「Bluetooth」とは?Wi-Fiとの違いや製品・接続方法まで完全ガイド

「Bluetooth(ブルートゥース)」について、皆さんよく聞く言葉かもしれませんが、仕組みやメリットについてはご存知でしょうか?
お使いのスマートフォンやマウスなどのパソコンの関連機器、近年急速に市場に出ているIoT機器など、たくさんの機器に使われている無線通信技術になりますが、本記事ではBluetoothの仕組みやメリット、Wi-Fiとの違いや製品との接続方法について詳細に解説します。

「Bluetooth」って何?

Bluetooth 仕組み

名前の由来は?

Bluetoothは無線通信規格のひとつで、機器同士の接続に使われます。Bluetoothを直訳すると「青い歯」という意味になり、無線通信に関係がないのでは?と思うかもしれませんが、その名前の由来にはある思いが込められています。
958年のデンマークで「ハーラル・ブロタン」という国王がいました。ハーラル・ブロタンは、ノルウェーとデンマークという異なる種族間で無血統合に成功した人物です。死歯があり青黒い灰色の歯を持っていたため「青歯(bluetooth)」という異名を持っていました。
そして、時が流れて1000年後の1996年、インテル、エリクソン、ノキアの三社が近距離無線技術の標準化を企画していました。
その際に、インテルのjim kardashという技術者が、ハーラル・ブロタンのように異なる無線通信規格を統一したいという思いで、「Bluetooth」という名称を提案し、そのまま正式な名称となって今に至っています。bluetoothはブロタンの英語名となるのです。
その2年後の1998年、正式名称を選択する際には、他にもPAN(Personal Area Network)などといった名称が候補にあがったのですが、既にPANは他の意味として使用されており、Bluetoothが正式名称として決定しました。
1999年にbluetoothのバージョン1.0仕様がリリースされたあとは、広くbluetoothの名前が世の中に浸透していくことになります。
また、皆さんも目にしたことがあると思いますが、bluetoothのロゴは、新フサルクというルーン文字でハーラル・ブロタンの頭文字「H」(ᚼ)と「B」(ᛒ)を組み合わせて作られたものになります。

Bluetoothの歴史

これまでにBluetooth機能が搭載された製品が数多く販売されてきました。
初めてBluetooth機能が搭載された製品の年度を中心に、Bluetoothのこれまでの歴史について紹介します。

 

 

年度 トピック
1999年 Bluetoothのバージョン1.0仕様がリリース
2000年 初の携帯電話、PCカード、ヘッドセットを出荷
2001年 初のプリンタ、ノートパソコン、ハンズフリーカーキットを出荷
2002年 初のキーボードとマウスのコンボ、GPS受信機、デジタルカメラを出荷、IEEEがBluetooth無線技術に準拠する802.15.1仕様を承認
2003年 初のMP3プレイヤー、Bluetooth製品の出荷が週100万台に増加
2004年 初のステレオヘッドフォン、Bluetoothのバージョン2.0仕様がリリース
2006年 初のサングラス、時計、額縁、Bluetooth製品の出荷が週1000万台に増加
2007年 初のアラームクロックラジオ、テレビ
2009年 Bluetoothのバージョン3.0/4.0仕様がリリース
2012年 Bluetoothの年間出荷台数が2億台を超える
2016年 Bluetoothのバージョン5.0仕様がリリース

 

 

参考:https://www.bluetooth.com/ja-jp/about-us/our-history

Bluetoothは、約20年間という期間の間に、様々なジャンルの機器に数多く搭載されてきたことがわかるかと思います。
2000年に初めて携帯電話にBluetooth機能が搭載されましたが、現時点では、約90%以上の携帯電話にbluetoothは搭載されています。
その利便性から、近年急速に発展してきた無線技術の象徴がBluetoothとなるのです。

Bluetoothで通信できる仕組み

Bluetoothが通信できる仕組みついて解説します。

Bluetoothは、特定の機器と機器を1対1で結ぶ通信で、2.4GHz周波数のISMバンドを使用します。

2.4GHz周波数(ISMバンド)とは?

無線の周波数が同じだと干渉を起こすため、どの周波数をどのような目的で使うかは国際的に決められています。
日本においての管轄元は総務省となっており、電波法が適用されています。
こういった背景から、Bluetoothは、電波法の規定によって利用が認められている技術となり、Bluetoothを使用する機器は認定試験に合格する必要があります。
また、電波を使う機器は無線通信だけではなく、電子レンジなどの電磁波も対象となります。
無線通信以外で電磁波を利用するには、産業応用(Industrial)、科学技術応用(Scientific)、医学応用(Medical)などがあり、これらの頭文字をとって、ISMバンドと呼びます。
ISMバンドは、使用する周波数の範囲の割り当てが決まっていますが、Bluetoothは、2.4GHz帯を使用します。2.4GHzの特性として、雑音や大気の影響が少なく、移動通信に適しているといった特徴があり、近年急速に利用する機器が増えています。
この2.4GHz帯はBluetooth以外にも、無線LAN、コードレス電話、ラジコンなどがあり、近年特に利用が増えているのは無線LANです。
ここまで多くの機器が同じ周波数を使用すると、干渉を起こして通信障害が起こるのでは?と心配になるかもしれませんが、対応策として、複数チャネルを設けて回避しています。
Bluetoothは2.4GHz帯(詳しくは2402〜2480MHz)を1MHzおきに40〜79のチャネルに分けており、周波数をランダムに変更する周波数ホッピングという方式をとっています。こういった高い技術で通信の信頼性を確保しているのです。

Bluetoothはマスタスレーブ方式でお互いを機器として認識するペアリングを行います。また、ペアリングを行うと、接続が確立して全二重(同時方向)通信を行いデジタルデータを電波として乗せるといった仕組みになります。

マスタスレーブ方式とは?

お互いの機器が連動して動作する際、制御する側の機器をマスター、制御される側の機器をスレーブと呼びます。機能差があまりない機器同士を接続する方式として使用されます。

全二重(同時方向)通信とは?

電話でのやりとりをイメージしてください。電話はお互いに話をしたり聞いたりすることができます。こういった双方向のやりとりができる通信を全二重通信と呼び、Bluetoothに採用されています。
もう一つの通信方式として半二重通信がありますが、こちらはトランシーバでのやりとりをイメージしてください。片方だけが話したら、送信と受信を切り替えて、片方が話すといった通信方式が半二重通信となります。

また、Bluetoothは様々な機器に使用されるので、機器のジャンルごとに策定されたプロトコル(規約)があります。その使用方法をプロファイルと呼び標準化しています。
お互いに通信する機器同士が同じプロファイルを持っていないと通信が行えない仕組みとなっています。
代表的なプロファイルは以下となります。

代表的なプロファイルについて

 

 

プロファイル略称 プロファイル正式名称 説明
3DSP 3D Synchronization Profile 3Dメガネとテレビを繋ぐ
A2DP Advanced Audio Distribution Profile デジタルオーディオプレイヤー - ヘッドフォン間などで用いられる、ステレオ音質のオーディオデータをストリーミング配信する
AVRCP Audio/Video Remote Control Profile デジタルオーディオプレイヤー - リモコン間などで用いられる、操作対象デバイスをリモコンからリモート操作する
BIP Basic Imaging Profile 携帯電話 - プリンタ間などで用いられる、画像の送受信や印刷に使用される
BPP Basic Printing Profile 携帯電話 - プリンタ間などで用いられる、電子メールや画像、プレーンテキストなどの印刷に使用される
CTN Calendar Tasks and Notes Profile カレンダータスクとノート
DI Device Identification Profile SDPを利用して、デバイス固有の情報を提供する
DUN Dial-Up Network Profile Bluetoothの無線接続経由で、インターネットや他のダイアルアップサービスにアクセスする
FTP File Transfer Profile 2台のPC間でファイル転送を行う
GAP Generic Access Profile 他の全てのプロファイルの基礎として機能するプロファイルで、機器の接続、認証、暗号化などを行う
GATT Generic Attribute Profile Bluetooth Low Energyを利用するすべての通信のベースとなる
GAVDP General Audio/Video Distribution Profile ビデオストリームやオーディオストリームを配信する
GNSS Global Navigation Satellite System Profile GPSなどの測位情報を伝送する
GOEP Generic Object Exchange Profile ファイル転送の基礎として機能する
GPP Generic PIM Profile PIM
HCRP Hard Copy Cable Replacement Profile PC - プリンタ間で用いられる、ファイルの印刷・スキャンを行なう
HDP Health Device Profile 健康管理機器を接続する
HFP Hands-Free Profile 携帯電話 - ヘッドセット間などで用いられる、電話の発着信や通話を行なう
HID Human Interface Device Profile キーボードやマウス(ポインティングデバイス)をBluetoothの無線接続経由で使用する
HSP Headset Profile PC・携帯電話 - ヘッドセット間などで用いられる、音声入出力を行なう
IOPT Interoperability Profile すべてのBluetooth対応機器に適用されるプロファイルで相互運用性を定義する
MAP Message Access Profile デバイス間でメッセージオブジェクトを交換する
MPS Multi-Profile Specification 複数のプロファイルのサポート
OPP Object Push Profile 携帯電話 - 携帯電話間のオブジェクト(たとえば電話帳のデータやスケジュールのデータなど)を交換するために使用される
PAN Personal Area Networking Profile ある1台のPC(マスター)を中心として、複数のPC(スレイブ)が無線接続を行なう
PBAP Phone Book Access Profile 電話帳情報を伝送する
SAP SIM Access Profile GSM(2G)方式のSIMカード、UICC、R-UIMカードにアクセスする
SPP Serial Port Profile PC間において仮想シリアルポートを設定し、それらのPCを接続するために使用される
SYNCH Synchronization Profile GOEPと連動して使用することで、PCや携帯電話などの各デバイス間で各種情報(カレンダーやアドレスなど)を共有するために使用される
VDP Video Distribution Profile ビデオカメラ - モニタ間などで、ビデオデータをストリーミング配信する

 

 

参考:https://ja.wikipedia.org/wiki/Bluetooth%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB%E3%81%AE%E4%B8%80%E8%A6%A7

「Bluetooth」と「Wi-Fi」って違うの?

Bluetooth Wi-Fi
BluetoothとWi-Fi(無線LAN)の違いについて解説します。

大きな違いは以下の3点となります。

①通信速度
BluetoothとWi-Fiはどちらも無線通信を行いますが、大きな違いは通信速度になります。Wi-Fiの方が通信速度が早く、数Gbpsといった速度が出ますが、Bluetoothは最大24Mbpsとなります。最大で100倍ほどの速さの違いがあります。

②通信距離
通信できる距離にも違いがあります。
Wi-Fiは数百メートル先まで電波が届きますが、Bluetoothは数十メートル先までとなります。そのため、Wi-Fiのような広範囲でのネットワークを構成することはなく、1対1対の機器同士の通信となります。

③周波数
BluetoothとWi-Fiのどちらも2.4GHzを使用しますが、Wi-Fiはそれに加えて5GHz、60GHzを使用します。

Bluetoothのメリット

Bluetoothのメリットについて解説します。

BluetoothとWi-Fiの違いについて解説しましたが、Wi-Fiの方が機能的に優れているように感じた方も多いかと思います。

しかし、Bluetoothにもメリットがあるため、近年急速に発展してきました。

主なメリットは以下の2点となります。

①利便性
ユーザーが簡単な操作で機器同士を接続できるため、すぐに機器を利用することができ、利便性に優れています。

②消費電力
Wi-Fiと比較すると消費電力が少ないです。小型機器などはバッテリーの持ちに影響するため、消費電力の少なさは非常に重要になってきます。

Bluetoothはどんなシーンで使う?

Bluetooth 技術

Bluetooth技術を利用した製品

Bluetoothが搭載されている機器は市場に多く出ています。
具体的にどういった機器があるか紹介します。

携帯電話、スマートフォン、PHS

Bluetoothが搭載されたことで、Bluetooth対応機器をコントロールするマスター機器として様々な機器を操作することができるようになりました。また、テザリングすることによりスマートフォンを無線ルーターとして使用することもできるようになりました。その可能性はこれからも高まっていくことでしょう。

カーナビゲーション

スマートフォンなどの電話帳取り込みや、音楽プレーヤーと接続して音楽を聞いたりと様々な機器と連動することができるようになりました。

音楽プレーヤー

Bluetooth対応スピーカーやヘッドフォンと接続することにより、ワイヤレスで手軽に音楽を楽しむことができるようになりました。イヤホンなどはケーブルが絡まることもないのでスポーツジムでのトレーニングでも使いやすくなっています。

デジタルカメラ

Bluetooth対応のSDカードをさすことにより、写真画像をスマートフォンなどに送ることができるようになりました。

パソコン各OS(Windows、Linux、macOS)

Bluetooth対応のマウスやキーボードと接続することにより、有線の煩わしさから解放されました。

ヘルスケア機器

体重計や血圧計があげられます。体重計とスマートフォンをBluetoothで接続することで、日々の計測結果をスマートフォンで管理することができ、グラフ化などができユーザの利便性が向上しました。

ゲーム機

Wii、Wii U、Nintendo Switch、PlayStation3、PlayStation4、ニンテンドーDSなどがあげられます。PlayStation3などはコントローラーがBluetoothに対応したことで、有線の煩わしさから解放されました。

Bluetoothにはバージョンがある

Bluetoothにはリリースされたバージョンごとに機能に違いがあります。
最新規格のバージョン5.0では通信速度、通信距離が向上していますので、これから購入する方はバージョン5.0以上の機器購入がおすすめです。

各バージョンについて解説します。

 

 

バージョン リリース時期 説明
1.0b 1999年 一番最初にリリースされたベータバージョン
1.0b + CE (Critical Errata) 1999年 1.0bの修正バージョン
1.1 2001年1月 一番最初に市場に普及したバージョン
1.2 2003年11月 2.4GHz帯域の無線LAN (IEEE 802.11/b/g) などとの干渉対策が盛り込まれた。
2.0 2004年11月 容量の大きいデータを通信する際に最大通信速度を3Mbpsの通信に切り替える Enhanced Data Rate (EDR) がオプションで追加できるようになった
2.1 2007年3月 ペアリングが簡略化され、近距離無線通信の Near Field Communication (NFC) に対応した。マウスやキーボードなどのスリープ時間が多い機器のバッテリーを最大で5倍延長できる「Sniff Subrating」機能を加えた
3.0 2009年4月 Protocol Adaptation Layer (PAL) とGeneric Alternate MAC/PHY (AMP) によって無線LAN規格IEEE 802.11のMAC/PHY層の利用が可能となり、最大通信速度が24Mbpsとなる High Speed (HS) がオプションで追加できるようになった。また、電力管理機能を強化して省電力性を向上させた
4.0 2009年12月 従来からの Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) に加えて、BR/EDR に比べ大幅に省電力化された Bluetooth Low Energy (LE) が追加された。Bluetooth SIGが公開する資料によれば、ボタン電池1つのみでも数年駆動可能としている。転送速度は1Mbpsだが、データパケットサイズが8 - 27オクテットと非常に小さくなっている。これは、例えば家電製品などに搭載されたセンサとのデータ通信に向けた仕様となっている。この点が BR/EDR と方向性が異なっており、互換性が無く、ベンダは BR/EDR と LE をそれぞれ目的別に採用するものとされている。ホスト側は両方を組み込んだ「デュアルモード」を実装できる。

BR/EDR に ATT and GATT over BR/EDR を追加

4.1 2013年12月 Bluetooth Low Energy に モバイル端末向け通信サービスの電波との干渉を抑える技術、データ転送の効率化、自動の再接続機能、直接インターネット接続できる機能、ホストとクライアント同時になれる機能が追加された
4.2 2014年12月 Bluetooth Low Energy に Data Packet Length Extension を追加し、通信速度(アプリケーションスループット)が260kbpsから650kbpsに2.5倍高速化。Bluetooth Low Energy が IPv6/6LoWPAN でインターネット接続できるようになる
5.0 2016年12月 Bluetooth Low Energy のデータレートが2Mbps, 1Mbps, 500kbps, 125kbpsになり、2及び1Mbpsは従来通り到達距離が100m、125kbpsは到達距離が400mとなった

 

参考:https://ja.wikipedia.org/wiki/Bluetooth#%E3%83%90%E3%83%BC%E3%82%B8%E3%83%A7%E3%83%B3

Bluetoothの危険性について

Bluetooth 危険性
便利なBluetoothですが、使用にはセキュリティ面で注意が必要です。

①個人情報の流出
Bluetoothは他の機器を検索する機能があるので、近くの機器名を検索したりすることができます。個人名などを機器名にしていると流出する恐れがあるので注意が必要です。

②嫌がらせ行為の被害
iPhoneの機能としてAirDrop機能というBluetoothを利用したファイル送信ができますが、知らない人からの突然のファイル送信なども近年問題になっています。
iPhoneのAirDrop設定から「受信しない」設定も可能なので、心配な方は設定を確認してみてください。

Bluetoothの接続方法

Bluetoothには「ペアリング」が必要

Bluetooth ペアリング

「ペアリング」とは

ペアリングとは、Bluetooth対応機器同士を接続することを言います。
例えば、スマートフォンとイヤホンをBluetoothで接続する場合は、ペアリングという作業が必要になってきます。この場合、ペアリングする側(設定を行う側)がスマートフォンで、ペアリングされる側がイヤホンとなります。

Bluetooth「ペアリング」の届く距離は?

ペアリングできる距離は、Bluetoothの規約である「Class」によって変わってきます。
現在市場に普及しているBluetooth機器はClass2が多くなっています。

 

 

Class1 約100m
Class2 約10m
Class3 約1m

Bluetoothのペアリング元になる機器

ペアリングする側(設定を行う側)としてパソコンやスマートフォンがあげられます。現在は、スマートフォンが多く利用されています。

Bluetoothのペアリング方法

実際にペアリングする方法について解説します。

○今回使用する機器
スマートフォン(iPhone SE)・・・ペアリングする側(設定を行う側)
イヤホン(Anker Soundcore Liberty Lite)・・・ペアリングされる側

①iPhoneの設定画面からBluetoothをONにします。
ペアリング対象の機器が表示されます。
ペアリング対象 機器

②ペアリングしたい機器を選択すると「接続済み」となります。
(今回はSoundcore Liberty Lite)
接続済み

③ペアリング完了。
spotifyなどの音楽アプリでイヤホンから音楽が再生できます。
ペアリング 完了

BluetoothとWi-Fiの「干渉」に注意

Bluetoothの「干渉」とは

Bluetooth対応の機器を使用する場合、電波の波が衝突して干渉する場合があります。電波が干渉すると、通信が断続的に途切れたり、ペアリングが強制的に解除されたりといったことが起きてしまいます。

Bluetoothが干渉しやすい電波

では、どういった場合に干渉するかというと、近くにBluetoothを使用した機器が複数ある場合に、電波が干渉する場合があります。例えば、混雑している電車のホームなどでイヤホンを使用している場合などは電波が干渉して音楽再生が途切れたりしてしまうことが発生します。
また、同じ周波数(2.4GHz)を使用している機器が近くにあると干渉することがあります。例えば、Wi-Fiを2.4GHz帯で使用していたり、電子レンジを近くで使用していたりすると干渉しやすい状況となってしまいます。

Bluetoothが干渉する場合の対処法

電波が干渉している場合の対処法について解説します。

家電から離れて使用する

電子レンジなどの電磁波を発生する家電から、なるべく離れて使用すると電波干渉を防ぐことができます。

Wi-Fiの使用する周波数を変更する

無線LANルーターの規格によっては2.4GHzの他に5GHzに使用する周波数を変更できる機器もあるため、設定変更により電波干渉を防ぐことができます。

まとめ

Bluetoothは無線通信規格の一つで、機器同士を1対1で接続する。
簡単なペアリング接続、省電力であるため利便性に優れており、様々な機器に対応している。
個人情報流出などのセキュリティリスクがあるため設定を見直そう。
周波数は2.4GHzを使用するため他の機器との電波干渉に注意!

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