What Are Bluetooth Profiles and What Are They For?
The way a device uses Bluetooth depends on its profile capabilities. The profiles provide standards that manufacturers follow to allow devices to use Bluetooth in the intended manner. For the Bluetooth Low Energy stack, according to Bluetooth 4.0 a special set of profiles applies.
How do Bluetooth profiles work?
Bluetooth Profiles are a set of rules that allow the technology to complete a particular task. For example, to connect a pair of headphones to another device, a specific Bluetooth profile (or rules) is used. A different Bluetooth profile is needed to transfer files from one device to another.
What is Google Bluetooth profile?
Bluetooth profiles on all devices
All Pixel and Nexus devices support these Bluetooth profiles: Advanced audio distribution profile (A2DP) You can stream high-quality audio (stereo or mono) using Bluetooth. For example, you can play music from your phone or tablet on a wireless headset or a compatible car audio system.
What does low profile Bluetooth mean?
Bluetooth Low Energy is an ultra-low power version of Bluetooth meant for low power sensors and accessories. It is ideal for applications that do not require continuous connection but depend on long battery life. It is not suitable for streaming audio.
What is Bluetooth HID profile?
HID device role has been implemented in bluedroid using classic bluetooth. The current usecase allows the android device to act as a mouse and keyboard combo device. To support other use cases like remote control and gamepad, the changes will be required in HID report descriptor.
What are the Bluetooth profiles?
- Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) .
- Attribute Profile (ATT) .
- Audio/Video Remote Control Profile (AVRCP) .
- Basic Imaging Profile (BIP) .
- Basic Printing Profile (BPP) .
- Common ISDN Access Profile (CIP) .
- Cordless Telephony Profile (CTP) .
- Device ID Profile (DIP)
What’s the best Bluetooth codec?
AptX supports 16-bit/48 kHz LCPM audio data up to 352 kbps, and is what is considered a ‘lossy compressed’ format. That means you get really small file sizes. This is the most popular consumer Bluetooth codec out there today for MP3s. Most Android smartphones support this Bluetooth audio codec.
How do you connect to HFP first?
Use the Android smartphone to establish a BLUETOOTH connection with the headset. On the Android smartphone connected to the headset, uncheck either [Phone audio] (HFP) or [Media audio] (A2DP). Touch [Settings] — [Bluetooth] — the setting icon next to [MDR-XB950BT].
Who invented Bluetooth?
Working in the mobile phone division of Ericsson in the mid-1990s, Dutch engineer Jaap Haartsen found a revolutionary way to connect electronic gadgets to each other at short range without the use of cables, using a variety of low-power radio frequencies.
What are Bluetooth services?
Bluetooth telephony services lets users stream calls and sync contacts from a phone to another Bluetooth device. These features are often used for hands-free calls when driving. In Android 8.0, Bluetooth supports in-band ringtone.
What is difference between Bluetooth and BLE?
When talking about Bluetooth Low Energy vs. Bluetooth, the key difference is in Bluetooth 4.0’s low power consumption. . Just like Bluetooth, BLE operates in the 2.4 GHz ISM band. Unlike classic Bluetooth, however, BLE remains in sleep mode constantly except for when a connection is initiated.
Which Bluetooth Avrcp version is best?
To play an audiovideo movement, it is recommended to use the Bluetooth version of not below 3.0. It is necessary to take into account that for the full use of the device as a player, it is extremely desirable Bluetooth version 4.0 and above, and better — with reduced power consumption.
Is it a SPP Bluetooth?
Bluetooth LE and Bluetooth SPP are both Bluetooth profiles (sometimes called «pairing modes»). . Unlike Bluetooth SPP (which isn’t supported on iOS devices; iPhones and iPads use Apple’s proprietary profile Bluetooth iAP/MFi instead), the process for pairing via BLE is the same on iOS and Android applications.
List 
Optimize 
Raspberry 
RF Wireless World
Bluetooth Profiles list | HFP HSP A2DP AVRCP PBAP MAP profile
Bluetooth profiles are standardized sets of protocols that define how Bluetooth devices communicate and interact with each other for specific purposes. We will explore list of bluetooth profiles including HSP, HFP, A2DP, PBAP, AVRCP and MAP bluetooth profile and difference between them.
Key features of Bluetooth technology:
• Bluetooth operates at 2.4 GHz ISM band.
• It covers range of about 10 to 100 meters.
• It is interference tolerant system as it supports AFH (Adaptive Frequency Hopping) capability.
• It provides reliable and secure wireless connectivity.
• It consumes low power.
• It is interoperable with various vendor devices.
• It suppors different operating systems such as windows, linux, android, iOS etc.
• Bluetooth standard has been maintained and developed by Bluetooth SIG.
• The different versions of bluetooth standards are bluetooth classic, bluetooth low energy (i.e. bluetooth smart) and bluetooth high speed.
Bluetooth Profiles List
The bluetooth profiles serve various communication and entertainment needs. It ensures compatibility and smooth interactions between different bluetooth enabled devices. The choice of profile depends on intended use case, such as making calls, listening to music, controlling media playback or accessing contact and message data. Let us understand each of these profiles one by one from the bluetooth profiles list.
HFP Bluetooth profile
HFP is designed for hands free calling in vehicles and headsets. It allows for voice calls and audio streaming. It provides call control functions viz. answer, end and reject calls.
• HFP stands for Hands Free Profile.
• It makes voice transmission between mobile phone and wireless headset in order to provide comfort while driving or during exercise.
• Audio is transmitted over synchronous SCO channel. Separate data channel is used to control audio stream.
• Other features are support for mono audio, sampling rates from 8 KHz to 16 KHz, audio delay of about 20 to 30 ms.
• HFP bluetooth profile supports audio codecs such as CVSD and mSBC.
• AT commands are used to control mobile phone.
HSP Bluetooth profile
It enables voice transmission between mobile phone and wireless bluetooth headset. The primary use case is mono voice calls using bluetooth headsets. It supports limited audio streaming capabilities and often used in mono bluetooth headsets.
• HSP stands for Headset Profile.
• Audio is transmitted over synchronous SCO channel.
• It has become obsolete due to availability of HFP profile.
• Other features of HSP bluetooth profile are mono audio, 8 KHz sampling, audio delay of 20 to 30 ms, CVSD codec etc.
A2DP Bluetooth profile
A2DP stands for Advanced Audio Distribution Profile. It enables stereo audio streaming between music player (as source) and speakers/headphones (as sink).
It provides high quality audio streaming (stereo). It is ideal for music playback from devices to bluetooth audio output devices. Refer A2DP profile >> for other features of it.
AVRCP Bluetooth profile
• AVRCP stands for Audio/Video Remote Control Profile.
• It enables audio sink to control the audio sources music player and streaming status.
• It uses data channel to transmit the control information between audio controller and target.
• AVRCP v 1.5 enables advanced features like media browsing, audio player and playlist management.
• Other features of AVRCP bluetooth profile are as follows.
-Content browsing (artists, songs etc.), content searching, audio player management, enables audio stream status control, enables transmission of track, title and other media information, playlist management etc.
PBAP Bluetooth profile
PBAP provides access to contact and address book information stored on mobile device, typically used in car infotainment systems. Accessing phone contacts and caller ID information in car infotainment systems.
• PBAP stands for Phone Book Access Profile.
• This profile enables exchange of phone book objects between for example, smart phone and car kit.
• It uses data channel to transmit vCARDS over bluetooth connection.
• The other features of PBAP bluetooth profile are download phone book items, access call history, access subscriber number information etc.
Bluetooth MAP Version
MAP stands for Message Access Profile. MAP allows access to text messages and email data on a paired device, often used in car infotainment systems for hands free access to messages and emails. The primary use case is accessing text messages and email data while driving through car’s infotainment system.
• This profile enables exchange of messages between smartphone and car kit.
• It uses data channel to transmit SMS and email notifications and messages over bluetooth.
• The other features of MAP Bluetooth profile are as follows.
-SMS and email notifications
-Download of messages
-upload of messages
-Browsing message folders
• Bluetooth MAP Version specifications are developed to allow exchange of messages between devices. It is mostly used for automotive handsfree use.
Conclusion :
Following table summarize difference between HSP, HFP, A2DP, PBAP, AVRCP and MAP bluetooth profile versions.
| Profile | Full form | Description |
|---|---|---|
| HFP | Hands Free Profile | Allows for hands-free calling in cars and headsets. |
| HSP | Headset Profile | Basic audio communication between headsets and phones. |
| A2DP | Advanced Audio Distribution Profile | High quality audio streaming between devices. |
| AVRCP | Audio/Video Remote Control Profile | Allows remote control of media playback |
| PBAP | Phone Book Access Profile | Access to contact and address book information. |
| MAP | Message Access Profile | Access to text messages and email. |
These profiles ensure seamless communication and interaction between various Bluetooth-enabled devices, catering to a wide range of applications, from hands-free calling and audio streaming to media control and data access.
Bluetooth Low Energy: подробный гайд для начинающих
Создание кастомного сервиса и тем более клиента Bluetooth Low Energy – прогулка по граблям с завязанными глазами. По крайне мере так было для меня 4 года назад, когда я только начинал работать с BLE-устройствами. Сейчас почти каждый мой проект предусматривает использование этого протокола, поэтому в свое время пришлось в нем долго и мучительно разбираться.
Разложить все по полкам помогла книга Мохаммада Афане «Intro to Bluetooth Low Energy» и серия постов на Novel Bits. Лично для меня эта книга стала настоящим открытием. Изначально я делал ее перевод на русский для своих коллег, не имеющим опыт работы с BLE. С согласия автора (огромное ему спасибо) решил опубликовать свою работу здесь. Надеюсь, перевод окажется полезным.
Это первая часть перевода (всего их будет 5), которая рассказывает, что такое BLE, его возможности и отличия от Bluetooth Classic, а также описывает архитектуру протокола.
Об авторе
Мохаммад Афане занимается разработкой встроенного программного обеспечения и прошивок с 2006 года. Он работал и консультировал множество крупных компаний, включая такие как Allegion (Schlage locks), Motorola, Technicolor, Audiovox, и Denon & Marantz Group. На протяжении всей своей карьеры он работал над множеством проектов Интернета Вещей, включая: беспроводные электронные дверные замки, спутниковые приемники, беспроводные дверные замки и т.д.
В июле 2015 года он принял решение прекратить работу на полную ставку для того, чтобы основать собственную компанию Novel Bits, LLC, где он делится своими знаниями и опытом на своем web-сайте, локальных тренингах и в электронных книгах, посвященных разработке приложений с поддержкой Bluetooth Low Energy.
Вы можете связаться с Мохаммадом по его электронной почте: mohammad@novelbits.io или через профиль на LinkedIn.
Базовые понятия Bluetooth Low Energy
1. Что такое Bluetooth Low Energy?
Bluetooth был задуман как технология связи ближнего диапазона, призванная заменить провода в таких устройствах, как компьютерные мыши, клавиатуры или персональные компьютеры. Если у вас есть современный автомобиль или смартфон, то скорее всего вы использовали Bluetooth хотя бы раз в своей жизни. Он повсюду: в громкоговорителях и колонках, беспроводных наушниках, автомобилях, носимых устройствах и даже в шлёпанцах!
Первая официальная версия стандарта была выпущена компанией Ericsson в 1994 году. Разработчики назвали свое изобретение в честь короля Дании Харальда Гормссона по прозвищу «Синезубый», объединившего в 10 веке враждовавшие датские племена в единое королевство.
В настоящее время существует два типа устройств с поддержкой Bluetooth:
Bluetooth Classic (BR/EDR), используется в беспроводных громкоговорителях, автомобильных информационно-развлекательных системах и наушниках;
Bluetooth Low Energy (BLE), т.е. Bluetooth с низким энергопотреблением, который появился в версии стандарта Bluetooth 4.0. Он чаще всего применяется в приложениях, чувствительных к энергопотреблению (например в устройствах с батарейным питанием) или в устройствах, передающих небольшие объемы данных с большими перерывами между передачами (например, разнообразные сенсоры параметров окружающей среды или управляющие устройства, такие как беспроводные выключатели).
Эти два типа устройств несовместимы друг с другом, даже если они выпущены под одним брендом или спецификацией. Устройства с поддержкой Bluetooth Classic не могут напрямую связываться с устройствами, использующими BLE. Это причина, по которой некоторые устройства, такие как смартфоны, выполняются с поддержкой обоих типов соединения (так называемые Dual mode Bluetooth devices), что позволяет им обмениваться информацией с обоими типами устройств.
Рис.1: Типы Bluetooth-устройств
Несколько важных замечаний о BLE:
Официальная спецификация Bluetooth сочетает оба типа Bluetooth (Classic и BLE), что иногда затрудняет поиск документации, специфичной для BLE;
BLE был введен в версии 4.0 спецификации стандарта Bluetooth, выпущенной в 2010 году;
BLE иногда называют Bluetooth Smart, BTLE или Bluetooth 4.0, что является ошибкой, так как эта версия в действительности включает оба типа Bluetooth;
Bluetooth Classic и BLE работают в одном и том же частотном диапазоне – 2.4 ГГц, ISM-диапазон.
Поскольку во многих устройствах Интернета Вещей (IoT) используются небольшие устройства и датчики, BLE стал наиболее часто используемым протоколом связи (в сравнении с Bluetooth Classic) в приложениях Интернета Вещей. В декабре 2016 года группа компаний Bluetooth Special Interest Group (SIG), регулирующая развитие стандарта, выпустила Bluetooth версии 5.0 (для простоты маркетинга была убрана точка из названия, так что официально он называется Bluetooth 5). Большинство улучшений и новых функций, представленных в этой версии, были ориентированы на BLE, а не на Bluetooth Classic.
Вы также могли слышать о другом термине, связанном с Bluetooth − Bluetooth Mesh. Bluetooth Mesh был выпущен в июле 2017 года и основан на BLE. Для работы ему требуется полный стек BLE (ПО, которое действует как интерфейс для другого программного или аппаратного обеспечения), но он не является частью основной спецификации Bluetooth. Мы рассмотрим более подробно эту технологию в отдельной главе.
Подводя итог, посмотрим на диаграмму, показывающую прогресс BLE за прошедшие годы с начала его появления:
Рис.2: История BLE
Технические факты о BLE
Некоторые из наиболее важных технических фактов о BLE включают в себя:
Используемый частотный диапазон 2.400 — 2.4835 ГГц.
Весь частотный диапазон поделен на 40 каналов по 2 МГц каждый.
Максимальная скорость передачи данных по радиоканалу (начиная с Bluetooth версии 5) 2Мбит/с.
Дальность передачи сильно зависит от физического окружения, а также используемого режима передачи. Например, в режиме большой дальности передачи дальность связи будет выше, а скорость передачи ниже, чем в высокоскоростном режиме. Типичная дальность передачи: 10-30 метров.
Потребление электроэнергии также может изменяться в широких пределах. Оно зависит от реализации устройства, различных параметров протокола и используемого чипсета. Типичное потребление BLE-трансивера во время передачи данных как правило не превышает 15 мА.
Обеспечение безопасности не обязательно при обмене данными через BLE и зависит от устройства и реализации приложения разработчиком. Другими словами, существует несколько возможных для реализации уровней обеспечения безопасности.
Для всех операций, связанных с шифрованием, BLE использует алгоритм AES-CCM с длиной ключа 128 бит.
BLE предназначен для передачи данных по каналу с низкой пропускной способностью. Использование BLE для приложений с большим объемом часто передаваемых данных существенно увеличивает потребление электроэнергии и сводит на нет основное преимущество BLE. То есть минимизация использования радиосвязи, насколько это возможно, позволяет достичь минимального уровня потребления энергии.
Версии Bluetooth (в части BLE) являются обратно совместимыми. Тем не менее возможности связи будут ограничены функциями более старой версии. Например, устройство с поддержкой Bluetooth 5 LE может установить связь с устройством с поддержкой Bluetooth 4.1 LE, но возможности, появившиеся в версии 4.2 и более новых, будут недоступны. В то же время они смогут использовать возможности подключения, рассылки и приема широковещательных пакетов, обнаруживать сервисы и характеристики, а также читать и записывать их независимо от поддерживаемой ими версии стандарта, так как эти возможности доступны во всех версиях Bluetooth.
Сравнение Bluetooth Classic и BLE
Важно помнить, что существует большая разница между классическим Bluetooth и Bluetooth с низким энергопотреблением с точки зрения технических спецификаций, реализации и типов приложений, для которых они предназначены. Это в дополнение к тому факту, что они несовместимы друг с другом.
Некоторые из упомянутых различий представлены в этой таблице:
Таблица 1. Сравнение Bluetooth Classic и BLE
Bluetooth Classic
BLE
Используется для потоковых приложений, таких как трансляция аудио и передача файлов
Используется в сенсорах, управлении устройствами и приложениях, не требующих передачи больших объемов данных
Не оптимизирован для низкого энергопотребления, но поддерживает большую скорость передачи (максимум 3 МБит/с, в то время как BLE 5 имеет максимум 2 МБит/с)
Предназначен для применения в малопотребляющих устройствах с большими интервалами между передачей данных
Использует 79 радиоканалов
Использует 40 радиоканалов
Обнаружение происходит на 32 каналах
Обнаружение происходит на 3 каналах, что приводит к более быстрому обнаружению и установке соединения по сравнению с Bluetooth Classic
С момента официального выпуска в 2010 году BLE прошел череду ревизий и изменений. Наиболее важное изменение произошло в декабре 2016 года с внедрением Bluetooth 5, который привнес множество важных улучшений в спецификацию стандарта, большинство из которых касалось BLE. Эти улучшения позволили удвоить скорость передачи, в 4 раза увеличить дальность передачи и в 8 раз увеличить размер широковещательного пакета.
Возможности и ограничения BLE
Каждая технология имеет свои ограничения, и BLE не является исключением. Как мы упомянули ранее, BLE наилучшим образом подходит для приложений с небольшим радиусом передачи и редко передаваемыми небольшими объемами данных.
4.1. Ограничения BLE
Пропускная способность
Пропускная способность BLE ограничена физической пропускной способностью радиоканала, т.е. скоростью, с которой данные передаются по радиоканалу. Пропускная способность зависит от используемой версии Bluetooth. Для Bluetooth 4.2 и более ранних, доступна только пропускная способность в 1 Мбит/с. В Bluetooth 5 и более поздних версиях пропускная способность зависит от выбранного режима PHY (Physical Layer, рассматривается в разделе физического уровня). Она может составлять 1 Мбит/с как в более ранних версиях или 2 Мбит/с при использовании высокоскоростной передачи. При использовании функции дальней связи пропускная способность ограничена значениями 500 или 125 кбит/с. Мы обсудим это более подробно в главе, посвященной Bluetooth 5.
Скорость передачи с точки зрения конечного пользователя всегда будет ниже скорости передачи по радиоканалу в силу следующих факторов:
Промежутки между пакетами данных: спецификация Bluetooth определяет зазор в 150 микросекунд между передаваемыми пакетами как требование для соблюдения спецификации. В этот промежуток времени невозможна передача данных между устройствами.
Служебная информация внутри пакета: каждый пакет содержит помимо полезной нагрузки заголовок и служебные данные, обрабатываемые на уровнях ниже уровня приложения. Они учитываются при передаче данных, но не используются вашим приложением.
Требование на передачу служебной информации периферийным устройством: спецификация требует обязательного ответа ведомого устройства на каждый пакет, переданный ведущим. В случае, когда необходимая для передачи информация отсутствует, передается пустой пакет.
Переотправка пакетов данных: в случае потери пакета или перекрестных помех от находящихся поблизости устройств, потерянные или поврежденные данные отправляются заново.
Дальность передачи
BLE был разработан для применения на коротких расстояниях, и, следовательно, его диапазон действия ограничен. Вот некоторые факторы, ограничивающие дальность передачи при помощи BLE:
На передачу в ISM-диапазоне 2.4 ГГц сильно влияют окружающие нас препятствия, такие как металлические предметы, бетонные стены, вода и человеческие тела.
Диаграмма направленности и коэффициент усиления антенны.
Корпус устройства, в котором находится антенна, также ухудшает характеристики антенны.
Ориентация устройства в пространстве, от которого зависит ориентация антенны, например в смартфонах.
Потребность в шлюзе для интернет-соединения
Для передачи данных с устройства, поддерживающего только BLE-соединение, необходимо другое устройство с поддержкой как BLE, так и IP-соединения. Именно оно будет получать данные и отправлять их в интернет.
4.2 Преимущества BLE
Даже с учетом представленных выше ограничений BLE имеет некоторые существенные преимущества перед другими аналогичными технологиями передачи данных для IoT.
Вот некоторые из них:
Меньшее энергопотребление;
По сравнению с другими низкопотребляющими технологиями передачи данных, BLE потребляет гораздо меньше электроэнергии. Это достигается благодаря глубокой оптимизации протокола, выключению передатчика при первой возможности и пересылке малых объемов данных на низкой скорости.
Бесплатный доступ к официальным спецификациям;
Чтобы получить доступ к спецификациям большинства других протоколов вы должны стать членом официальной группы или консорциума по этому стандарту. Стать членом можно за внушительную сумму (от 7500 до 35000 долларов в год). В случае с BLE, спецификации для основных версий (4.0, 4.1, 4.2, 5) доступны для загрузки с сайта Bluetooth абсолютно бесплатно.
Низкая цена модулей и чипсетов по сравнению с другими технологиями;
Наконец, не менее важный фактор – наличие в большинстве смартфонов на рынке. Возможно, это наибольшее преимущество BLE перед такими технологиями как ZigBee, Z-Wave и Thread.
4.3 Наиболее подходящие области применения BLE
Исходя из ограничений и преимуществ, указанных выше, существуют варианты использования, где BLE раскрывается наиболее полно:
Малый объем передаваемых данных;
BLE подходит для случаев, когда устройство передает небольшие объемы данных, например, данные датчиков или команды исполнительных устройств.
Настройка устройств;
В случаях, когда BLE не удовлетворяет основным требованиям системы, он может использоваться для настройки устройства до того, как оно окажется подключенным к основной сети передачи данных.
Например, некоторые устройства с поддержкой WiFi добавляют BLE как вспомогательный протокол вместо использования таких технологий как WiFi Direct. Это технология, которая позволяет двум устройствам с поддержкой WiFi соединяться напрямую, минуя роутер. Вы можете узнать подробнее о ней на Википедии или здесь.
Использование смартфона в качестве интерфейса;
Компактные малопотребляющие устройства обычно не имеют больших экранов и зачастую отображают ограниченное количество данных конечному пользователю,например, путем светодиодной индикации. В настоящее время, благодаря широкому распространению смартфонов, BLE может предложить альтернативный, гораздо более информативный и удобный интерфейс для этих устройств. Еще одним преимуществом смартфона является возможность загрузки данных в облако.
Персональные и носимые устройства;
Для случаев, когда устройство является носимым и находится вне зоны покрытия беспроводных сетей (таких как WiFi или сотовая связь), BLE может оказаться единственным доступным способом подключения.
Устройства без возможности установления соединения.
Вероятно вы слышали или видели ранее такие устройства как маячки. У этих устройств одна простая задача – выдавать через определенные промежутки времени в эфир данные так, чтобы другие устройства могли их обнаружить и принять передаваемые данные. Существуют и другие технологии, которые могут быть использованы для этих целей. Тем не менее BLE становится все более популярным, так как большинство людей имеют смартфоны, которые поддерживают BLE «из коробки».
Все вышеперечисленные сценарии только выигрывают от использования BLE. С другой стороны, есть условия, при которых, как правило, использование BLE невозможно или не дает ощутимых преимуществ, такие как:
Потоковая передача видео;
Трансляция высококачественного звука (прим.: стала возможна в BLE 5.2);
Передача больших объемов данных в течении длительного времени в тех случаях, когда важно сокращение энергопотребления.
Архитектура BLE
Рисунок ниже иллюстрирует различные уровни, присущие архитектуре BLE. Три главных блока в этой архитектуре – приложение, хост и контроллер.
Рис.3: Архитектура BLE
В этой книге мы сфокусируемся на верхних уровнях архитектуры, кратко ознакомившись с нижними уровнями в этой главе. Подробное описание верхних уровней – GAP (Generic Access Profile), GATT (Generic Attribute Profile) и Security Manager – вынесем в отдельные главы.
Прикладной уровень
Прикладной уровень зависит от варианта использования девайса/приложения и относится к реализации на основе общего профиля доступа (GAP) и общего профиля атрибутов (GATT) – он отвечает за то, как ваше приложение обрабатывает данные, полученные от других устройств и отправленные на них, а также управляющую логику.
Эта часть является кодом, который вы написали для своего приложения и, как правило, не является частью BLE-стека для платформы, под которую вы разрабатываете. Эта часть не рассматривается в книге, поскольку она зависит от специфики вашего приложения и способа использования.
Хост-уровень
Хост включает следующие уровни:
Общий профиль доступа (GAP, Generic Access Profile);
Общий профиль атрибутов (GATT, Generic Attribute Profile);
Протокол атрибутов (ATT, Attribute Protocol);
Менеджер безопасности (SM, Security Manager);
Протокол управления и адаптации логических связей (L2CAP, Logical Link Control and Adaptation Protocol);
Интерфейс хост-контроллера (HCI, Host Controller Interface), зона ответственности хоста.
Контроллер
Контроллер включает следующие уровни:
Физический уровень (PHY, Physical Layer);
Слой связи (Link Layer);
Режим прямого тестирования (DTM, Direct Test Mode);
Интерфейс хост-контроллера (HCI, Host Controller Interface), зона ответственности контроллера.
Уровни архитектуры BLE
Физический уровень (PHY)
PHY относится к части оборудования, ответственного за прием, передачу, модуляцию и демодуляцию сигнала. BLE работает в ISM-диапазоне (2.4 ГГЦ), который разделен на 40 каналов по 2 Мгц, как показано на рисунке ниже:
Рис.4: Частотный спектр и радиоканалы в BLE
Три выделенных канала носят название Первичных Широковещательных Каналов, в то время, как оставшиеся 37 используются в роли Вторичных Широковещательных и для передачи данных во время соединения. Мы подробно рассмотрим принципы их использования в разделе “Адвертайзинг и сканирование”, но для начала кратко ознакомимся с ними в этой главе.
Адвертайзинг заключается в рассылке широковещательных пакетов по трем Первичным Каналам Адвертайзинга (или части из них). Это дает возможность обнаружить широковещающее устройство и прочитать его данные сканирующим устройствам. После этого сканирующее устройство может инициировать соединение, если широковещающее разрешает подключение. Также сканирующее устройство может послать запрос на сканирование, и, если широковещающее устройство поддерживает эту функцию, то оно пошлет ответ на сканирование. Запросы на сканирование и ответы на него позволяют передавать дополнительные данные без подключения к устройству.
Вот некоторые другие важные технические детали, касающиеся физического уровня передачи BLE:
Он использует скачкообразную перестройку несущей частоты (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum), что позволяет двум взаимодействующим устройствам переключаться на случайные предварительно согласованные частоты для обмена данными. Это значительно повышает надежность и позволяет устройствам избегать перегруженных каналов.
Мощность передачи может быть:
Не более: 100 мВт (+20 дБм) для версии 5 и более новых, 10 мВт (+10 дБм) для версии 4.2 и более старых;
Не менее: 0.01 мВт (-20 дБм).
В старых версиях Bluetooth (4.0, 4.1 и 4.2) была доступна только одна скорость передачи – 1 Мбит/с. Физический уровень радио (PHY) в этом случае называется 1M PHY и является обязательным во всех версиях, включая Bluetooth 5. В Bluetooth 5 были также введены два новых дополнительных PHY:
2 Мбит/с PHY, используемый для удвоения скорости передачи по сравнению с более ранними версиями Bluetooth.
Кодированный PHY, используемый для связи на дальних расстояниях.
Мы рассмотрим эти два новых PHY и концепцию кодирования в главе, посвященной Bluetooth 5.
Канальный уровень
Канальный уровень отвечает за взаимодействие с физическим уровнем радио и предоставление другим уровням абстракции для взаимодействия с радио (через промежуточный уровень интерфейса хост-контроллера, который мы вскоре обсудим). Он отвечает за управление состоянием радио и соблюдение требований к временным задержкам, необходимых для удовлетворения спецификации BLE. Также он отвечает за управление аппаратно-ускоренными операциями, такими как вычисление контрольных сумм, генерацию случайных чисел и шифрование.
Существует три основных состояния, в которых может находиться устройство с BLE:
Широковещательное состояние (Advertising);
Состояние сканирования (Scanning);
Когда устройство посылает широковещательные пакеты, оно позволяет сканирующим устройствам обнаружить себя и подключиться. Если широковещающее устройство допускает подключения, сканирующее устройство нашло его и послало запрос на подключение, оба они переходят в подключенное состояние.
Канальный уровень управляет различными состояниями радио, показанными на рисунке:
Standby: состояние по умолчанию, когда радио не передает и не принимает никаких данных.
Advertising: состояние, в котором устройство посылает широковещательные пакеты для обнаружения и чтения другими устройствами.
Scanning: состояние, в котором устройство ищет устройства, посылающие широковещательные пакеты.
Initiating: состояние, в котором начинается процесс установки соединения с устройством, находящимся в состоянии advertising.
Connected: Состояние, в котором одно устройство установило соединение с другим и регулярно обменивается с ним информацией. В подключенном состоянии устройство, которое находилось в состоянии scanning и инициировало соединение, называется ведущим. Устройство, которое рассылало широковещательные пакеты, называется ведомым.
Мы рассмотрим эти состояния более подробно в последующих главах.
Bluetooth-устройства идентифицируются посредством 48-битного адреса, похожего на MAC-адрес. Существуют два основных типа адресов: публичный и случайный.
Это фиксированный адрес, запрограммированный на фабрике. Он не может быть изменен и должен быть зарегистрирован в IEEE (также, как и MAC-адреса устройств с поддержкой WiFi или Ethernet).
Так как у производителей есть возможность выбирать, какой тип адреса использовать (публичный или случайный), случайные адреса встречаются более часто, так как они не требуют регистрации в Институте инженеров электротехники и электроники. Случайный адрес программируется на устройстве или генерируется в ходе выполнения программы. Он может относиться к одному из следующих подтипов:
Статический адрес
Используется в качестве замены публичного адреса;
Может быть заново сгенерирован при загрузке кода или оставаться постоянным в течение всего срока службы;
Не может изменяться при включении или выключении.
Частный адрес включает в себя следующие подтипы:
– Неразрешимый частный адрес:
Случайный, генерируется на определенный промежуток времени;
Широко не используется.
– Разрешимый частный адрес:
Используется для обеспечения безопасности;
Генерируется с использованием ключа (IRK, Identity Resolving Key) и случайного числа;
Периодически меняется (даже во время соединения);
Используется для защиты от отслеживания злоумышленниками;
Доверенные устройства (связанные, описанные в главе, посвященной безопасности) могут расшифровать адрес, используя предварительно сохраненный ключ.
Режим прямого тестирования
Режим прямого тестирования (DTM, Direct Test Mode) используется исключительно для проведения испытаний радиочасти во время производства или сертификационных испытаний. Он не относится напрямую к теме нашей книги, поэтому мы оставим его без подробного рассмотрения.
Уровень интерфейса хост-контроллера (HCI)
Интерфейс хост-контроллера – это стандартный протокол, определенный спецификацией Bluetooth, который позволяет уровню хоста коммуницировать с уровнем контроллера. Эти уровни могут быть реализованы на двух раздельных микросхемах или существовать на одной. В этом смысле он также обеспечивает взаимодействие между микросхемами, поэтому разработчик устройства может выбрать два сертифицированных Bluetooth-устройства, контроллер и хост, и быть на 100% уверенным в том, что они совместимы друг с другом в плане связи между уровнями хоста и контроллера.
В случае, когда хост и контроллер находятся на разных микросхемах, связь между ними может быть реализована посредством трех официально поддерживаемых физических интерфейсов: UART, USB или SDIO (Secure Digital Input Output). В случае, когда хост и контроллер находятся на одной и той же микросхеме, интерфейс хост-контроллера будет логическим интерфейсом.
Задача интерфейса хост-контроллера состоит в передаче команд от хоста контроллеру и передаче информации и событий от контроллера к хосту. На рисунке ниже приведен пример обмена командами и событиями между уровнями хоста и контроллера.
Рис.6: Пример пакетов интерфейса хост-контроллера
Примеры сообщений включают в себя: пакеты команд, настройку контроллера, запрос действий, управление параметрами соединения, пакеты событий, завершение команд и события состояния.
Уровень протокола управления и адаптации логического канала (L2CAP)
Протокол L2CAP предоставляет услуги по работе с данными, как ориентированные на соединения, так и без ориентации на них, протоколам более высокого уровня с возможностями мультиплексирования и обеспечения операций по сегментации и обратной сборке. Он заимствован из стандарта Bluetooth Classic и в случае BLE выполняет следующие задачи:
Принимает несколько протоколов с верхних уровней и помещает их в стандартные пакеты BLE, которые передаются на нижние уровни под ним.
Управляет фрагментацией и рекомбинацией пакетов. Он берет большие пакеты с верхних уровней и разбивает их на порции, которые соответствуют максимальному размеру полезной нагрузки BLE, поддерживаемому для передачи. На стороне получателя он принимает несколько пакетов и объединяет их в один пакет, который может быть обработан верхними уровнями.
В случае BLE уровень L2CAP управляет двумя основными протоколами: протоколом атрибутов (ATT, рассмотрен в главе, посвященной GATT) и протоколу управления безопасностью (SMP, рассмотрен в главе, посвященной безопасности).
Слои верхнего уровня
Протокол атрибутов (АТТ), общий профиль атрибутов (GATT), менеджер безопасности (SM) и общий профиль доступа (GAP) будут подробно рассмотрены в следующих главах.
На этом заканчивается первая глава книги. Большое спасибо дочитавшим. Следующая часть будет посвящена классам устройств и адвертайзингу – методу, с помощью которого устройства сообщают о своем присутствии окружающему миру.
Bluetooth Profiles – HSP, A2DP, AVRCP, HFP: A Quick Guide
If you want to buy a Bluetooth device, you need to know what it can and cannot do. Can it playback stereo audio? Does it have audio and playback controls? Bluetooth profiles and protocols provide us with that information. So, before you buy that next Bluetooth headset or speaker, here is a list of Bluetooth profiles and protocols for you, as well as explanations of each of them, so you know what to look for on the box.
Please enable JavaScript
But first, what is Bluetooth, and how does it work? Bluetooth is a wireless technology standard that is used to communicate between two or more devices over short distances, without the need for a cable. It is suitable for transmitting small amounts of data and consumes very little power, when compared to other forms of wireless communication.
When we say that Bluetooth transmits data, we do not mean Internet data. Bluetooth does not use an Internet connection in any way. By data, we mean, bits and pieces of information. Now, let’s go on to define what a Bluetooth profile is, and examine how many of them there are, and what they do.
What is a Bluetooth Profile?
A Bluetooth profile defines the functionality that a device supports and can execute when it connects with another by Bluetooth. If both devices support the same profiles, then you are able to use and enjoy the features or functionalities that profile specifies.
Where only one device supports a particular profile, you will be unable to use the associated functionalities, because the other device is unable to communicate at that level.
List of Bluetooth Profiles
There are four main Bluetooth profiles, as follows:
- HSP (Handset Profile),
- HFP (Hands Free Profile),
- A2DP (Advanced Audio Distribution Profile), and
- AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile).
HSP and HFP Bluetooth profiles are those required for typical, mono Bluetooth headset operations; A2DP and AVRCP are important for stereo headsets. Note that there are other Bluetooth profiles beyond these four (and those others are mentioned further down in the article), but for these are the most common because they are used in wireless headsets and earbuds. The next section provides more detailed explanations and information.
Bluetooth Profiles: What Is HSP?
HSP (Headset Profile) is one of the most common Bluetooth protocols and makes two-way audio communication between a headset and a phone possible. This is the default profile that Bluetooth headsets use.
Note though that it enables only mono audio on headsets. It does not support stereo audio. A Bluetooth wireless headset that supports only HSP is good for basic telephone calls and nothing else. It can’t play music from your smartphone and can’t be used to control audio volume.
HSP is the Bluetooth profile supported by the most basic and the cheapest Bluetooth headsets around. All you can do with them is take and receive telephone calls.
Bluetooth Profiles: What Is A2DP?
A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) is a Bluetooth protocol that enables a headset to stream high quality stereo audio wirelessly from a smartphone or other compatible device. The quality of the audio is much better, both for calls and for music playback.
If you want to buy a Bluetooth headset for listening to music from your phone, make sure that your devices specifications lists A2DP as a supported Bluetooth profile.
Bluetooth Profiles: What Is AVRCP?
AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile) is the Bluetooth profile that enables remote control functionality. By way of example, it lets a Bluetooth headset control media playback on your smartphone. Those Bluetooth headsets and loudspeakers that let you pause and resume music playback support AVRCP.
Bluetooth Profiles: What Is HFP?
HFP (Hands Free Protocol) is a Bluetooth profile that enables a two-way wireless speaker-phone to be used with a Bluetooth phone, and is usually found in Bluetooth hands-free car kits. This is like a twin sister to HSP Bluetooth protocol and on its own supports mono audio.
As a matter of fact, both HSP and HFP are the two most common Bluetooth protocols and you probably do not have to worry much about a headset supporting them. As such, when shopping, depending on your needs, the profiles to watch out for are A2DP and AVRCP.
Do not forget: if your Bluetooth accessory does not support a particular profile, even if your smartphone does, you will not be able to enjoy the features of that profile on the accesory in question. For example, if a headset does not support A2DP, you will be unable to listen to music from your smartphone on it. You will only be able to take and make telephone calls on it.
Other Common Bluetooth Profiles List
There are more than twenty (20) Bluetooth profiles in existence. Besides the four most popular ones already mentioned and explained above, here are some more commonly used profiles.
- Basic Imaging Profile (BIP): This Bluetooth profile defines the ability to transfer and print images, as well as remotely control an imaging device.
- Basic Printing Profile (BPP): If you need the ability to print text and documents over a Bluetooth connection, this profile makes that possible.
- File Transfer Profile (FTP): Transferring files is one thing, being able to browse folders and locations on the connected device is another. This profile enables the ability to browse folders and locate files between two devices.
- Dial-Up Network Profile (DUN): If you weren’t aware of it, it is possible to tether via Bluetooth, and this capability has been around for years. This Bluetooth profile is behind that functionality.
- Human Interface Device Profile (HID): This is the Bluetooth profile that enables the use of wireless mice, keyboards, and other such devices.
- Personal Area Networking Profile (PAN): This profile allows for the creation of a wireless area network over a Bluetooth connection.
- Video Distribution Profile (VDP): This is the Bluetooth profile that makes it possible to stream video over a Bluetooth connection.
Understanding Bluetooth Versions 4.0, 4.1, 4.2, 5.0, 5.2
Simply put, the higher the Bluetooth number, the faster data can be transferred, the more secure it is, and the less power your device consumes to maintain a connection. So two Bluetooth 5.0 devices can create a more secure connection between one another, transfer data faster, and last longer before needing their batteries recharged.
What is Bluetooth Low Energy or BLE?
Bluetooth Low Energy (BLE) is not a Bluetooth profile. It is a light-weight connection that consumes much less power than regular Bluetooth. It was developed by Nokia and was introduced as part of the Bluetooth 4.0 core specification. It is used for connectivity with wearables and other gadgets that connect and talk to modern smartphones.
As such, BLE is widely applied for health care, sports and fitness, Internet connectivity (you knew that you can share your phone’s mobile data with other devices via Bluetooth; didn’t you?), proximity sensing, alerts and time profiles, among others. When your smartwatch connects to your iPhone or Android smartphone, Bluetooth Low Energy is the culprit.
Does Bluetooth drain batteries?
Modern Bluetooth standards are highly efficient and thrive on maintaining connections without a huge battery drain. Think of your smartwatch or wireless headset: these devices are able to last for days while being connected to your smartphone. That speaks of how battery efficient Bluetooth is. Bluetooth has minimal impact on your device’s battery life, so you can leave it enabled for as long as you need it.
Why Is It Called Bluetooth?
Bluetooth was invented by a team of scientists working for Ericsson, the Swedish networking company. It is named after Harald Bluetooth, who was the popular king of Denmark in the late 900s.
Conclusion
That is the simple, layman’s explanation of Bluetooth profiles and standards. Where cost permits, always go for devices with all the Bluetooth profiles and with the latest version number.
Copyright Notice: Reproduction of this article on any website, e-book, book, newspaper, magazine or other media without express written permission from MobilityArena is a violation of copyright rules and will result in appropriate action being taken against violators.
2 thoughts on “Bluetooth Profiles – HSP, A2DP, AVRCP, HFP: A Quick Guide”
You failed to go into hearing aids and what wireless home phones are compatible with them using bluetooth.
Cheers,
Hello Bert, thanks for the suggestion. I will look into this as well. Cheers.