Bluetoothとは？仕組みや使い方を解説

Bluetoothの基本概念は、以下の要素で成り立っています。

• 無線通信
  Bluetoothは2.4GHz帯のISM（産業・科学・医療）バンドを使用して通信を行います。この周波数帯は、Wi-Fiや電子レンジなども使用する一般的な周波数帯です。
• 短距離通信
  Bluetoothは一般的に10メートルから100メートルの範囲で通信可能です。
• 省電力
  Bluetoothは低消費電力で動作するため、バッテリー駆動のデバイスに適しています。特にBluetooth Low Energy（BLE）という規格は、さらに省電力での通信を実現しています。
• ペアリング
  Bluetoothデバイスを接続するためには、ペアリングという手続きが必要です。ペアリングを行うことで、デバイス同士が互いを認識し、セキュアな通信が可能になります。

Bluetoothの仕組みは、以下のようなステップで動作します。

• デバイスの検出
  Bluetoothを有効にしたデバイスは、周囲の他のBluetoothデバイスを検出します。このプロセスを「スキャン」と呼びます。
• ペアリング
  デバイスが互いを検出した後、ペアリングを行います。ペアリング時には、PINコードの入力やボタンの押下など、ユーザーの操作が必要な場合があります。ペアリングが成功すると、デバイス同士が互いを認識し、次回以降は自動的に接続されるようになります。
• プロファイルの使用
  Bluetoothにはさまざまなプロファイルがあり、これにより様々な種類のデータ通信が可能になります。
  例えば、オーディオデバイス用のA2DP（Advanced Audio Distribution Profile）や、キーボードやマウス用のHID（Human Interface Device）プロファイルなどがあります。ペアリングが完了すると、これらのプロファイルを使ってデータの送受信が行われます。
• データ通信
  ペアリングが完了し、適切なプロファイルが選択されると、デバイス間でデータ通信が開始されます。例えば、スマートフォンとワイヤレスヘッドホンがペアリングされると、音楽データがスマートフォンからヘッドホンに送信されます。
• 切断と再接続
  通信が終了したり、デバイスが通信範囲外に出たりすると、Bluetooth接続は切断されます。再度接続する場合は、ペアリング情報が保存されているため、自動的に再接続が行われます。

Bluetooth技術は、登場以来、複数のバージョンがリリースされ、それぞれに新しい機能や改良が追加されています。 以下は、主要なバージョンとその進化の概要です。

• Bluetooth 1.0/1.1/1.2
  初期のバージョンで、最大通信速度は1 Mbpsでした。基本的なデータ通信が可能でしたが、接続の安定性や速度には限界がありました。
• Bluetooth 2.0 + EDR
  2004年にリリースされ、Enhanced Data Rate（EDR）により最大通信速度が3 Mbpsに向上しました。これにより、より高速なデータ転送が可能になりました。
• Bluetooth 3.0 + HS
  2009年に登場し、High Speed（HS）モードにより最大24 Mbpsの速度を実現しました。ただし、HSモードはWi-Fiを併用するため、実際にはBluetooth単体の速度ではありません。
• Bluetooth 4.0
  2010年にリリースされ、Bluetooth Low Energy（BLE）を初めて導入しました。BLEは非常に低消費電力で動作し、スマートウォッチやフィットネストラッカーなどのバッテリー駆動デバイスに適しています。
• Bluetooth 4.1/4.2
  これらのバージョンでは、BLEの性能向上やセキュリティの強化が行われました。特に4.2では、データ転送速度が2.5倍に向上し、プライバシー機能も追加されました。
• Bluetooth 5.0
  2016年にリリースされ、通信範囲が4倍、データ転送速度が2倍に向上しました。また、複数のデバイスと同時に接続できる機能も強化されました。
• Bluetooth 5.1/5.2/5.3
  これらのバージョンでは、さらなる性能向上や新機能の追加が行われました。特に5.1では、位置情報の精度が向上し、5.2ではLE Audioという新しいオーディオプロファイルが導入されました。

BluetoothとWi-Fiはどちらも無線通信技術ですが、用途や特性に違いがあります。
まずは通信範囲、転送速度、消費電力の比較です。

Bluetoothは通信範囲や転送速度はWifiよりは低い値ですが、その分、消費電力を低く抑えています。
このような特徴から、Bluetoothは主にデバイス間の短距離通信に使用され、ヘッドホン、キーボード、マウス、スマートウォッチなどに適しています。Wi-Fiはインターネット接続や大容量データの転送に使用され、パソコン、スマートフォン、タブレットなどに適しています。

Bluetoothには、さまざまなプロファイルがあり、これにより異なる種類のデータ通信が可能になります。またプロファイルには、標準プロファイルとカスタムプロファイルがあります。

標準プロファイル
Bluetooth SIGが定義し、公開されているプロファイルのこと。そのプロファイル数は100個ほどと、数多く規定されています。その中でも良く使用されているものがあります。例えば、HSP（Headset Profile）はヘッドセット用、HID（Human Interface Device）はキーボードやマウス用のプロファイルです。A2DP（Advanced Audio Distribution Profile）という、高品質なオーディオストリーミングを実現するためのプロファイルも存在します。

カスタムプロファイル
サードパーティが独自に開発、定義したプロファイルのこと。他社製品との差別化のために使用されるケースがある一方、他社製品との互換性が無い側面がある。
プロファイルについての詳細はこちら

• (Bluetoothプロファイル技術ブログ 近日公開予定)

Bluetooth技術には多くのメリットがあり、日常生活を便利にするさまざまな使い方があります。

• ケーブル不要
  Bluetoothは無線通信技術なので、ケーブルを使わずにデバイス同士を接続できます。これにより、デスクなどの機器周辺が省スペースになります。
• 省電力
  特にBluetooth Low Energy（BLE）は低消費電力で動作するため、バッテリー駆動のデバイスに最適。スマートウォッチやフィットネストラッカーなどが、その代表例です。
• 小型化
  省電力で通信可能のため、製品に搭載するバッテリーを小さくすることが出来ます。これにより、イヤホン等の小さい製品を実現することが可能になりました。
• 簡単な接続
  Bluetoothデバイスはペアリングを行うことで簡単に接続できます。一度ペアリングすれば、次回以降は自動的に接続されるため、手間がかかりません。
• 多用途
  オーディオストリーミング、データ転送、入力デバイスの接続など、さまざまな用途に対応しています。

Bluetooth技術は、さまざまな場面で活用されており、その一部を紹介します。

• 家電
  テレビやホームシアターシステムにBluetoothスピーカーを接続することで、ワイヤレスで高音質なサウンドを楽しむことができます。
• オフィス環境
  Bluetoothキーボード、マウス、プリンターなどを使えば、ケーブルの煩わしさを減らし、デスク周りをすっきりと保つことができます。
• 健康管理
  スマートウォッチやフィットネストラッカーは、Bluetoothを使ってスマートフォンと連携し、運動データや健康データをリアルタイムで記録・管理できます。
• 車載システム
  Bluetooth対応のカーナビやオーディオシステムを使えば、スマートフォンと連携してハンズフリー通話や音楽再生が可能です。
• スマートホーム
  Bluetoothを使ったスマートホームデバイス（照明、セキュリティカメラ、温度調節器など）は、スマートフォンやタブレットから簡単に制御できます。

Bluetoothは今後も新しいバージョンが規定されて、新しい機能を実装していきます。以下はその一部です。

• 最新規格
  Bluetooth 5.4が最新。アドバタイズ通信方式の拡張がメイン。電子棚札などのアプリを想定します。
• LE Audio
  Bluetooth 5.2で導入されたLE Audioは、高音質、低遅延、低消費電力のオーディオストリーミングを実現します。これにより、補聴器やワイヤレスイヤホンの性能が向上しました。
• IoT（Internet of Things）
  BluetoothはIoTデバイスの主要な通信技術としても注目されています。スマートホーム、スマートシティ、産業用IoTなど、さまざまな分野での応用が期待されます。