บลูทูธพลังงานต่ำ ( บลูทูธ LEหรือที่เรียกกันทั่วไปว่าBLEซึ่งเดิมทีทำการตลาดในชื่อบลูทูธสมาร์ท^{[ 1 ]} ) เป็น เทคโนโลยี เครือข่ายพื้นที่ส่วนบุคคลไร้สายที่ออกแบบและทำการตลาดโดยกลุ่มความสนใจพิเศษบลูทูธ (บลูทูธ SIG) ^{[ 2 ]}โดยมุ่งเน้นที่แอปพลิเคชันใหม่ ๆ ในอุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพฟิตเนสบีคอน^{[ 3} ] ความปลอดภัย และความบันเทิงภายในบ้าน^{[ 4 ]}เมื่อเทียบกับบลูทูธแบบคลาสสิกบลูทูธพลังงานต่ำมีจุดประสงค์เพื่อให้การใช้พลังงานและต้นทุนลดลงอย่างมาก ในขณะที่ยังคงรักษา^ระยะการสื่อสารที่ใกล้เคียงกัน

BLE และบลูทูธแบบคลาสสิกใช้ชุดความถี่วิทยุที่แตกต่างกัน และถึงแม้ว่า BLE จะเป็นอิสระจากบลูทูธ แบบคลาสสิก และไม่มีความเข้ากันได้โดยตรง แต่บลูทูธแบบ Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR) และ BLE สามารถทำงานร่วมกันได้ ข้อกำหนดดั้งเดิมได้รับการพัฒนาโดยNokiaในปี 2549 ภายใต้ชื่อ Wibree ^{[ 5 ]}ซึ่งถูกรวมเข้ากับบลูทูธ 4.0 ในเดือนธันวาคม 2552 ในชื่อบลูทูธพลังงานต่ำ

ระบบปฏิบัติการมือถือ ได้แก่iOS , Android , Windows PhoneและBlackBerryรวมถึงระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปmacOS , Linux , Windows 8 , Windows 10และWindows 11ต่างรองรับ Bluetooth Low Energy โดยตรง

บลูทูธพลังงานต่ำ (Bluetooth Low Energy) แตกต่างจาก โปรโตคอล บลูทูธอัตราพื้นฐาน/อัตราข้อมูลขั้นสูง (BR/EDR) รุ่นก่อนหน้า (ซึ่งมักเรียกว่า "รุ่นคลาสสิก") แต่ทั้งสองโปรโตคอลสามารถรองรับได้ในอุปกรณ์เดียว: ข้อกำหนดบลูทูธ 4.0อนุญาตให้อุปกรณ์ใช้งานระบบ LE หรือ BR/EDR หรือทั้งสองระบบพร้อมกันได้

Bluetooth Low Energy ใช้ คลื่นความถี่วิทยุ 2.4 GHzเดียวกันกับ Bluetooth แบบคลาสสิก ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์แบบสองโหมดสามารถใช้เสาอากาศวิทยุ ร่วมกันได้ แต่ใช้ระบบการปรับสัญญาณ ที่ง่ายกว่า ^{[ 6 ]}

ในปี 2554 Bluetooth SIG ได้ประกาศโลโก้ Bluetooth Smart เพื่อชี้แจงความเข้ากันได้ระหว่างอุปกรณ์พลังงานต่ำรุ่นใหม่กับอุปกรณ์ Bluetooth อื่นๆ^{[ 7 ]}

• Bluetooth Smart Ready บ่งชี้ว่าอุปกรณ์แบบสองโหมดสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ต่อพ่วง แบบคลาสสิกและแบบใช้พลังงานต่ำ ได้^{[ 8 ]}
• Bluetooth Smart หมายถึงอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำเท่านั้น ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ Smart Ready หรืออุปกรณ์ Bluetooth Smart อื่นๆ เพื่อให้สามารถทำงานได้

จากข้อมูลการสร้างแบรนด์ Bluetooth SIG ในเดือนพฤษภาคม 2559 Bluetooth SIG เริ่มทยอยยกเลิกโลโก้และเครื่องหมายคำว่า Bluetooth Smart และ Bluetooth Smart Ready และกลับมาใช้โลโก้และเครื่องหมายคำว่า Bluetooth ^{[ 9 ]}ในสีน้ำเงินใหม่

Bluetooth SIG ระบุตลาดจำนวนหนึ่งสำหรับเทคโนโลยีพลังงานต่ำ โดยเฉพาะในภาคส่วนบ้านอัจฉริยะ สุขภาพ กีฬา และฟิตเนส^{[ 10 ]}ข้อดีที่กล่าวถึง ได้แก่:

• ใช้พลังงานต่ำ สามารถใช้งานได้นาน "หลายเดือนหรือหลายปี" ด้วยแบตเตอรี่แบบกระดุมเพียงก้อนเดียว
• ขนาดเล็กและราคาประหยัด
• สามารถใช้ งาน ร่วมกับ โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และคอมพิวเตอร์จำนวนมากได้

ในปี พ.ศ. 2544 นักวิจัยของNokiaได้ระบุสถานการณ์ต่างๆ ที่เทคโนโลยีไร้สายในปัจจุบันไม่สามารถจัดการได้^{[ 11 ]}บริษัทเริ่มพัฒนาเทคโนโลยีไร้สายที่ดัดแปลงมาจากมาตรฐาน Bluetooth ซึ่งจะให้การใช้พลังงานและต้นทุนที่ต่ำกว่า พร้อมทั้งลดความแตกต่างจากเทคโนโลยี Bluetooth ให้น้อยที่สุด ผลลัพธ์ได้รับการเผยแพร่ในปี พ.ศ. 2547 โดยใช้ชื่อว่า Bluetooth Low End Extension ^{[ 12 ]}

หลังจากการพัฒนาเพิ่มเติมร่วมกับพันธมิตร โดยเฉพาะLogitechและภายในโครงการ MIMOSA ของยุโรป^{[ a ]}และได้รับการส่งเสริมและสนับสนุนอย่างแข็งขันโดยSTMicroelectronicsตั้งแต่ช่วงเริ่มต้น^{[ b ]}เทคโนโลยีนี้ได้เปิดตัวสู่สาธารณะในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2549 ภายใต้ชื่อแบรนด์ Wibree ^{[ 15 ]}หลังจากการเจรจากับสมาชิก Bluetooth SIG ได้มีการบรรลุข้อตกลงในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2550 เพื่อรวม Wibree ไว้ในข้อกำหนด Bluetooth ในอนาคตในฐานะเทคโนโลยี Bluetooth พลังงานต่ำพิเศษ^{[ 16 ] [ 17 ]}

เทคโนโลยีนี้วางจำหน่ายในชื่อ Bluetooth Smart และการรวมเข้ากับ Core Specification เวอร์ชัน 4.0 เสร็จสมบูรณ์ในช่วงต้นปี 2010 ^{[ 18 ]}สมาร์ทโฟนเครื่องแรกที่ใช้ข้อกำหนด 4.0 คือiPhone 4Sซึ่งวางจำหน่ายในเดือนตุลาคม 2011 ^{[ 19 ]}ผู้ผลิตรายอื่น ๆ อีกหลายรายได้วางจำหน่ายอุปกรณ์ที่รองรับ Bluetooth Low Energy ในปี 2012

Bluetooth SIG เปิดตัว Bluetooth 5 อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2016 ในงานแถลงข่าวที่ลอนดอน การเปลี่ยนแปลงด้านการตลาดอย่างหนึ่งคือการตัดหมายเลขรุ่นออกไป เหลือเพียงเรียกว่า Bluetooth 5 (ไม่ใช่ Bluetooth 5.0 หรือ 5.0 LE เหมือนกับ Bluetooth 4.0) การตัดสินใจนี้ทำขึ้นเพื่อ "ลดความซับซ้อนของการตลาด และสื่อสารประโยชน์ของผู้ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น" ^{[ 20 ]}ในด้านเทคนิค Bluetooth 5 จะเพิ่มระยะการส่งสัญญาณเป็นสี่เท่าโดยใช้กำลังส่งที่เพิ่มขึ้นหรือเลเยอร์ทางกายภาพแบบเข้ารหัส เพิ่มความเร็วเป็นสองเท่าโดยใช้เวลาสัญลักษณ์ครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับ Bluetooth 4.x และเพิ่มความจุในการกระจายข้อมูลเป็นแปดเท่าโดยการเพิ่มความยาวข้อมูลโฆษณาของการส่งสัญญาณ Bluetooth พลังงานต่ำเมื่อเทียบกับ Bluetooth 4.x ซึ่งอาจมีความสำคัญสำหรับ แอปพลิเคชัน IoTที่โหนดเชื่อมต่อกันทั่วทั้งบ้าน^{[ 21 ]} "แพ็กเก็ตโฆษณา" ในศัพท์ของ Bluetooth คือข้อมูลที่แลกเปลี่ยนระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องก่อนการจับคู่ กล่าวคือเมื่อยังไม่ได้เชื่อมต่อ ตัวอย่างเช่น แพ็กเก็ตโฆษณาช่วยให้อุปกรณ์สามารถแสดงชื่อของอุปกรณ์บลูทูธอื่นให้ผู้ใช้เห็นก่อนที่จะจับคู่กัน^{[ 22 ]}บลูทูธ 5 เพิ่มความยาวข้อมูลของแพ็กเก็ตโฆษณานี้ ความยาวของแพ็กเก็ตนี้ในบลูทูธ 4.x คือ 31 ไบต์ (สำหรับโทโพโลยีแบบกระจายเสียง)

Bluetooth SIG ได้เผยแพร่ข้อกำหนด Mesh Profile และ Mesh Model อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 18 กรกฎาคม 2560 ข้อกำหนด Meshช่วยให้สามารถใช้ Bluetooth Low Energy สำหรับการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์หลายตัวสำหรับระบบอัตโนมัติในบ้านเครือข่ายเซ็นเซอร์และแอปพลิเคชันอื่นๆ ที่เซ็นเซอร์ หุ่นยนต์ สมาร์ทโฟน และอุปกรณ์อื่นๆ จำเป็นต้องประสานงานกัน^{[ 23 ] [ 24 ]}

โดยอ้างอิงจากข้อกำหนด Bluetooth ดั้งเดิม กลุ่ม Bluetooth SIG ได้กำหนดโปรไฟล์ หลายแบบ ซึ่งเป็นข้อกำหนดเกี่ยวกับวิธีการทำงานของอุปกรณ์ในแอปพลิเคชันเฉพาะ สำหรับอุปกรณ์พลังงานต่ำ ผู้ผลิตจะต้องนำข้อกำหนดที่เหมาะสมไปใช้กับอุปกรณ์ของตนเพื่อให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้ อุปกรณ์หนึ่งอาจมีการใช้งานหลายโปรไฟล์พร้อมกัน

โปรไฟล์แอปพลิเคชันพลังงานต่ำส่วนใหญ่ในปัจจุบันนั้นอิงตาม Generic Attribute Profile (GATT) ซึ่งเป็นข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการส่งและรับข้อมูลชิ้นเล็ก ๆ ที่เรียกว่าแอตทริบิวต์ผ่านลิงก์พลังงานต่ำ^{[ 26 ]}โปรไฟล์Bluetooth meshเป็นข้อยกเว้นของกฎนี้ โดยอิงตาม General Access Profile (GAP) ^{[ 27 ]}

โปรไฟล์ Bluetooth mesh ใช้ Bluetooth Low Energy เพื่อสื่อสารกับอุปกรณ์ Bluetooth Low Energy อื่นๆ ในเครือข่าย อุปกรณ์แต่ละตัวสามารถส่งต่อข้อมูลไปยังอุปกรณ์ Bluetooth Low Energy อื่นๆ ได้ ทำให้เกิดเอฟเฟกต์ "mesh" เช่น การปิดไฟทั้งอาคารจากสมาร์ทโฟนเครื่องเดียว^{[ 28 ]}

• MESH ( Mesh Profile ) – สำหรับการสร้างเครือข่ายแบบ Mesh พื้นฐาน
• MMDL ( โมเดลตาข่าย ) – สำหรับการกำหนดค่าเลเยอร์แอปพลิเคชัน คำว่า "โมเดล" ถูกใช้ในข้อกำหนดตาข่ายแทนคำว่า "โปรไฟล์" เพื่อหลีกเลี่ยงความกำกวม

มีโปรไฟล์มากมายสำหรับอุปกรณ์ Bluetooth Low Energy ในแอปพลิเคชันด้านการดูแลสุขภาพ กลุ่มพันธมิตร Continua Health Allianceส่งเสริมโปรไฟล์เหล่านี้โดยร่วมมือกับ Bluetooth SIG:

• BLP (Blood Pressure Profile) – สำหรับการวัดความดันโลหิต
• HTP (Health Thermometer Profile) – สำหรับอุปกรณ์วัดอุณหภูมิทางการแพทย์
• GLP (Glucose Profile) – สำหรับเครื่องตรวจวัดระดับน้ำตาลในเลือด
• CGMP (Continuous Glucose Monitor Profile)

ประเภทของสินค้าสำหรับอุปกรณ์กีฬาและฟิตเนส ได้แก่:

• BCS (บริการวิเคราะห์องค์ประกอบร่างกาย)
• CSCP (Cycling Speed ​​and Cadence Profile) – สำหรับเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งกับจักรยานหรือจักรยานออกกำลังกายเพื่อวัดจังหวะการปั่นและความเร็วล้อ
• CPP (โปรไฟล์กำลังการปั่นจักรยาน)
• HRP (Heart Rate Profile) – สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้วัดอัตราการเต้นของหัวใจ
• LNP (โปรไฟล์ตำแหน่งและการนำทาง)
• RSCP (Running Speed ​​and Cadence Profile)
• WSP (Weight Scale Profile)

• ESP (Environmental Sensing Profile)
• UDS (บริการข้อมูลผู้ใช้)

• HOGP ( HID over GATT Profile) คือเทคโนโลยีที่ช่วยให้เมาส์ คีย์บอร์ด และอุปกรณ์ไร้สายอื่นๆ ที่รองรับ Bluetooth LE สามารถใช้งานได้ยาวนานด้วยแบตเตอรี่ที่ทนทาน

แอปพลิเคชัน "สายจูงอิเล็กทรอนิกส์" เหมาะอย่างยิ่งกับอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานซึ่งเป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์ "เปิดใช้งานตลอดเวลา" ^{[ 29 ]}ผู้ผลิต อุปกรณ์ iBeaconใช้ข้อกำหนดที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์ของตนเพื่อใช้ประโยชน์จากความสามารถในการตรวจจับระยะใกล้ที่รองรับโดยอุปกรณ์ iOSของApple ^{[ 30 ]}

คุณสมบัติผู้สมัครที่เกี่ยวข้อง ได้แก่:

• FMP (โปรไฟล์ "ค้นหาฉัน") – อนุญาตให้อุปกรณ์หนึ่งส่งการแจ้งเตือนไปยังอุปกรณ์ที่สองที่หายไป^{[ 31 ]}
• PXP (Proximity Profile) – ช่วยให้ตัวตรวจสอบระยะใกล้สามารถตรวจจับได้ว่าตัวรายงานระยะใกล้ (Proximity Reporter) อยู่ในระยะใกล้หรือไม่ สามารถประมาณระยะใกล้ทางกายภาพได้โดยใช้ ค่า RSSI ของตัวรับสัญญาณวิทยุ แม้ว่าจะไม่มีการสอบเทียบระยะทางที่แน่นอนก็ตาม โดยทั่วไป อาจมีการส่งสัญญาณเตือนเมื่อระยะห่างระหว่างอุปกรณ์เกินเกณฑ์ที่กำหนดไว้

ตัวอย่างการใช้งานการตรวจจับระยะใกล้คือWebAuthn Hybrid Transport ที่ใช้ Bluetooth Low Energy (caBLE) ซึ่งได้รับการช่วยเหลือจากคลาวด์ ทำให้เครื่องตรวจสอบความถูกต้องแบบเคลื่อนที่ เช่น สมาร์ทโฟน สามารถตรวจสอบความถูกต้องด้วยข้อมูลประจำตัว WebAuthn (เรียกว่า passkey) ได้ โดยใช้ Bluetooth Low Energy เป็นการตรวจสอบระยะใกล้ระหว่างเครื่องตรวจสอบความถูกต้องแบบเคลื่อนที่และไคลเอ็นต์ (เช่น คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล) ^{[ 25 ]}

• โปรไฟล์สถานะการแจ้งเตือนทางโทรศัพท์และโปรไฟล์การแจ้งเตือนช่วยให้อุปกรณ์ไคลเอ็นต์สามารถรับการแจ้งเตือนต่างๆ เช่น การแจ้งเตือนสายเรียกเข้าจากอุปกรณ์อื่นได้
• ฟังก์ชันการตั้งค่าเวลาช่วยให้สามารถตั้งค่าเวลาปัจจุบันและเขตเวลาบนอุปกรณ์ไคลเอ็นต์จากอุปกรณ์เซิร์ฟเวอร์ได้ เช่น ระหว่างนาฬิกาข้อมือและเวลาเครือข่าย ของโทรศัพท์มือ ถือ

• บริการแบตเตอรี่จะแสดงสถานะและระดับแบตเตอรี่ของแบตเตอรี่แต่ละก้อนหรือชุดแบตเตอรี่ในอุปกรณ์

LE Audio ซึ่งประกาศในเดือนมกราคม 2020 สร้างขึ้นบนพื้นฐานของBluetooth 5.2 / 5.3โดยอนุญาตให้โปรโตคอล Bluetooth LE ส่งสัญญาณเสียงได้ โดยใช้พลังงานแบตเตอรี่น้อยกว่า Bluetooth Audio ทั่วไป^{[ 32 ]}มีคุณสมบัติเช่น หูฟังชุดเดียวเชื่อมต่อกับแหล่งเสียงหลายแหล่ง หรือหูฟังหลายตัวเชื่อมต่อกับแหล่งเดียว (เรียกว่าAuracast ) ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}และรองรับเครื่องช่วยฟัง^{[ 36 ]}โดยแนะนำLC3เป็นตัวแปลงสัญญาณเริ่มต้น^{[ 32 ]}มาตรฐานนี้มีการอ้างว่ามีความหน่วงต่ำสุดที่ 20–30 มิลลิวินาที เทียบกับ Bluetooth Classic audio ที่ 100–200 มิลลิวินาที^{[ 37 ]}

ข้อกำหนดเกี่ยวกับการใช้งาน Basic Audio Profile และ Coordinated Set Identification ได้รับการเผยแพร่ในปี 2021 ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}และ Common Audio Profile และ Service ในเดือนมีนาคม 2022 ^{[ 42 ] [ 43 ]}เมื่อวันที่ 12 กรกฎาคม 2022 Bluetooth SIG ได้ประกาศความสำเร็จของ Bluetooth LE Audio ^{[ 44 ]}

Auracast เป็นบริการกระจายเสียงสาธารณะที่ช่วยให้ผู้รับหลายรายสามารถเชื่อมต่อกับเครื่องส่งสัญญาณเสียงเพียงเครื่องเดียวโดยไม่ต้องทำการจับคู่ผ่านบลูทูธ ก่อน Auracast เป็นเครื่องหมายการค้าที่Bluetooth SIG เป็นเจ้าของ

Auracast ใช้โปรไฟล์และบริการ Bluetooth LE ดังต่อไปนี้: ^{[ 45 ]}

• โปรไฟล์เสียงพื้นฐาน (BAP) 1.0.1 ^{[ 39 ]}
• โปรไฟล์การออกอากาศสาธารณะ (PBP) 1.0 ^{[ 46 ]}
• โปรไฟล์เสียงทั่วไป (CAP) 1.0 ^{[ 42 ]}
• โปรไฟล์เสียงโทรศัพท์และสื่อ (TMAP) 1.0 ^{[ 47 ]}
• โปรไฟล์การเข้าถึงการได้ยิน (HAP) 1.0 ^{[ 48 ]}
• บริการสแกนเสียงออกอากาศ 1.0 ^{[ 49 ]}
• บริการความสามารถด้านเสียงที่เผยแพร่ 1.0.1 ^{[ 50 ]}

เครื่องส่งสัญญาณ Auracast ใช้การโฆษณาแบบไร้สายเพื่อออกอากาศข้อมูลเกี่ยวกับสตรีมที่มีอยู่ เช่น ชื่อเครื่องส่งสัญญาณ ประเภทเสียง ชื่อรายการ และภาษา ซึ่งสามารถแสดงบนเครื่องรับและในแอปบนสมาร์ทโฟนและสมาร์ทวอทช์ หรือประมวลผลโดยเครื่องรับเพื่อเชื่อมต่อกับแหล่งที่มาที่ต้องการโดยอัตโนมัติ^{[ 51 ]}

สมาร์ทโฟนที่เปิดใช้งาน Bluetooth LE ทำหน้าที่เป็นผู้ช่วยในการควบคุมตัวรับสัญญาณ Auracast เช่น หูฟังและเอียร์บัด Broadcast Audio URIซึ่งทำการตลาดในชื่อ "สแกนเพื่อฟัง" ให้ข้อมูลที่จำเป็นในการเชื่อมต่อกับสตรีมเสียงเฉพาะ ซึ่งเข้ารหัสด้วยรหัส QRหรือส่งผ่านโดยใช้NFCสิ่งนี้ช่วยให้ผู้ใช้สามารถเลือกสตรีมเสียงเฉพาะได้โดยตรงในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น คู่มือเสียงในพิพิธภัณฑ์ การแปลพร้อมกันในหลายภาษา หน้าจอทีวีเงียบในบาร์หรือศูนย์ชุมชน กิจกรรมสาธารณะหรือการแสดงดนตรีในห้องประชุม/สถานที่จัดกีฬา/ศาสนสถาน ประกาศสถานีและบริการในระบบขนส่งสาธารณะ และประกาศเที่ยวบินในสนามบิน^{[ 52 ]}

พัฒนาโดย กลุ่มทำงาน ของสมาคมผู้ผลิต MIDI (MMA) (ปัจจุบันคือสมาคม MIDI) มีข้อกำหนด Bluetooth LE MIDI (BLE-MIDI) อย่างเป็นทางการ ^{[ 53 ]}ซึ่งเป็นโปรโตคอลไร้สายที่ออกแบบมาเพื่อส่งข้อมูล MIDI ผ่าน Bluetooth Low Energy โดยมุ่งเน้นที่การสื่อสาร MIDI ไร้สายที่ประหยัดพลังงานสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ตัวควบคุม MIDI คีย์บอร์ด แป้นเหยียบ ฯลฯ ที่ไม่ได้สตรีมข้อมูลอย่างต่อเนื่อง และไม่มีความล่าช้าอย่างมีนัยสำคัญ ระบบปฏิบัติการที่รองรับได้แก่ Windows 10 เวอร์ชัน 1607, macOS และ Android

ในเดือนธันวาคม 2020 Bluetooth SIG ได้เผยแพร่ร่างข้อกำหนดสำหรับบริการแจ้งเตือนการสัมผัสแบบสวมใส่ได้ บริการนี้ช่วยให้บริการแจ้งเตือนการสัมผัสบนอุปกรณ์สวมใส่สามารถสื่อสารและควบคุมโดยอุปกรณ์ไคลเอ็นต์ เช่น สมาร์ทโฟนได้^{[ 54 ]}

ตั้งแต่ปลายปี 2009 ผู้ผลิตหลายรายได้ประกาศเปิดตัววงจรรวม Bluetooth Low Energy (BLE) โดยทั่วไปแล้ว IC เหล่านี้ใช้ ซอฟต์แวร์วิทยุดังนั้นการอัปเดตข้อกำหนดจึงสามารถทำได้ผ่านการอัปเกรด เฟิร์มแวร์

อุปกรณ์พกพารุ่นปัจจุบันส่วนใหญ่วางจำหน่ายพร้อมฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่รองรับทั้งบลูทูธแบบคลาสสิกและบลูทูธพลังงานต่ำ

• iOS 5 และเวอร์ชันที่ใหม่กว่า^{[ 55 ]}
• Windows Phone 8.1 ^{[ 56 ]}
• Windows 8 และเวอร์ชันที่ใหม่กว่า^{[ 57 ]} (Windows 7 และเวอร์ชันก่อนหน้าต้องใช้ไดรเวอร์จากผู้ผลิตวิทยุบลูทูธที่รองรับ BLE stack เนื่องจากไม่มีไดรเวอร์ BLE ทั่วไปในตัว^{[ 58 ]} )
• Android 4.3 ขึ้นไป^{[ 59 ]} Android 6 ขึ้นไปต้องได้รับอนุญาตตำแหน่งเพื่อเชื่อมต่อกับ BLE
• BlackBerry OS 10 ^{[ 60 ]}
• Linux 3.4 และเวอร์ชันต่อมาจนถึงBlueZ 5.0 ^{[ 61 ]}
• Unison OS 5.2 ^{[ 62 ]}
• macOS 10.10
• เซเฟอร์โอเอส

เทคโนโลยี Bluetooth Low Energy ทำงานในช่วงคลื่นความถี่เดียวกัน ( ย่านความถี่ ISM 2.400–2.4835 GHz ) กับเทคโนโลยี Bluetooth แบบดั้งเดิม แต่ใช้ชุดช่องสัญญาณที่แตกต่างกัน แทนที่จะใช้ช่องสัญญาณ 1-MHz จำนวน 9 ช่องแบบ Bluetooth 7 แบบดั้งเดิม Bluetooth Low Energy มีช่องสัญญาณ 2-MHz จำนวน 40 ช่อง ภายในช่องสัญญาณ ข้อมูลจะถูกส่งโดยใช้การมอดูเลชั่นแบบเปลี่ยนความถี่แบบเกาส์เซียนคล้ายกับรูปแบบ Basic Rate ของ Bluetooth แบบดั้งเดิม อัตราการส่งข้อมูลคือ 1 Mbit/s (โดยมีตัวเลือก 2 Mbit/s ใน Bluetooth 5) และกำลังส่งสูงสุดคือ 10 mW (100 mW ใน Bluetooth 5) รายละเอียดเพิ่มเติมมีอยู่ในเล่มที่ 6 ส่วน A (ข้อกำหนดชั้นกายภาพ) ของข้อกำหนดหลักของ Bluetooth V4.0

Bluetooth Low Energy ใช้การกระโดดความถี่เพื่อแก้ไขปัญหาการรบกวนแบบแถบความถี่แคบ Bluetooth แบบคลาสสิกก็ใช้การกระโดดความถี่เช่นกัน แต่รายละเอียดแตกต่างกัน ดังนั้น ในขณะที่ทั้งFCCและETSIจัดประเภทเทคโนโลยี Bluetooth เป็น แบบ FHSS แต่ Bluetooth ^Low Energy จัดประเภทเป็นระบบที่ใช้เทคนิคการมอดูเลชั่นแบบดิจิทัลหรือสเปกตรัมแบบกระจายลำดับโดยตรง [ ^{63 ]}

รายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติมสามารถดูได้จากข้อกำหนดอย่างเป็นทางการที่เผยแพร่โดย Bluetooth SIG โปรดทราบว่าการใช้พลังงานไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดของบลูทูธ

อุปกรณ์ BLE ตรวจจับได้โดยใช้กระบวนการกระจายสัญญาณแพ็กเก็ตโฆษณา โดยใช้ 3 ช่องสัญญาณ (ความถี่) แยกกัน เพื่อลดการรบกวน อุปกรณ์โฆษณาจะส่งแพ็กเก็ตบนอย่างน้อยหนึ่งช่องสัญญาณในสามช่องนี้ ด้วยช่วงเวลาการส่งซ้ำที่เรียกว่าช่วงเวลาโฆษณา เพื่อลดโอกาสการชนกันหลายครั้งติดต่อกัน จะมีการเพิ่มความล่าช้าแบบสุ่มสูงสุด 10 มิลลิวินาทีในแต่ละช่วงเวลาโฆษณา เครื่องสแกนจะรับฟังช่องสัญญาณในช่วงเวลาที่เรียกว่าหน้าต่างสแกน ซึ่งจะถูกส่งซ้ำเป็นระยะในทุกช่วงเวลาสแกน

ดังนั้น ความหน่วงในการค้นหาจึงถูกกำหนดโดยกระบวนการความน่าจะเป็นและขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์สามตัว (ได้แก่ ช่วงเวลาการโฆษณา ช่วงเวลาการสแกน และหน้าต่างการสแกน) แผนการค้นหาของ BLE ใช้เทคนิคตามช่วงเวลาเป็นระยะ ซึ่งสามารถอนุมานขอบเขตบนของความหน่วงในการค้นหาได้สำหรับพารามิเตอร์ส่วนใหญ่ ในขณะที่ความหน่วงในการค้นหาของ BLE สามารถประมาณได้ด้วยแบบจำลอง^{[ 67 ]}สำหรับโปรโตคอลตามช่วงเวลาเป็นระยะอย่างเดียว ความล่าช้าแบบสุ่มที่เพิ่มเข้ามาในแต่ละช่วงเวลาการโฆษณาและการค้นหาแบบสามช่องสัญญาณอาจทำให้เกิดความเบี่ยงเบนจากการคาดการณ์เหล่านี้ หรืออาจนำไปสู่ความหน่วงที่ไม่มีขอบเขตสำหรับพารามิเตอร์บางอย่าง^{[ 68 ]}

Bluetooth Low Energy มีกลไกการรักษาความปลอดภัย เช่น คุณสมบัติ Encrypted Advertising Data (EAD) ซึ่งอนุญาตให้เข้ารหัสข้อมูลแอปพลิเคชันบางส่วนหรือทั้งหมดที่ส่งในแพ็กเก็ตโฆษณา นอกจากนี้ยังมีการกำหนดกลไกมาตรฐานสำหรับการแบ่งปันคีย์ระหว่างอุปกรณ์กระจายเสียงและผู้สังเกตการณ์ที่ตั้งใจจะรับข้อมูลนี้ เพื่อให้สามารถถอดรหัสข้อมูลได้เมื่อได้รับ^{[ 69 ]}

PDU Bluetooth LE ที่ส่งทั้งหมดจะมีการตรวจสอบความซ้ำซ้อนแบบวนรอบ (CRC) ซึ่งจะถูกคำนวณใหม่และตรวจสอบโดยอุปกรณ์รับสัญญาณเพื่อความเป็นไปได้ที่ PDU จะถูกเปลี่ยนแปลงระหว่างการบิน^{[ 69 ]}

อุปกรณ์ Bluetooth Low Energy ทั้งหมดใช้ Generic Attribute Profile (GATT) อินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชันที่นำเสนอโดยระบบปฏิบัติการที่รองรับ Bluetooth Low Energy โดยทั่วไปจะอิงตามแนวคิดของ GATT ^{[ 70 ]} GATT มีคำศัพท์ดังต่อไปนี้:

ลูกค้า

อุปกรณ์ที่เริ่มต้นคำสั่งและคำขอ GATT และรับการตอบกลับ เช่น คอมพิวเตอร์หรือสมาร์ทโฟน

เซิร์ฟเวอร์

อุปกรณ์ที่รับคำสั่งและคำขอ GATT และส่งการตอบกลับ เช่น เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ

ลักษณะเฉพาะ

ค่าข้อมูลที่ถ่ายโอนระหว่างไคลเอ็นต์และเซิร์ฟเวอร์ ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในปัจจุบัน

บริการ

กลุ่มของคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องกัน ซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อทำหน้าที่เฉพาะอย่าง ตัวอย่างเช่น บริการ เครื่องวัดอุณหภูมิสุขภาพประกอบด้วยคุณลักษณะสำหรับค่าการวัดอุณหภูมิ และช่วงเวลาKระหว่างการวัดแต่ละครั้ง

คำอธิบาย

คำอธิบายเพิ่มเติมจะให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณลักษณะนั้นๆ ตัวอย่างเช่น คุณลักษณะค่าอุณหภูมิอาจมีการระบุหน่วย (เช่น เซลเซียส) และค่าสูงสุดและต่ำสุดที่เซ็นเซอร์สามารถวัดได้ คำอธิบายเพิ่มเติมนั้นเป็นตัวเลือก – คุณลักษณะแต่ละอย่างสามารถมีคำอธิบายเพิ่มเติมได้หลายรายการ

ค่าบริการและคุณลักษณะบางอย่างใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านการบริหารจัดการ เช่น ชื่อรุ่นและหมายเลขประจำเครื่องสามารถอ่านได้เป็นคุณลักษณะมาตรฐานภายใน บริการ การเข้าถึงทั่วไปบริการอาจรวมถึงบริการอื่นๆ เป็นฟังก์ชันย่อยด้วย ฟังก์ชันหลักของอุปกรณ์เรียกว่า บริการ หลักและฟังก์ชันเสริมที่อ้างถึงเรียกว่าบริการ รอง

บริการ คุณลักษณะ และคำอธิบายต่างๆ เรียกรวมกันว่าแอตทริบิวต์และระบุด้วยตัวระบุที่ไม่ซ้ำกันทั่วโลก (UUID) ผู้ใช้งานใดๆ ก็สามารถเลือก UUID แบบสุ่มหรือแบบสุ่มเทียมสำหรับ การใช้งาน ที่เป็นกรรมสิทธิ์ได้แต่ Bluetooth SIG ได้สงวนช่วงของ UUID (ในรูปแบบxxxxxxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB ^{[ 71 ]} ) สำหรับแอตทริบิวต์มาตรฐาน เพื่อประสิทธิภาพ ตัวระบุเหล่านี้จะถูกแสดงเป็นค่า 16 บิตหรือ 32 บิตในโปรโตคอล แทนที่จะเป็น 128 บิตที่จำเป็นสำหรับ UUID เต็มรูปแบบ ตัวอย่างเช่น บริการ ข้อมูลอุปกรณ์มีรหัสสั้น 0x180A แทนที่จะเป็น 0000180A-0000-1000-... รายการทั้งหมดจะอยู่ในเอกสาร Bluetooth Assigned Numbers ออนไลน์

โปรโตคอล GATT มีคำสั่งหลายคำสั่งให้ไคลเอนต์ใช้ในการค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งได้แก่:

• ค้นหา UUID สำหรับบริการหลักทั้งหมด
• ค้นหาบริการที่มี UUID ที่กำหนด
• ค้นหาบริการรองสำหรับบริการหลักที่กำหนด
• ค้นหาคุณลักษณะทั้งหมดของบริการที่กำหนด
• ค้นหาคุณลักษณะที่ตรงกับ UUID ที่กำหนด
• อ่านคำอธิบายทั้งหมดสำหรับลักษณะเฉพาะนั้นๆ

นอกจากนี้ยังมีคำสั่งสำหรับอ่าน (การถ่ายโอนข้อมูลจากเซิร์ฟเวอร์ไปยังไคลเอนต์) และเขียน (จากไคลเอนต์ไปยังเซิร์ฟเวอร์) ค่าของคุณลักษณะต่างๆ ด้วย:

• สามารถอ่านค่าได้โดยการระบุ UUID ของคุณลักษณะ หรือโดย ค่า แฮนเดิล (ซึ่งได้มาจากคำสั่งค้นหาข้อมูลข้างต้น)
• การดำเนินการเขียนจะระบุคุณลักษณะโดยใช้แฮนเดิลเสมอ แต่สามารถเลือกได้ว่าจะต้องการการตอบกลับจากเซิร์ฟเวอร์หรือไม่
• สามารถใช้การดำเนินการ 'อ่านข้อมูลระยะยาว' และ 'เขียนข้อมูลระยะยาว' ได้เมื่อความยาวของข้อมูลคุณลักษณะเกินกว่าค่า MTUของลิงก์วิทยุ

สุดท้ายนี้ GATT ยังมีระบบแจ้งเตือนและบ่งชี้ต่างๆไคลเอนต์อาจร้องขอการแจ้งเตือนสำหรับคุณลักษณะเฉพาะบางอย่างจากเซิร์ฟเวอร์ จากนั้นเซิร์ฟเวอร์สามารถส่งค่าไปยังไคลเอนต์ได้เมื่อใดก็ตามที่ค่าดังกล่าวพร้อมใช้งาน ตัวอย่างเช่น เซิร์ฟเวอร์เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิอาจแจ้งเตือนไคลเอนต์ทุกครั้งที่ทำการวัด ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงความจำเป็นที่ไคลเอนต์จะต้องตรวจสอบเซิร์ฟเวอร์เป็นระยะๆ ซึ่งจะทำให้วงจรวิทยุของเซิร์ฟเวอร์ต้องทำงานอยู่ตลอดเวลา

การบ่งชี้คล้ายกับการแจ้งเตือน แต่จำเป็นต้องมีการตอบกลับจากลูกค้าเพื่อยืนยันว่าได้รับข้อความแล้ว

Bluetooth Low Energy ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้อุปกรณ์มีการใช้พลังงานต่ำมาก ผู้ผลิตชิปหลายราย รวมถึงCambridge Silicon Radio , Dialog Semiconductor , Nordic Semiconductor , STMicroelectronics , Cypress Semiconductor , Silicon LabsและTexas Instrumentsได้เปิดตัวชิปเซ็ตที่ปรับให้เหมาะสมกับ Bluetooth Low Energy ภายในปี 2014 อุปกรณ์ที่มีบทบาทเป็นอุปกรณ์ต่อพ่วงและอุปกรณ์กลางมีความต้องการพลังงานที่แตกต่างกัน การศึกษาโดยบริษัทซอฟต์แวร์บีคอนAislelabsรายงานว่าอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น บีคอนแบบใกล้เคียง มักจะใช้งานได้ 1-2 ปีโดยใช้แบตเตอรี่แบบเหรียญขนาด 1,000 mAh [ 73 ^{]นี่เป็น}ไปได้เนื่องจากประสิทธิภาพการใช้พลังงานของโปรโตคอล Bluetooth Low Energy ซึ่งส่งเฉพาะแพ็กเก็ตขนาดเล็กเมื่อเทียบกับ Bluetooth Classic ซึ่งเหมาะสำหรับข้อมูลเสียงและแบนด์วิดท์สูงเช่นกัน

ในทางตรงกันข้าม การสแกนอย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหาบีคอนเดียวกันในบทบาทหลักอาจใช้พลังงาน 1,000 mAh ในเวลาไม่กี่ชั่วโมง อุปกรณ์ Android และ iOS ยังมีผลกระทบต่อแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับประเภทของการสแกนและจำนวนอุปกรณ์ Bluetooth Low Energy ในบริเวณใกล้เคียง^{[ 74 ]}ด้วยชิปเซ็ตที่ใหม่กว่าและความก้าวหน้าในซอฟต์แวร์ ภายในปี 2014 โทรศัพท์ Android และ iOS ต่างก็มีการใช้พลังงานน้อยมากในการใช้งาน Bluetooth Low Energy ในชีวิตจริง^{[ 75 ]}

Bluetooth 5 ได้นำเสนอโหมดการส่งสัญญาณใหม่ที่มีอัตราสัญลักษณ์ เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า โดยปกติแล้ว Bluetooth LE จะส่งข้อมูล 1 บิตต่อสัญลักษณ์ ดังนั้นในทางทฤษฎีอัตราข้อมูลจึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเช่นกัน อย่างไรก็ตาม โหมดใหม่นี้จะเพิ่มแบนด์วิดท์ เป็นสองเท่า จากประมาณ 1 MHz เป็นประมาณ 2 MHz ซึ่งทำให้เกิดการรบกวนมากขึ้นในบริเวณขอบ การแบ่งแถบความถี่ ISM ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง โดยยังคงมี 40 ช่องสัญญาณที่เว้นระยะห่าง 2 MHz ^{[ 76 ]} นี่เป็นความแตกต่างที่สำคัญจาก Bluetooth 2 EDR ซึ่งเพิ่มอัตราข้อมูลเป็นสองเท่าเช่นกัน แต่ทำโดยใช้ การมอดูเลชั่นเฟส π/4-DQPSK หรือ 8-DPSK บนช่องสัญญาณ 1 MHz ในขณะที่ Bluetooth 5 ยังคงใช้เพียงการเปลี่ยนความถี่คีย์เท่านั้น

การส่งข้อมูลแบบดั้งเดิมที่ความเร็ว 1 เมกะบิตต่อวินาทีใน Bluetooth Basic Rate ถูกเปลี่ยนชื่อเป็น 1M PHY ใน Bluetooth 5 โหมดใหม่ที่มีความเร็วสัญลักษณ์เป็นสองเท่าถูกนำมาใช้ในชื่อ 2M PHY ใน Bluetooth Low Energy การส่งข้อมูลทุกครั้งจะเริ่มต้นบน 1M PHY โดยปล่อยให้แอปพลิเคชันเป็นผู้เริ่มต้นการเปลี่ยนไปใช้ 2M PHY ในกรณีนั้นทั้งผู้ส่งและผู้รับจะเปลี่ยนไปใช้ 2M PHY สำหรับการส่งข้อมูล การออกแบบนี้มีจุดประสงค์เพื่ออำนวยความสะดวกในการอัปเดตเฟิร์มแวร์ โดยที่แอปพลิเคชันสามารถเปลี่ยนกลับไปใช้ 1M PHY แบบดั้งเดิมได้ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด ในความเป็นจริงแล้วอุปกรณ์เป้าหมายควรอยู่ใกล้กับสถานีการเขียนโปรแกรม (ในระยะไม่กี่เมตร)

Bluetooth 5 ได้แนะนำโหมดใหม่สองโหมดที่มีอัตราการส่งข้อมูลต่ำกว่า อัตราสัญลักษณ์ของ "Coded PHY" ใหม่นั้นเหมือนกับ Base Rate 1M PHY แต่ในโหมด S=2 จะมีการส่งสัญลักษณ์สองตัวต่อบิตข้อมูล ในโหมด S=2 จะใช้เพียง Pattern Mapping P=1 แบบง่ายๆ ซึ่งจะสร้างบิตข้อมูลเดียวกันสำหรับแต่ละบิตข้อมูลขาเข้า ในโหมด S=8 จะมีสัญลักษณ์แปดตัวต่อบิตข้อมูล โดยใช้ Pattern Mapping P=4 ที่สร้างลำดับสัญลักษณ์ที่แตกต่างกัน – บิต 0 จะถูกเข้ารหัสเป็นเลขฐานสอง 0011 และบิต 1 จะถูกเข้ารหัสเป็นเลขฐานสอง 1100 ^{[ 77 ]}ในโหมด S=2 โดยใช้ P=1 ระยะการส่งสัญญาณจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าโดยประมาณ ในขณะที่ในโหมด S=8 โดยใช้ P=4 ระยะการส่งสัญญาณจะเพิ่มขึ้นเป็นสี่เท่า^{[ 78 ]}

การส่งสัญญาณแบบ "LE Coded" ไม่เพียงแต่เปลี่ยนรูปแบบการแก้ไขข้อผิดพลาดเท่านั้น แต่ยังใช้รูปแบบแพ็กเก็ตใหม่โดยพื้นฐานอีกด้วย การส่งสัญญาณแบบ "LE Coded" แต่ละครั้งประกอบด้วยสามบล็อก บล็อกสวิตช์ ("extended preamble") ถูกส่งบน LE 1M PHY แต่ประกอบด้วยรูปแบบไบนารี '00111100' เพียง 10 ครั้งเท่านั้น บิต 80 บิตเหล่านี้ไม่ได้เข้ารหัส FEC ตามปกติ แต่ถูกส่งไปยังช่องสัญญาณวิทยุโดยตรง ตามด้วยบล็อกส่วนหัว ("FEC Block 1") ซึ่งถูกส่งในโหมด S=8 เสมอ บล็อกส่วนหัวประกอบด้วยที่อยู่ปลายทาง ("Access Address" / 32 บิต) และแฟล็กการเข้ารหัส ("Coding Indicator" / 2 บิต) เท่านั้น Coding Indicator กำหนดการแมปรูปแบบที่ใช้สำหรับบล็อกเพย์โหลดถัดไป ("FEC Block 2") ซึ่ง S=2 เป็นไปได้^{[ 79 ]}

รูปแบบแพ็กเก็ตใหม่ของ Bluetooth 5 ช่วยให้สามารถส่งข้อมูลได้ตั้งแต่ 2 ถึง 256 ไบต์ในครั้งเดียว ซึ่งมากกว่าสูงสุด 31 ไบต์ใน Bluetooth 4 มาก เมื่อรวมกับการวัดระยะทางแล้ว จะทำให้สามารถใช้งานฟังก์ชันระบุตำแหน่งได้ โดยรวมแล้ว ระยะทางที่เพิ่มขึ้นเป็นสี่เท่า—ด้วยกำลังส่งเท่าเดิม—นั้นแลกมาด้วยปริมาณข้อมูลที่ลดลงเหลือเพียงหนึ่งในแปดที่ 125 กิโลบิต รูปแบบแพ็กเก็ตการส่งข้อมูลแบบเก่า ซึ่งยังคงใช้ในโหมด 1M PHY และ 2M PHY นั้น ถูกเรียกว่า "Uncoded" ใน Bluetooth 5 โหมด "LE Coded" S=2 ระหว่างกลางนั้น อนุญาตให้มีอัตราการส่งข้อมูล 500 กิโลบิตในเพย์โหลด ซึ่งเป็นประโยชน์ทั้งในด้านความหน่วงที่สั้นลงและการใช้พลังงานที่ต่ำลง เนื่องจากเวลาในการส่งข้อมูลแต่ละครั้งสั้นลง

• มด
• แอนท์+
• การโจมตีแบบปฏิเสธการให้บริการผ่านบลูทูธพลังงานต่ำ
• แดช7
• เอ็ดดี้สโตน
• อีอีอี 802.15 / อีอีอี 802.15.4-2006
• ระบบระบุตำแหน่งภายในอาคาร (IPS)
• โลรา
• มายเรียเน็ด
• ด้าย
• อัลตร้าไวด์แบนด์ (UWB)
• ฟอรัม UWB
• WiMedia Alliance
• ไวร์เลสเอชดี
• ไร้สาย USB
• ซิกบี
• ซี-เวฟ
• NearLink SparkLink พลังงานต่ำ (SLE)

• "ข้อกำหนด" . bluetooth.org . Bluetooth SIG. 30 สิงหาคม 2024. ข้อกำหนดหลักของ Bluetooth 4.0– GATT ได้รับการอธิบายอย่างครบถ้วนในเล่มที่ 3 ส่วนที่ G

• รุ่นวิทยุบลูทูธ ดูได้ที่ bluetooth.com
• Gomez, Carles; Oller, Joaquim; Paradells, Josep (29 สิงหาคม 2555). "ภาพรวมและการประเมิน Bluetooth Low Energy: เทคโนโลยีไร้สายพลังงานต่ำที่กำลังเกิดขึ้นใหม่" . Sensors . 12 (9). Basel : 11734– 11753. Bibcode : 2012Senso..1211734G . doi : 10.3390/s120911734 . ISSN  1424-8220 . PMC  3478807 .