|和書|title=Just Announced: The Complete Suite of LE Audio Specifications Is Now Available |url=https://www.bluetooth.com/ja-jp/blog/just-announced-the-complete-suite-of-le-audio-specifications-is-now-available/ |website=Bluetooth® Technology Website |date=2022-07-12 |access-date=2022-07-17 |language=ja-JP}}</ref>。

=== 接触追跡と通知 ===
2020年12月、Bluetooth SIGは、COVID-19のパンデミックに対応するためウェアラブル接触通知サービスの仕様案をリリースした。このサービスにより、ウェアラブルデバイスの接触通知サービスは、スマートフォンなどのクライアントデバイスと通信して制御できるようになる<ref>{{Cite web |title=COVID-19 Pandemic Response Solutions |url=https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/use-cases/covid/ |website=Bluetooth® Technology Website |access-date=2022-07-17 |language=en-US}}</ref>。

== ハードウェア実装 ==
=== チップ ===
=== チップ ===
2009年の後半以降、Bluetooth Smartの[[集積回路|ICチップ]]の製造が多くの製造業者からアナウンスされた。実装には[[ソフトウェア無線]]が広く用いられるため、仕様のアップデートは[[ファームウェア]]のアップグレードによって適用することができる。
2009年の後半以降、Bluetooth Smartの[[集積回路|ICチップ]]の実装（製品）が多くの製造業者からアナウンスされた。実装には一般的に[[ソフトウェア無線]] (software radio) が使用されるため、仕様のアップデートには[[ファームウェア]]のアップグレードによって対応することができる（ハードウェアの変更は不要）。

== 対応OS ==
* PC
** [[Microsoft Windows]]: セントラルロールは[[Microsoft Windows 8|Windows 8]]以降<ref>[https://github.com/MicrosoftDocs/windows-driver-docs/blob/026a7a01adcb76633616ad6242cc48065a5d2a4a/windows-driver-docs-pr/bluetooth/bluetooth-support-in-previous-windows-versions.md windows-driver-docs/windows-driver-docs-pr/bluetooth/bluetooth-support-in-previous-windows-versions.md at c70f46aa2e02f88db0308d7353d1e5b386310253 · MicrosoftDocs/windows-driver-docs · GitHub]</ref><ref>[https://github.com/MicrosoftDocs/windows-driver-docs/blob/2cf1244ca5ff5eedb51805ca82f75f0d0ad88c32/windows-driver-docs-pr/bluetooth/bluetooth-low-energy-overview.md windows-driver-docs/windows-driver-docs-pr/bluetooth/bluetooth-low-energy-overview.md at 2cf1244ca5ff5eedb51805ca82f75f0d0ad88c32 · MicrosoftDocs/windows-driver-docs · GitHub]</ref><ref>[https://github.com/MicrosoftDocs/windows-driver-docs/blob/026a7a01adcb76633616ad6242cc48065a5d2a4a/windows-driver-docs-pr/bluetooth/implementing-a-bluetooth-le-proximity-profile-device-and-application.md windows-driver-docs/windows-driver-docs-pr/bluetooth/implementing-a-bluetooth-le-proximity-profile-device-and-application.md at 026a7a01adcb76633616ad6242cc48065a5d2a4a · MicrosoftDocs/windows-driver-docs · GitHub]</ref>{{efn|[[Windowsランタイム]] (WinRT) APIでのサポートはWindows 8.1以降<ref>[https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions/windows/bg182882(v=win.10)#bluetooth-device-support Devices - Windows app development | Microsoft Docs] - Bluetooth device support</ref><ref>[https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions//hh920511(v=vs.85) Windows 8 and 8.1 API Index (Windows) | Microsoft Docs]</ref>。また、Windows 8.xでBLEデバイスにアクセスするには、設定UIで事前にペアリングを済ませておく必要がある。}}、ペリフェラルロールは[[Microsoft Windows 10|Windows 10]] Creators Update (バージョン1703, Build 15063) 以降<ref name="msdocs_uwp_ble_overview">[https://docs.microsoft.com/en-us/windows/uwp/devices-sensors/bluetooth-low-energy-overview Bluetooth Low Energy - UWP applications | Microsoft Docs]</ref><ref>[https://blogs.windows.com/windowsdeveloper/2017/01/13/new-bluetooth-features-in-creators-update-gatt-server-bluetooth-le/ New Bluetooth features in Windows 10 Creators Update (a.k.a. GATT Server and friends) - Windows Developer Blog]</ref><ref>[https://docs.microsoft.com/ja-jp/uwp/api/windows.devices.bluetooth.bluetoothadapter.isperipheralrolesupported BluetoothAdapter.IsPeripheralRoleSupported Property (Windows.Devices.Bluetooth) - Windows UWP applications | Microsoft Docs]</ref>。
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<!--
最新のリファレンスからは、Windows 8.xを含む旧OSに関する記述が削除されてしまっているので、GitHub上の過去のリビジョンを出典として使っている。
Starting in late 2009, Bluetooth Smart [[集積回路|integrated circuit]] implementations were announced by a number of manufacturers. Implementations commonly use [[ソフトウェア無線|software radio]] so updates to the specification can be accommodated through a [[ファームウェア|firmware]] upgrade.
<ref>[https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/bluetooth/bluetooth-support-in-previous-windows-versions#whats-new-in-windows8 Bluetooth Version and Profile Support in Previous Windows Versions - Windows drivers | Microsoft Docs] - What's new in Windows 8?</ref>
<ref>[https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/bluetooth/bluetooth-low-energy-overview Bluetooth Low Energy Overview - Windows drivers | Microsoft Docs]</ref><ref>[https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/bluetooth/bluetooth-low-energy-functions Bluetooth Low Energy Functions - Windows drivers | Microsoft Docs]</ref>
<ref>[https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/bluetooth/implementing-a-bluetooth-le-proximity-profile-device-and-application Bluetooth LE Proximity Profile Overview - Windows drivers | Microsoft Docs]</ref>
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** [[macOS]]: セントラルロールはバージョン10.7以降<ref>[https://developer.apple.com/documentation/corebluetooth/cbcentralmanager CBCentralManager | Apple Developer Documentation]</ref>、ペリフェラルロールはバージョン10.9以降<ref>[https://developer.apple.com/documentation/corebluetooth/cbperipheralmanager CBPeripheralManager | Apple Developer Documentation]</ref><ref>[https://developer.apple.com/library/archive/documentation/NetworkingInternetWeb/Conceptual/CoreBluetooth_concepts/AboutCoreBluetooth/Introduction.html About Core Bluetooth | Documentation Archive]</ref>。
** [[Linux]] 3.4以降（[[BlueZ]] 5.0による対応）<ref>{{cite web |url=http://padovan.org/blog/2013/02/the-big-changes-of-bluez-5/ |title=The big changes of BlueZ 5|author=Gustavo Padovan|date=2013-02-22|quote=As the MGMT interface is the only one to support the new Bluetooth Low Energy devices, BlueZ developers decided to drop support for the old interface once MGMT was completed. As a result, you need to be running Linux Kernel 3.4 or newer to use BlueZ 5.|accessdate=2014-9-7}}</ref>
* モバイル
** [[Android (オペレーティングシステム)|Android]]: セントラルロールはバージョン4.3以降<ref>[https://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le?hl=ja Bluetooth Low Energy の概要 | Android デベロッパー | Android Developers]</ref>、ペリフェラルロールはバージョン5.0以降<ref>[https://developer.android.com/about/versions/android-5.0?hl=ja#BluetoothBroadcasting Android 5.0 API | Android デベロッパー | Android Developers]</ref>。Bluetooth 5対応はバージョン8.0以降<ref>[https://source.android.com/devices/bluetooth?hl=ja Bluetooth | Android オープンソース プロジェクト | Android Open Source Project]</ref>。
** [[iOS]]: セントラルロールはバージョン5.0以降<ref>[https://developer.apple.com/library/archive/releasenotes/General/WhatsNewIniOS/Articles/iOS5.html What's New in iOS 5.0 | Documentation Archive]</ref>、ペリフェラルロールはバージョン6.0以降<ref>[https://developer.apple.com/library/archive/releasenotes/General/WhatsNewIniOS/Articles/iOS6.html What's New in iOS 6.0 | Documentation Archive]</ref><ref>[https://blog.fenrir-inc.com/jp/2013/10/bluetooth-le-ios-1.html 【連載】Bluetooth LE (2) iOS デバイスで Bluetooth LE 機器を使う (フェンリル | デベロッパーズブログ)]</ref>。
** [[Windows Phone]] 8.1以降<ref>{{Cite web |url=http://blogs.msdn.com/b/thunbrynt/archive/2014/05/05/windows-phone-8-1-for-developers-introducing-bluetooth-le.aspx |publisher=MSDN Blogs |title=Windows Phone 8.1 for Developers–Introducing Bluetooth LE |author=Brynte |date=2014-05-04 |accessdate=2014-05-18 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140516033439/http://blogs.msdn.com/b/thunbrynt/archive/2014/05/05/windows-phone-8-1-for-developers-introducing-bluetooth-le.aspx |archivedate=2014-05-16 |url-status=dead|url-status-date=2021-12-12}}</ref>
** [[BlackBerry]] 10<ref>http://press.blackberry.com/press/2013/blackberry-supports-bluetooth-smart-ready-to-drive-m2m-applicati.html</ref>


Bluetooth LEアプリケーションを開発するには、OSによるGATT APIのサポートが必要となる。
=== ハードウェア ===
現在{{いつ|post-text=から|date=2014年9月}}広く普及しているハードウェアやソフトウェアは旧来のBluetoothとLEの両方をサポートしている。Bluetooth SIGは[http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Smart-Devices-List.aspx デバイスリストを公開している]。


BLEペリフェラルデバイスと接続・通信するための機能を[[ウェブブラウザ]]上で提供するための実験的な技術として、Web Bluetooth APIも策定されている<ref>[https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Web_Bluetooth_API Web Bluetooth API - Web APIs | MDN]</ref>。
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Current mobile devices are commonly released with hardware and software support for both Classic Bluetooth and the Bluetooth Smart standard. The Bluetooth SIG [http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Smart-Devices-List.aspx maintains a list of devices].
== ターゲット市場 ==
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Bluetooth SIGは省電力技術の市場としてスマートホーム、健康、スポーツ、フィットネスをはじめとするたくさんの市場があるとしている<ref>[http://www.bluetooth.com/Pages/market.aspx Bluetooth SIG 'Markets' pages]{{リンク切れ|date=2021-12}}</ref>。例えば以下のようなものが挙げられる。
=== OS ===
* [[ボタン電池]]で月単位や年単位で動く機器（必要とする電力が少ないため）
* [[iOS (アップル)|iOS]] 5以降<ref>https://developer.apple.com/library/ios/releasenotes/General/WhatsNewIniOS/Articles/iOS5.html#//apple_ref/doc/uid/TP30915195-SW1</ref>
* サイズが小さく、低価格な機器
* [[Windows Phone]] 8.1<ref>{{cite web |url=http://blogs.msdn.com/b/thunbrynt/archive/2014/05/05/windows-phone-8-1-for-developers-introducing-bluetooth-le.aspx |publisher=MSDN Blogs |title=Windows Phone 8.1 for Developers–Introducing Bluetooth LE |author=Brynte |date=2014-05-04 |accessdate=2014-05-18}}</ref>
* 市場シェアの大きい携帯電話、タブレット、PC周辺機器などへの対応
* [[Windows 8]]<ref>http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/hardware/dn423914(v=vs.85).aspx</ref>

* [[Android]] 4.3以降<ref>http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html</ref>
== 脚注 ==
* [[BlackBerry]] 10<ref>http://press.blackberry.com/press/2013/blackberry-supports-bluetooth-smart-ready-to-drive-m2m-applicati.html</ref>
=== 注釈 ===
* [[Linux]] 3.4以降（[[BlueZ]] 5.0による対応）<ref>{{cite web |url=http://padovan.org/blog/2013/02/the-big-changes-of-bluez-5/ |title=The big changes of BlueZ 5|author=Gustavo Padovan|date=2013-02-22|quote=As the MGMT interface is the only one to support the new Bluetooth Low Energy devices, BlueZ developers decided to drop support for the old interface once MGMT was completed. As a result, you need to be running Linux Kernel 3.4 or newer to use BlueZ 5.|accessdate=2014-9-7}}</ref>
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=== 出典 ===
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== 参考 ==
== 参考文献 ==
* 「Bluetooth Low Energyをはじめよう」 Kebin Townsend、Carles Cufi、Akiba、Robert Davidson著、水原文訳、オライリー・ジャパン、2015年。 ISBN 978-4-87311-713-3
<references />


== 関連項目 ==
== 関連項目 ==
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[[Category:Bluetooth]]
[[Category:モバイルネットワーク]]
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2024年7月10日 (水) 22:50時点における最新版

Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE, BLE) とは、無線PAN技術である Bluetooth の一部で、バージョン 4.0 から追加になった低消費電力の通信モード。Bluetooth は Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) と Bluetooth Low Energy (LE) から構成される[1]。

従来からの BR/EDR と比較して、省電力かつ省コストで通信や実装を行うことを意図して設計されている。BR/EDR とは独立しており、互換性は持たないが、BR/EDR と LE の同居は可能である。もとの仕様はWibreeという名称で2006年にNokiaによって開発されたものであり[2]、これが2009年12月に Bluetooth Low Energy として Bluetooth 4.0 に統合された。

パーソナルコンピュータ（PC: Windows、macOS、Linuxなど）やモバイル端末（Androidデバイス、iPhone/iPad/Apple Watch[注釈 1]、Windows Phone、BlackBerryなど）において標準でBluetooth Low Energyに対応しており広く普及している。スポーツとフィットネス、医療、PC周辺機器[3]、ビーコン[4]などに利用されている。

概要

[編集]

BLEの基礎となったのは、Nokiaによって制定された「Wibree」という仕様である。その後、Bluetooth Special Interest Group（英語版） (Bluetooth SIG) に引き継がれ、2009年12月にBluetooth 4.0に追加されたものが、最初のBLEである。以降はそのアップデート版として、2013年12月にBluetooth 4.1、2014年12月に4.2、2016年12月に5.0、2019年1月に5.1、2020年1月に5.2、2021年7月に5.3がそれぞれ策定・発表されている[5][注釈 2]。なお、BLE 4.0および4.1、4.2の間には後方互換性が保証されている。

このように、BLEは従来からのBR/EDRのメジャー・バージョンアップ版としてではなく、そもそも別個の規格として策定された仕様である。BR/EDRと比較して「省エネルギーであること」「複雑でないこと」「低コストであること」などを謳っており、その特徴を獲得することに仕様策定の目的が絞られている[7][8]。事実、安価なハードウェア、簡素で拡張性のあるデータモデルが実現されており、BLE普及の原動力となっている[9]。

呼称

[編集]

Bluetoothバージョン4.0 (Bluetooth 4.0) がリリースされた2009年当時、呼称としては、「Bluetooth Smart」および「Bluetooth Smart Ready」などといったものがあった。従来のBluetooth BR/EDRのみが実装されたものを「Bluetooth」、Bluetooth LEのみが実装されたものを「Bluetooth Smart」、Bluetooth LEおよびBR/EDRの両方が実装されたものを「Bluetooth Smart Ready」と呼称することが提案されていた[10]。また、これらの互換性をわかりやすくするため、Bluetooth SIGはロゴ策定の計画を2011年に発表していた[11]。

しかし2016年に、Bluetooth SIGより「Bluetooth Smart」および「Bluetooth Smart Ready」の商標廃止が通達され、以降はBluetoothのみとなった[12]｡

Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) は、「Bluetoothクラシック」(Bluetooth Classic) と呼ばれることもある[13][14]。

機能

[編集]

Bluetooth BR/EDRとの互換性

[編集]

Bluetooth LEはBluetooth BR/EDRとは異なる規格であるため、互換性を持たない。しかしながら、Bluetooth 4.0の仕様書においては、LEとBR/EDRのどちらか、あるいは両方の実装をすることが許可されている（デバイスタイプとしては、BR/EDR、LE only、BR/EDR/LEの3通りがある）。また、LEはBR/EDRと同様の2.4 GHzの周波数帯を利用している。これにより両方をサポートするデバイスでは、ハードウェアとしては一つのアンテナを共有することができる。

互換性について、Bluetooth SIGによってデバイスリスト[リンク切れ]が公開されている。

通信速度と到達距離

[編集]

BLEにおける通信速度の規格値は、Bluetooth 4.0は1Mbps[15]、5は2Mbps, 1Mbps, 500kbps, 125kbpsである。ただし、様々な制約により、現実的な通信速度は10kbps程度にとどまる[15][16]。これは、BLEが「省エネルギー」を主眼に置いており、「通信速度を最低限に抑えれば消費エネルギーも少ない」というトレードオフの結果である。

また、到達距離についても、30メートル以上の距離を設定することは可能ではあるが、実際には5メートル程度にまで短くされる。これも通信速度と同様の理由による。Bluetooth 5 では通信速度を 125 kbps にすることで最大到達距離が400mとなった。

ネットワーク構成

[編集]

BLEでは、デバイスとデバイスが通信をおこなう方法として、ブロードキャスト[17]とコネクション[18]という2つの方法を定義している[19]。なお、あるBLEネットワーク内において、これらの方法が混合して存在し、通信をおこなっていてもかまわない[20]。

ブロードキャスト

[編集]

ブロードキャストは、あるBLEデバイスから別のBLEデバイスに対して、一方的にデータを送信するための通信方法である。あるBLEデバイスが、一定周期でデータを発信し続け、別のBLEデバイスがそれをスキャン・受信することによって、データのやり取りをおこなう。

この通信方法において、データを発信するデバイスをブロードキャスター、データを受信するデバイスをオブザーバーと呼ぶ。また、ブロードキャスターが発信しているデータのことをアドバタイズパケットと呼ぶ。アドバタイズパケットには、仕様に定められた範囲内で、自由なデータを設定することができる。

あるひとつのブロードキャスターが、不特定多数のオブザーバーに対して、同時に同じデータを発信できることが特徴で、よって機密性を要求されるようなデータのやり取りには不適である。例えば、「測定した温度データを一定周期に発信し続ける温度計（ブロードキャスター）」と、「受信した温度データを利用者に通知するアプリケーション（オブザーバー）」といったような利用法がある。

現実に利用されている例にAppleによって策定されているiBeaconがある[21]。

コネクション

[編集]

コネクションは、あるBLEデバイスと別のBLEデバイスとの間で、相互にデータを送受信するための通信方法である。ブロードキャストとことなり、データの送受信は、コネクションに参加したデバイス間のみで、プライベートにおこなわれる。

この通信方法において、通信のホスト（コネクションを開始する側）となるデバイスをセントラルもしくはマスター、セントラルからのコネクション開始要求を受け付け、以降セントラルによって定められたタイミングでデータの送受信をおこなうデバイスをペリフェラルもしくはスレーブと呼ぶ。一般にセントラルはスマートフォンやタブレット、PCが担当する。ペリフェラルは、それらのデバイスから利用される周辺機器が担当する[22]。意図的に、セントラルよりもペリフェラルのほうが実装要件が安易・安価となるよう設計されており、これはペリフェラルデバイス（BLEに対応した周辺機器）が多く開発される理由にもなっている[22]。1つのセントラルは複数のペリフェラルと接続することができる。最大接続数にBLE仕様上の制限はないが、リソースの関係上、実際には最大8台などに制限されている[23]。一方、1つのペリフェラルは1つのセントラルにしか接続できない。

通信には汎用属性（アトリビュート）プロファイル（Generic Attribute Profile, GATT）というデータ構造定義を用いており、GATTは広範な拡張性をもつため、各種デバイスは様々な目的のためにコネクションという通信方法を利用することができる。

PC・スマートフォン・タブレットに使われるOSおよびBluetoothアダプターは一般的にセントラルロールをサポートするが、ペリフェラルロールをサポートするかどうかは各デバイスのOSおよびハードウェア次第である[24][25][26]。サーバー向けOSはBluetooth自体をサポートしていないものもある。

多くのアプリケーションでは接続処理が完了すると、セントラルとペリフェラルは、一方がサーバーになり、もう一方がクライアントになる。通常はペリフェラル側がサーバーになり、セントラル側がクライアントになるが、用途によっては逆でも構わない[27][23]。GAPのセントラル／ペリフェラルとGATTのクライアント／サーバーの役割は互いに独立している[28]。

プロトコルとプロファイル

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BLEには、Bluetooth BR/EDRと同様に、プロトコルとプロファイルというふたつの仕様定義が存在している[29]。

プロトコル

[編集]

プロトコルには、「あらゆるBLEデバイスが利用する」定義が含まれる。以下のようなものである[30]。なお、先に示すものほど機械的には低レベルな定義であり、後に示すものほどプログラム的な仕様定義となる。

  • コントローラー
    • 物理層（PHY）
    • リンク層（LL）
    • ホストコントローラーインターフェイス（HCI）
  • ホスト
    • ホストコントローラーインターフェイス
    • セキュリティ・マネージャ（SM）
    • 属性（アトリビュート）プロトコル（Attribute Protocol, ATT）
    • 論理リンク制御およびアダプテーションプロトコル（Logical Link Control and Adaptation Protocol, L2CAP）
    • 汎用属性（アトリビュート）プロファイル（Generic Attribute Profile, GATT）
    • 汎用アクセスプロファイル（Generic Access Profile, GAP）
  • アプリケーション

これらの定義には、デバイス間のペアリング[注釈 3]コネクション実施やデータ送受信の方法、また通信周波数定義・制御などのハードウェア的定義が含まれている[31]。

プロファイル

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プロファイルには、「あるBLEデバイスにおいて用いられる、データの送受信定義やユースケースなど」が含まれる。プロファイルのうち、GATTとGAPはプロトコルに含まれる特殊なプロファイルであり、そのほかのプロファイルとは区別される。また、Bluetooth BR/EDRにおけるプロファイルとは全くの別物であり、定義などに互換性はない。

GAPとGATT

[編集]

汎用アクセスプロファイル（Generic Access Profile, GAP）に定義されているのは、ブロードキャストや検索の方法、コネクションの確立・管理方法などである。BLE仕様においては最上位となる定義であり、すべてのBLEデバイスがこの定義に準拠、またサポート・実装していなければならない。

汎用属性（アトリビュート）プロファイル（Generic Attribute Profile, GATT）に定義されているのは、あるデバイスが保持しているデータ要素の検索方法や、書き込み・読み出し・プッシュをおこなうための基本的なデータモデル[注釈 4]を定義している。すべてのBLEデバイスは、GATTで定義されている仕様のもとにデータのやり取りをおこなう[注釈 5]。そのほかのプロファイルでおこなわれるデータ定義の基底となっており、データ層の最上位となる定義である。

そのほかのプロファイル

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GAPおよびGATT以外のプロファイルは、あるユースケースにおいて、各デバイスの振る舞いやデータ構成などを定めた、仕様セットである。Bluetooth SIG自身によって策定されたプロファイルには以下のようなものがある[32]。

  • Find Me Profile - あるデバイスの位置を特定するためのプロファイル
  • HID over GATT Profile - Bluetooth BR/EDRにおけるHuman Interface Device Profileにあたるプロファイル。マウス、キーボードなどに用いる
  • Health Thermometer Profile - 体温計プロファイル

すべての策定済みのプロファイルについては、Bluetooth SIG Adopted Specificationsにリストがある[33]。

また、Bluetooth SIGが策定していないユースケースのために、メーカーが独自にプロファイルを策定することも認められている。iBeaconは、そのようなプロファイルのひとつである。

アプリケーション

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Bluetooth SIGは、元のBluetooth仕様から借用して、BLEデバイス用のいくつかのプロファイルを定義している。製造業者には、互換性を確保するために、デバイスに適切な仕様を実装することが期待される。デバイスには、複数のプロファイルの実装が含まれる場合がある。

現在[いつ?]のBLEアプリケーションプロファイルの多くはGeneric Attribute Profile（GATT）に基づいている[34]。これは、LEリンクを介して属性と呼ばれる短いデータを送受信するための一般的な仕様である。Bluetoothメッシュプロファイルはこのルールの例外であり、General Access Profile（GAP）に基づいている[35]。

メッシュプロファイル

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Bluetoothメッシュプロファイルは、Bluetooth Low Energyを使用して、ネットワーク内の他のBLEデバイスと通信する。各デバイスは、情報を「メッシュ」を構成した他のBLEデバイスを経由して転送する。たとえば、1台のスマートフォンから建物全体の照明をオフにできる。

  • MESH（メッシュプロファイル）- ベースメッシュネットワーキング用。
  • MMDL（メッシュモデル）- アプリケーション層の定義用。あいまいさを避けるために、メッシュ仕様では「プロファイル」の代わりに「モデル」という用語が使用されている。

ヘルスケアプロファイル

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ヘルスケアアプリケーションのBLEデバイスには多くのプロファイルがある。Continua Health Alliance コンソーシアムは、Bluetooth SIGと協力してこれらを推進している。

  • BLP（Blood Pressure Profile）- 血圧測定用。
  • HTP（Health Thermometer Profile）- 医療用温度測定デバイス用。
  • GLP（Glucose Profile）- 血糖値モニター用。
  • CGMP（Continuous Glucose Monitor Profile）- 連続血糖値モニター用

スポーツとフィットネスのプロファイル

[編集]

スポーツおよびフィットネスアクセサリーのプロファイルは次のとおり。

  • BCS（ボディコンポジションサービス）
  • CSCP (Cycling Speed and Cadence Profile) - 自転車やエアロバイクに取り付けられたケイデンスや車速の計測センサー用
  • CPP（サイクリングパワープロファイル）
  • HRP（心拍数プロファイル）- 心拍数
  • LNP（ロケーションおよびナビゲーションプロファイル）
  • RSCP（走行速度とケイデンスプロファイル）
  • WSP（体重計プロファイル）

インターネット接続

[編集]
  • IPSP（インターネットプロトコルサポートプロファイル）

汎用センサー

[編集]
  • ESP（環境センシングプロファイル）
  • UDS（ユーザーデータサービス）

HID接続

[編集]
  • HOGP（HID over GATT Profile）により、BLE対応のワイヤレスマウス、キーボード、およびその他のデバイスが可能になり、バッテリー寿命が長持ちする。

近接センシング

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このアプリケーションは、「常時接続」デバイスで長いバッテリー寿命を提供するのに最適である。iBeaconデバイスの製造業者は、Apple社のiOSデバイスがサポートする近接センシング機能を利用するために、デバイスに適切な仕様を実装している。

関連するアプリケーションプロファイルは次のとおり。

  • FMP（“find me”プロファイル）を使用すると、1番目のデバイスが2番目の置き忘れたデバイスにアラートを発行できる。
  • PXP（近接プロファイル）を使用すると、近接モニターは、近接レポーターが近距離にあるかどうかを検出できる。 物理的な近接度は、無線受信機の RSSI 値を使用して推定でき、距離の絶対的な校正はしていないが、通常デバイス間の距離が設定されたしきい値を超えるとアラームを鳴らすことができる。

アラートとタイムプロファイル

[編集]
  • 電話アラートステータスプロファイルとアラート通知プロファイルを使用すると、クライアントデバイスは別のデバイスからの着信アラートなどの通知を受信できる。
  • タイム (Time) プロファイル[36]を使用すると、サーバーデバイス側のネットワーク時刻をもとに、クライアントデバイスの現在時刻やタイムゾーンを設定（同期）することができる。例えば腕時計と携帯電話の間など。

バッテリー

[編集]
  • バッテリーサービスは、デバイス内の単一バッテリーまたはバッテリーセットの、バッテリー状態とバッテリーレベルを公開する。

オーディオ

[編集]

2020年1月に発表されたLE Audioは、従来のBluetooth音声規格 (Classic Audio) を再定義するものとなる[37][38]。デフォルトのコーデックとしてLC3を採用した。Bluetooth 5.2の非同期転送とあわせて低遅延となっており、マルチストリームの仕様も標準化された。音源デバイスからの1つまたは複数の音声ストリームを、無制限の数のヘッドホンで同時に受信することができる。また補聴器のサポートも追加される。標準のBluetoothオーディオ (SBC) と比較して、バッテリー寿命が長くなっている。

2022年7月に、LE Audioのフルセットの仕様が完成した[39]。

接触追跡と通知

[編集]

2020年12月、Bluetooth SIGは、COVID-19のパンデミックに対応するためウェアラブル接触通知サービスの仕様案をリリースした。このサービスにより、ウェアラブルデバイスの接触通知サービスは、スマートフォンなどのクライアントデバイスと通信して制御できるようになる[40]。

ハードウェア実装

[編集]

チップ

[編集]

2009年の後半以降、Bluetooth SmartのICチップの実装（製品）が多くの製造業者からアナウンスされた。実装には一般的にソフトウェア無線 (software radio) が使用されるため、仕様のアップデートにはファームウェアのアップグレードによって対応することができる（ハードウェアの変更は不要）。

対応OS

[編集]

Bluetooth LEアプリケーションを開発するには、OSによるGATT APIのサポートが必要となる。

BLEペリフェラルデバイスと接続・通信するための機能をウェブブラウザ上で提供するための実験的な技術として、Web Bluetooth APIも策定されている[60]。

ターゲット市場

[編集]

Bluetooth SIGは省電力技術の市場としてスマートホーム、健康、スポーツ、フィットネスをはじめとするたくさんの市場があるとしている[61]。例えば以下のようなものが挙げられる。

  • ボタン電池で月単位や年単位で動く機器（必要とする電力が少ないため）
  • サイズが小さく、低価格な機器
  • 市場シェアの大きい携帯電話、タブレット、PC周辺機器などへの対応

脚注

[編集]

注釈

[編集]
  1. ^ OSとしてはそれぞれiOS/iPadOS/watchOSが搭載されている。
  2. ^ 仕様書の最終更新とプレスリリースには時間差がある[6]。Bluetoothの記事も参照のこと。
  3. ^ あるデバイスA-B間でコネクションを実施するための一連の手順のこと。通信内容の暗号化などがおこなわれる。
  4. ^ これはデータ片（属性、アトリビュート）の集合体である。
  5. ^ 例えば、体温計プロファイルの場合、「温度」というデータ属性が定義されており、この属性をやりとりすることによって、データの送受信をおこなう。
  6. ^ Windowsランタイム (WinRT) APIでのサポートはWindows 8.1以降[44][45]。また、Windows 8.xでBLEデバイスにアクセスするには、設定UIで事前にペアリングを済ませておく必要がある。

出典

[編集]
  1. ^ Radio Versions | Bluetooth Technology Website
  2. ^ HowStuffWorks.com: Wibree
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参考文献

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  • 「Bluetooth Low Energyをはじめよう」 Kebin Townsend、Carles Cufi、Akiba、Robert Davidson著、水原文訳、オライリー・ジャパン、2015年。 ISBN 978-4-87311-713-3

関連項目

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＞25Gbps
有線
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有線
無線
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有線
無線
建物内（LAN）
有線
無線
個人内（PAN）
/ テザリング
有線
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