Bluetooth Low Energy

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^[1]。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。

Bluetooth LEはもともと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]、2010年にBluetooth 4.0として統合された。

Bluetooth SmartはOS XやLinux、Windows 8はもちろん、携帯端末のOSの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^[3]。

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。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。

Bluetooth LEは以前のバージョンのBluetoothでも使用している2.4 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 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^[4]。

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。^[5]。
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

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^[6]。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、パソコン機器などへの対応

プロファイル

3.0以前のBluetoothの仕様から言葉を借りると、Bluetooth SIGは低電力機器向けに様々なプロファイル（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。

現在の^[いつ?]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]}仕様である^[7]。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。

2014年にはCSR 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。^[8]^[9]^[10]

ヘルスケア用プロファイル

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。Continua Health Alliance（英語版）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。

HTP — 体温計向け
GLP — 血糖値計向け
BLP — 血圧計向け

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.

近距離への情報配信

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^[11]。

Appleが支援するIBeaconでは、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^[12]。

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。

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^[13]。
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受信信号強度（英語版）（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。

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NTPの送受信を行うような用途で用いられる。

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。

実装

チップ

2009年の後半以降、Bluetooth Smartの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。

ハードウェア

現在^{[いつから?]}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はデバイスリストを公開している。

OS

iOS 5以降^[14]
Windows Phone 8.1^[15]
Windows 8^[16]
Android 4.3以降^[17]
BlackBerry 10^[18]
Linux 3.4以降（BlueZ 5.0による対応）^[19]

参考

^ bluetooth.com: Bluetooth Smart
^ HowStuffWorks.com: Wibree
^ “Mobile Telephony Market”. Bluetooth Special Interest Group. January 16, 2014閲覧。
^ Bluetooth SMART marks, Bluetooth SIG press release
^ Bluetooth Smart Marks FAQ
^ Bluetooth SIG 'Markets' pages
^ Bluetooth SIG Adopted specifications
^ 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..."
^ 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..."
^ Video: CSR Mesh - Putting the smartphone at the centre of the Internet of Things
^ Casio watch with Bluetooth low energy profile
^ Inside iOS 7: iBeacons enhance apps' location awareness via Bluetooth LE
^ Find Me Profile specification
^ https://developer.apple.com/library/ios/releasenotes/General/WhatsNewIniOS/Articles/iOS5.html#//apple_ref/doc/uid/TP30915195-SW1
^ Brynte (2014年5月4日). “Windows Phone 8.1 for Developers–Introducing Bluetooth LE”. MSDN Blogs. 2014年5月18日閲覧。
^ http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/hardware/dn423914(v=vs.85).aspx
^ http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html
^ http://press.blackberry.com/press/2013/blackberry-supports-bluetooth-smart-ready-to-drive-m2m-applicati.html
^ Gustavo Padovan (2013年2月22日). “The big changes of BlueZ 5”. 2014年9月7日閲覧。 “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.”

互換性