アラカルト 今あるテクノロジー

IoT時代を切り拓く最新規格「Bluetooth 5」

文●今井 隆

アップルデバイスに搭載される、さまざまなテクノロジーを超ディープに解説!

読む前に覚えておきたい用語

Bluetooth

ブルートゥースSIGにより規格・策定されている近距離無線通信技術。IEEE802.15.1として標準化されている。最新バージョンは「5」。Wi-Fiが小規模ネットワークの無線化を目的にしているのに対して、ブルートゥースはデバイス間通信の無線化を目的にしている。2015年6月にはブルートゥースSIGのプロモータにアップルが加わった。

プロファイル

ブルートゥースはデバイスの用途に応じて通信の機能やプロトコルを「プロファイル」として規定しており、通信の際にはデバイス同士で共通のプロファイルをサポートする必要がある。代表的なプロファイルに、入力デバイス用のHID(Human Interface Device Profile)、ヘッドセットに使われるHSP(Headset Profile)などがある。

Bluetooth Low Energy

2006年にノキア社によって開発された「Wibree」という省電力通信技術をブルートゥース4.0に取り入れたもので、「BLE」と略される。ブルートゥース3.0以前とは互換性がない。いずれにも対応するデバイスを「Bluetooth Smart Ready」、BLEのみに対応するデバイスを「Bluetooth Smart」と呼称する。

 

 

大きく転換したブルートゥースの方向性

ブルートゥースは数10メートルまでのPAN(近距離無線通信技術)として1990年代に考案された規格だ。比較的低速な周辺機器を無線接続するために作られており、さまざまなデバイスの接続を想定して汎用性を重視した設計になっている。通信プロトコルを「プロファイル」という形で規定し、プロトコルスタックとして実装しているのが特徴だ。

最初のバージョンであるブルートゥース1.0がリリースされたのは1999年だが、実際に普及が進んだのは2003年の同1.2リリースの頃から。プロファイルが拡張され、主に携帯電話向けのヘッドセットデバイスとともに普及が加速した。翌2004年には信号の変調方式を見直し、従来1Mbpsだった最大転送レートを3Mbpsまで引き上げた「+EDR(Enhanced Data Rate)」がオプションでサポートされた。2005年以降になるとスマートフォンやポータブルオーディオデバイスの普及により、高品質なステレオ音声を伝送できるA2DPプロファイルに対応したワイヤレスオーディオが普及し始めた。

しかし、次の世代となるブルートゥース3.0の策定は混乱を極めた。同3.0では動画伝送にも対応できる高速通信性能を確保するため、物理層に新たに「UWB(Ultra Wide Band)」と呼ばれる超広帯域無線通信技術を採用する計画だったが、UWBの実用化が大幅に遅れてしまい、その結果2009年にリリースされたブルートゥース3.0では、UWBに代わってWi-Fiの物理層に相乗りする形で最大24Mbpsの高速化を実現する「+HS(High Speed)」のオプションが設定された。実際には現在に至るまでリリースされた+HS対応製品はごくわずかであり、普及したとはいい難い。

翌年にリリースされたブルートゥース4.0ではその方向性を大きく変更し、最大転送速度を1Mbpsに据え置きながら大幅な省電力化を実現する「BLE(Bluetooth Low Energy)」が策定された。これは従来のブルートゥースの弱点である消費電力の大きさを改善し、ボタン電池1個で1年以上稼働可能なデバイスを実現できる規格だ。

BLEは3.0以前のブルートゥース(クラシック・ブルートゥースと呼ばれる)とは互換性がなく、BLE対応のデバイス同士でしか接続できない。このためMacやiPhoneなどのホストデバイス(親機)は、クラシック・ブルートゥースとBLEの両方をサポートする「デュアルモード」を備えている。一方でマウスやキーボードといったノードデバイス(子機)では、バッテリの消費を抑えるためにBLEのみに対応するものが多い。結果、ホストデバイスのサポートするブルートゥースのバージョンによっては接続できないデバイスが生まれてしまい、これが市場の混乱を招いた。

BLEの省電力性能は非常に高く、従来は1~2カ月しか保たなかったマウスやキーボードの電池寿命は半年~1年へと飛躍的に向上し、アップルウォッチをはじめとするウェアラブルデバイスの実用化を後押しする結果となった。また、MacとiOSデバイスとの間で使われる「インスタントホットスポット」や「エアドロップ」、「ハンドオフ」などといった通信機能を支える重要な要素技術となっている。

 

枝分かれした歴史

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3.0までのブルートゥースはクラシック・ブルートゥースと呼ばれている。ブルートゥースの進化は3.0で一度止まっており、4.0からは別の進化を辿っているためだ。4.0では互換性を犠牲にして省電力規格を導入し、5はその流れの先にある。

 

ブルートゥースの進化

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ブルートゥースの進化。3.0までは主に高速化を軸に拡張が行われてきたが、4.0以降は省電力化に大きく舵を切った。5では4.0をベースにIoTへの対応を強化した。




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