Ce este nou în Bluetooth 5.0? Viteza dublată, capacitatea de a cripta traficul, creșterea intervalului cu 400% și o mulțime de alte avantaje.

Vestea despre apariția Bluetooth 5.0 a fulgerat pe paginile resurselor media în iunie 2016, dar publicul, ocupat cu lucruri mai importante, nu a acordat atenția cuvenită apariției unui nou standard tehnologic în lume comunicare fără fir. Dispozitivele bazate pe Bluetooth 5.0 nu fuseseră încă lansate la acel moment. În mai 2017, după lansarea Samsung Galaxy S8 și Xiaomi Mi 6, oamenii au început să vorbească despre noua specificație într-un mod complet diferit. La urma urmei, Bluetooth 5.0 a prezentat consumatorilor câteva avantaje mult așteptate, despre care vom vorbi în acest articol.

Vești bune pentru dezvoltatori

Coexistența fără fir - amintiți-vă acest termen. În curând va schimba întreaga structură a comunicațiilor fără fir. Grupul de interes special Bluetooth promite niveluri de interoperabilitate nemaivăzute până acum cu alte protocoale de comunicații. Ni se promite chiar și coexistența paralelă și fără conflicte a Bluetooth și Wi-Fi.

Specificația 5.0 presupune funcționarea în pachete de 255 de octeți (în loc de 31 de pachete, ca în versiunea anterioară) și trecerea la frecvențele învecinate fără a pierde octeți de trafic. Banda de 2,4 GHz, aglomerată cu biți și octeți, va face mai ușor pentru consumatori, programatori și chiar sisteme de operare și cipuri să respire mai ușor.

Dezvoltatorii vor putea implementa setări fine produse software, producătorii vor începe să integreze module Bluetooth 5.0 chiar și în fiare de călcat și aspiratoare. O sisteme de operare va opri supraîncărcarea procesoarelor, încercând să organizeze munca de eficientizare a traficului plin. Analiștii susțin că acesta va fi începutul „Internetului lucrurilor” despre care toți futurologii vorbesc de atâta timp.

La ce să te aștepți ca consumator

Pentru utilizator obișnuit Apariția specificației dispozitivelor Bluetooth 5.0 este interesantă din două motive. În primul rând, nou standard crește viteza de partajare a fișierelor de 2 ori. În al doilea rând, raza de acțiune crește de 4 ori.

În cifre, sună și mai bine - viteza Bluetooth 5.0 a crescut la 2 Mbit/s, iar raza de acțiune crește la 100 de metri. Acum puteți asculta melodii de la calitate superioară sunet chiar dacă smartphone-ul tău este în casă și tu ești cu difuzor wireless sau căști - pe stradă.

În plus, noul protocol permite nu numai creșterea razei de acțiune - Bluetooth 5.0 este gata să funcționeze nu cu o singură sursă, ci cu mai multe simultan. Iar consumul de energie al acestui proces va fi semnificativ mai mic decât cel al versiunilor anterioare ale modulelor de comunicație fără fir. Pur și simplu, Bluetooth 5.0 va economisi bateria atât a smartphone-ului, cât și a difuzorului mobil.

O altă veste bună este capacitatea de a cripta traficul transmis prin canalul Bluetooth. Dezvoltatorii și producătorii vorbesc deja despre un înlocuitor lesa scurta NFC este un protocol mai avansat care vă permite să vă transformați smartphone-ul într-un înlocuitor cu drepturi depline pentru un card bancar.

Adevărat, toate aceste avantaje sunt încă disponibile doar pentru câțiva proprietari de dispozitive mobile.

Smartphone-uri cu Bluetooth 5.0

În acest moment puteți cumpăra doar trei dispozitive cu module conexiune bluetooth 5.0. Acestea sunt smartphone-uri și . Deocamdată, noua specificație este implementată doar pe flagship-uri, așa că pentru dreptul de a folosi toate inovațiile Bluetooth 5.0 va trebui să plătiți de la 500 la 1000 de dolari SUA.

În a doua jumătate a lunii mai, un smartphone premium se va alătura liniei flagship-urilor Samsung și Xiaomi, a căror specificație oficială include un nou standard de comunicare wireless. De data aceasta, pentru beneficiile Bluetooth 5.0 va trebui să plătiți de la 650 de dolari până la 750 de euro, în funcție de locul unde este vândut noul smartphone HTC.

Până la începutul verii, la aproximativ un an de la anunțul Bluetooth 5.0, va apărea pe piață un alt flagship cu o nouă specificație de comunicare wireless. Costul estimat al dispozitivului japonez va fi de 800 de dolari SUA.

Pe termen lung, analiștii prevăd apariția unei a cincea specificații în Samsung Galaxy Note 8 și noul Google Phone din linia Pixel. Dar în telefoanele mobile ieftine telefoane Bluetooth 5.0 nu va fi înregistrat foarte curând. Ideea este că această specificație trebuie să fie suportată de chipset-uri. Printre soluțiile ieftine, din păcate, niciun procesor nu are încă astfel de capabilități.

Chiar dacă tehnologia conexiuni Bluetooth Este destul de vechi și folosit pe scară largă în întreaga lume, dar mulți oameni încă nu știu cum funcționează Bluetooth. Folosind această conexiune, puteți schimba fișiere, puteți juca jocuri cooperative(de exemplu, pe telefoane), conectați-vă echipamente periferice la un PC, transmite sunet la un sistem audio și multe altele.

Dar pentru a ști cum să faci conexiuni și să folosești tehnologia, trebuie să înțelegi principiul Funcționare prin Bluetooth. Tehnologia este destul de simplă și de înțeles. Mai mult, este ieftin. Datorită acestui fapt, comunicarea Bluetooth este disponibilă pentru absolut toată lumea. Fiecare telefon, smartphone, tabletă și laptop are un adaptor wireless încorporat.

Ce este Bluetooth: Video

Cum funcționează Bluetooth

Mulți oameni își pun întrebarea, la ce distanță funcționează Bluetooth? Totul depinde de versiunea tehnologiei. Dar, înainte de a trece la zona de acoperire, este de remarcat faptul că pentru transmiterea datelor sunt folosite emițătoare (receptoare) de dimensiuni foarte mici. Practic nu ocupă spațiu.

Datorită acestui fapt, adaptorul este încorporat în cele mai mici telefoane. În același timp, raza de acțiune a Bluetooth ajunge la 10 metri. Dacă vorbim de standarde mai noi, de exemplu, Bluetooth 4.0, atunci raza de acțiune este și mai mare, aproximativ 100 de metri în raza vizuală.

Receptorul funcționează în intervalul 2,4-2,48 GHz. Adică, aceasta este o comunicare radio obișnuită care funcționează la viteze de transfer de date, în funcție de versiune, pot varia de la 721 Kbps (1.1) la 24 Mbps (3.0 și 4.0). Această tehnologie vă permite să creați rețele private prin combinarea mai multor dispozitive în grupuri. În același timp, puteți nu numai să transferați fișiere, ci și să controlați echipamentul de la distanță.

Răspunsul la întrebarea la ce distanță funcționează Bluetooth - până la 50 de metri cu linia de vedere și aproximativ 10-20 de metri în clădiri. Desigur, producătorul susține că, începând cu versiunea 3.0, raza de acțiune poate ajunge la 100 de metri, dar de fapt aria de acoperire este de cel puțin jumătate.

În acest caz, conexiunea are loc automat. Utilizatorii nu trebuie să configureze absolut nimic. Este demn de remarcat faptul că multe dispozitive moderne funcționează cu o astfel de conexiune. De exemplu, cel mai utilizat este o cască fără fir care poate fi conectată la un telefon sau la un computer.

Pentru a comuta între frecvențele pentru fiecare conexiune, utilizați secvență pseudoaleatoare, care este cunoscut doar de emițător și receptor. Ei, la rândul lor, trec sincron de la o frecvență la alta la fiecare 625 μs. 625 µs este un interval de timp.

Datorită acestui algoritm, dacă mai mult de o pereche (receptor-transmițător) funcționează în apropiere, acestea nu interferează între ele. De aceea, sincronizarea are loc la conectare. Mai mult, această caracteristică crește nivelul de securitate și protejează confidențialitatea informațiilor care sunt transferate între dispozitive.

Cum să aflați versiunea Bluetooth: Video

Cum funcționează căștile Bluetooth fără fir?

Datorită răspândite căști fără fir O întrebare din ce în ce mai frecventă este cum funcționează căștile Bluetooth?

E foarte simplu aici. Setul cu cască se sincronizează cu telefonul (sau cu altă sursă de sunet) și reproduce rezultatul bip. Concluzia este că adaptorul se convertește semnal digitalîn analog și îl transmite prin unde radio. Cu căști modul Bluetooth primește unde radio și le transformă într-un semnal digital.

Cum să conectezi o cască la telefon? Pentru a face acest lucru, țineți apăsat butonul de pornire de pe căști și țineți apăsat până când indicatorul începe să clipească în albastru și roșu (culorile pot varia în funcție de model).

Alege dispozitivul necesarși faceți clic pe „Conectați”. După aceasta, dispozitivele sunt sincronizate.

Ce este Bluetooth și cu ce se folosește? Bazele tehnologiei și data creării

Comunicațiile Bluetooth sunt un standard de tehnologie fără fir cu rază scurtă de acțiune care utilizează unde radio cu unde scurte cu microunde în intervalul ISM de la 2,4 la 2,485 GHz pentru a face schimb de date între liniile fixe și dispozitive mobile, și construirea de rețele personale (Personal Area Network PAN).

Tehnologia a fost creată de furnizorul de telecomunicații Ericsson în 1994 și a devenit atât de parte din viața de zi cu zi încât a devenit imposibil să ne imaginăm viața fără ea. Inclusiv viața mașinii. Iniţial tehnologie nouă a fost conceput ca o alternativă wireless la interfața RS-232 a cablurilor de date. Se poate conecta folosind Bluetooth diverse dispozitive, evitând problemele de sincronizare și fără utilizarea de fire inutile.

Specificația Bluetooth a fost dezvoltată de Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), care are în prezent peste 25.000 de companii de telecomunicații ca membri. tehnologie informatică, echipamente de rețeași electronice de larg consum.

Ascensiunea Bluetooth a început cu un acord încheiat cu IEEE, pe baza căruia specificația Bluetooth a devenit parte a Standardul IEEE 802.15.1. În acest moment, au fost obținute o serie de brevete care au apărut în timpul dezvoltării tehnologiei.

Misterul numelui Bluetooth

„Bluetooth” este o anglicizare incorectă a scandinavei Blåtand/Blåtann, (vechiul norvegian blátǫnn), care era porecla regelui Harald Bluetooth, care a trăit în secolul al X-lea. El a reușit să unească triburile daneze în război într-un singur regat, conform legendei, a introdus și creștinismul. Urmând exemplul lui Harald, care a unit națiunile, Bluetooth a făcut același lucru cu protocoalele, combinându-le într-un singur standard universal.

Și mai multe despre nume. Cuvântul „blå” în limbile scandinave moderne înseamnă „albastru”, dar pe vremea vikingilor cel de-al doilea sens însemna și „negru”. Prin urmare, cel mai probabil, Harald, desigur, avea un dinte frontal negru, dar nu albastru. Și în traducere, danezul Harald Blåtand ar fi interpretat mai corect ca Harald Blacktooth, mai degrabă decât Harald Bluetooth. Aceasta este o astfel de inexactitate istorică.

Ideea numelui a fost propusă în 1997 de Jim Kardash, care a dezvoltat un sistem care permitea telefoanelor mobile să „vorbească” cu computerele. La momentul dezvoltării, Jim citea romanul istoric Viking Ships de Frans G. Bengtsson, care spunea povestea vikingilor și a regelui Harald Bluetooth. Astfel, romanul a influențat numele.

Sigla Bluetooth combină cele două rune scandinave „haglaz” și „berkana”.

1998

Cinci campanii din grupul de interes special Bluetooth (SIG)

Bluetooth SIG își întâmpină cel de-al 400-lea membru până la sfârșitul anului

Numele Bluetooth devine oficial

1999

Specificația Bluetooth 1.0 a fost lansată

Bluetooth la SIG găzduiește prima întâlnire pentru dezvoltatori UnPlugFest

Tehnologia Bluetooth premiată ca „Premiul pentru cea mai bună tehnologie de spectacol” la COMDEX

2000

Primul care a intrat pe piata telefon mobil Bluetooth activat

Apare primul card PC

Prototip de mouse pentru laptop și demonstrat la CeBIT 2000

Prototip modul USB afișat la COMDEX

Primul cip care combină funcțiile de frecvență radio, bandă de bază, microprocesor și wireless software conexiune bluetooth

Primul set cu cască iese la vânzare

2001

Prima imprimantă

Primul laptop

Primul kit auto hands-free

Primul hands-free cu recunoaștere a vorbirii

Bluetooth SIG, Inc. constituită ca societate nonprofit, fără acțiuni

2002

Primul set de tastatură și mouse

Primul receptor GPS

Numărul de produse Bluetooth calificate a fost de 500 de unități

IEEE aprobă standardul 802.15.1 pentru tehnologia fără fir Bluetooth

Prima cameră digitală

Implementarea Bluetooth

Bluetooth funcționează la frecvențe de la 2400 la 2483,5 MHz (inclusiv un interval de toleranță de 2 MHz în gama inferioară și 3,5 MHz în partea de sus). În consecință, după cum puteți vedea, principiul de funcționare se bazează pe utilizarea undelor radio. Comunicarea radio Bluetooth se realizează în banda ISM, care este utilizată în diverse aparate de uz casnic și rețele wireless.

Bluetooth folosește o tehnologie radio numită Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Bluetooth împarte datele în pachete și transmite fiecare pachet pe unul dintre cele 79 de canale desemnate (frecvențe de operare). Fiecare canal are o lățime de bandă de 1 MHz. Comunicația Bluetooth 4.0 utilizează o lățime de bandă de 2 MHz, care găzduiește 40 de canale. Primul canal începe de la 2402 MHz și continuă până la 2480 MHz în pași de 1 MHz. Bluetooth folosește metoda spectrului răspândit cu saltul de frecvență, frecvența purtătoare a semnalului sare de 1600 de ori pe secundă.

Secvența de comutare între frecvențe pentru fiecare conexiune este pseudo-aleatorie și este cunoscută doar de emițător și receptor, care comută sincron de la o frecvență purtătoare la alta la fiecare 625 μs (un interval de timp). Astfel, dacă în apropiere funcționează mai multe perechi receptor-emițător, acestea nu interferează între ele. Acest algoritm este de asemenea parte integrantă sisteme de protejare a confidenţialităţii informaţiilor transmise: trecerea are loc după un algoritm pseudoaleator şi se determină separat pentru fiecare conexiune.

versiuni Bluetooth

Bluetooth 1.0

Primele dispozitive din versiunea 1.0 au avut o serie de probleme. Aveau compatibilitate mediocră cu echipamente de la terți. În 1.0 și 1.0B, era obligatorie transmiterea adresei dispozitivului (BD_ADDR) în etapa de stabilire a conexiunii, ceea ce a făcut imposibilă implementarea anonimatului conexiunii la nivel de protocol și a reprezentat principalul dezavantaj al versiunii.

Bluetooth 1.1

Prima actualizare 1.1 a corectat multe dintre deficiențele găsite în versiunea 1.0B. Adăugat: suport pentru canale necriptate și indicarea nivelului de putere RSSI (Received Signal Strength Indication).

Bluetooth 1.2

Actualizarea ulterioară a avut îmbunătățiri: Conexiune și descoperire rapidă. A devenit rezistent la interferențe radio datorită utilizării agilității de frecvență adaptivă cu un spectru extins. Rate de transfer de date de până la 1 Mbit/s. Au apărut conexiunile sincrone îmbunătățite (eSCO), îmbunătățind calitatea transmisiei vocale în fluxul audio. Suport pentru o interfață UART cu trei fire a fost adăugat la Interfața controlerului gazdă (HCI). Standardul IEEE 802.15.1-2005 a fost adoptat ca standard.

Bluetooth 2.0+EDR

EDR oferă următoarele beneficii: creșterea de trei ori a vitezei de transmisie la 2,1 Mbps, capacitatea de a stabili conexiuni multiple datorită lățimii de bandă suplimentare. Consum redus de energie datorită sarcinii reduse.

Bluetooth 2.1

Tehnologie adăugată pentru solicitarea avansată a caracteristicilor dispozitivului, tehnologie de economisire a energiei Sniff Subrating, care vă permite să măriți durata de funcționare a dispozitivului la o singură încărcare a bateriei de 3-10 ori. Specificația actualizată simplifică și accelerează semnificativ stabilirea comunicării între două dispozitive, vă permite să actualizați cheia de criptare fără a întrerupe conexiunea

Bluetooth 2.1+EDR

În august 2008, Bluetooth SIG a introdus versiunea 2.1+EDR. Noua ediție Bluetooth reduce consumul de energie de 5 ori, îmbunătățește securitatea datelor și facilitează recunoașterea și conectarea dispozitivelor Bluetooth prin reducerea numărului de pași necesari.

Bluetooth 3.0+HS

Pe 21 aprilie 2009 a apărut Bluetooth 3.0+HS. Viteza de transfer de date (teoretic) a crescut la 24 Mbit/s. O caracteristică specială a fost adăugarea AMP (Alternate MAC/PHY), o adăugare la 802.11 ca mesaj de mare viteză. Două tehnologii au fost furnizate pentru AMP: 802.11 și UWB.

Bluetooth 4.0

Patru ani mai târziu, pe 30 iunie 2010, Bluetooth SIG a aprobat specificația 4.0. Bluetooth 4.0 a inclus următoarele protocoale: Bluetooth clasic, Bluetooth de mare viteză și Bluetooth low energy.

Bluetooth 4.1

SIG a introdus specificația Bluetooth 4.1 la sfârșitul anului 2013. Una dintre îmbunătățirile implementate în specificația Bluetooth 4.1 se referă colaborare Bluetooth și comunicatii mobile a patra generație LTE. Standardul oferă protecție împotriva interferențelor reciproce prin coordonarea automată a transmisiei pachetelor de date.

Bluetooth 4.2

Bluetooth 4.2 a fost introdus pe 2 decembrie 2014. Standardul a fost îmbunătățit în ceea ce privește caracteristicile sale de viteză și securitatea informațiilor.

Bluetooth 4.2 adaugă posibilitatea de a vă conecta direct la Internet. Adică, dispozitivele cu suport Bluetooth 4.2 vor putea nu numai să interacționeze direct între ele, ci și să se conecteze la Internet (mulțumită suportului pentru protocolul IPv6/6LoWPAN) prin puncte de acces adecvate. Ideea cheie din spatele dezvoltării standardului este să folosind Bluetooth a fost posibil să se conecteze orice dispozitive între ele.

Pe lângă comunicarea securizată și rapidă, Bluetooth 4.2 va fi și mai eficient din punct de vedere energetic, toate acestea vor schimba tendința din ultimele luni către conectivitate la rețea: tot mai multe dispozitive încep să folosească Bluetooth pentru asta, care, printre altele, are un efect pozitiv asupra duratei de viață a bateriei.

2003

Primul player MP3 cu tehnologie Bluetooth

Bluetooth versiunea 1.2 acceptată de Bluetooth SIG

Livrările de produse Bluetooth cresc la 1 milion pe săptămână

Prima aprobat sistem medical Bluetooth

2004

SIG adoptă Core Specification Version 2.0 Enhanced Data Rate (EDR)

Tehnologia Bluetooth instalată ca standard pe 250 de milioane de dispozitive

Livrările au depășit 3 milioane de unități pe săptămână

Primele căști stereo

2005

Livrările de produse au crescut la 5 milioane de chipset-uri pe săptămână

SIG își urează bun venit al 4.000-lea membru

SIG își deschide sediul în Bellevue, Washington, cu birouri regionale în Malmo, Suedia și Hong Kong

SIG lansează Profile Testing Suite (PTS) v1.0, un instrument de testare și testare de tip dezvoltat în întregime intern

2006

Primii ochelari de soare

Primele ore

Prima ramă foto digitală care acceptă Bluetooth

Bluetooth instalat pe 1 miliard de dispozitive

Livrările de dispozitive Bluetooth ajung la 10 milioane pe săptămână

Testarea Profile Tuning Suite (PTS) devine o parte obligatorie a produselor Bluetooth eligibile

SIG anunță că va integra tehnologia Ultra-Wide Band (UWB) cu WiMedia Alliance

2007

Primul radio cu ceas cu alarmă

Primul televizor

SIG primește 8.000 de membri

CEO-ul Bluetooth SIG, Michael Foley, primește Telematics Leadership Award

PTS Protocol Viewer este lansat ca parte a versiunii 2.1.1 recent publicată împreună cu o interfață de utilizator semnificativ actualizată

Cele mai comune profiluri Bluetooth

A folosi tehnologie wireless Dispozitivele Bluetooth trebuie să fie capabile să interpreteze anumite profiluri Bluetooth care sunt specifice zonelor de aplicație specifice și să specifice comportamente comune, astfel încât dispozitivele compatibile cu Bluetooth să poată fi utilizate pentru a comunica cu alții Dispozitive Bluetooth.

Un profil este un set de funcții sau capabilități disponibile pentru un anumit dispozitiv Bluetooth.

Există o gamă largă de profiluri Bluetooth care descriu diverse tipuri aplicații sau scenarii de utilizare a dispozitivului.

Lista profilurilor principale aprobate de Bluetooth SIG cu o scurtă descriere și scop:

Profil avansat de distribuție audio (A2DP) conceput pentru transmiterea muzicii către o cască fără fir sau alte dispozitive.

Profil telecomandă audio/video (AVRCP) concepute pentru a controla funcțiile standard ale televizoarelor și echipamentelor de înaltă precizie. Vă permite să creați dispozitive cu funcții de control de la distanță.

Profil de imagistică de bază (BIP) conceput pentru trimiterea de imagini între dispozitive. Cu acest profil este posibil să redimensionați o imagine și să o convertiți într-un format acceptat de dispozitivul receptor.

Profil de imprimare de bază (BPP) cu ajutorul acestuia este posibilă trimiterea textului, mesajelor e-mail, vCard la imprimantă. Profilul nu necesită șoferi.

Profil de acces comun ISDN (CIP) utilizat pentru accesul dispozitivului la o rețea digitală de servicii integrate, ISDN.

Profil de telefonie fără fir (CTP) acceptă telefonie fără fir.

Profil ID dispozitiv (DIP) ajută la determinarea clasei dispozitivului, a producătorului și a versiunii produsului.

Profil de conectare la rețea (DUN) Protocolul oferă acces standard la Internet sau la alt serviciu telefonic prin Bluetooth.

Profil fax (FAX) oferă o interfață între mobil sau telefon fix, și de asemenea computer personal pe care este instalat software-ul de fax.

Profil de transfer de fișiere (FTP_profile) oferă acces la sistemul de fișiere al dispozitivului.

Profil general de distribuție audio/video (GAVDP) bază pentru A2DP și VDP.

Profil de acces generic (GAP) baza pentru alte profile.

Profil generic de schimb de obiecte (GOEP) baza pentru alte profiluri de transfer de date, bazate pe OBEX.

Profil de înlocuire a cablului de copiere pe hârtie (HCRP)înlocuire conexiune prin cabluîntre dispozitiv și imprimantă. Partea negativă a profilului, care îl face să nu fie universal, este necesitatea de a instala drivere.

Profil hands-free (HFP)

Profilul dispozitivului cu interfață umană (HID) oferă suport pentru dispozitivele cu HID, care includ tastaturi, mouse-uri, joystick-uri etc. O caracteristică distinctivă este că folosește un canal lent și funcționează la putere redusă.

Profil căști (HSP) Folosit pentru a conecta o cască fără fir și un telefon.

Profil interfon (ICP) Oferă apeluri vocale între dispozitivele compatibile Bluetooth.

Profil de acces LAN (LAP) prevede acces bluetooth dispozitive la retele de calculatoare LAN, WAN sau Internet prin alt dispozitiv Bluetooth care are o conexiune fizică la aceste rețele.

Profil de acces SIM (SAP, SIM) vă permite să accesați cartela SIM a telefonului dvs., făcând posibilă utilizarea unei singure cartele SIM pentru mai multe dispozitive.

Profil de sincronizare (SYNCH) vă permite să sincronizați datele personale (PIM).

Profil de distribuție video (VDP) vă permite să transmiteți în flux video.

Purtător de protocol de aplicație fără fir (WAPB) protocol pentru organizarea conexiunilor P-to-P (Point-to-Point) prin Bluetooth.

Bluetooth 5.0 devenit realitate. În comparație cu Bluetooth 4.0, noua versiune are de două ori mai mare, de patru ori mai mareși o serie de alte îmbunătățiri. Să ne uităm la avantajele Bluetooth 5.0 față de predecesorii săi, inclusiv un exemplu CPU CC2640R2F din Texas Instruments.

Popularitatea versiunii protocol Bluetooth 4, precum și unele dintre limitările sale, au devenit motivele creării următoarei specificații Bluetooth 5. Dezvoltatorii și-au stabilit o serie de obiective: extinderea gamei, creșterea lățime de bandă atunci când trimiteți pachete de difuzare, îmbunătățirea imunității la zgomot și așa mai departe.

Acum că au început să apară primele dispozitive cu Bluetooth 5, utilizatorii și dezvoltatorii au pe bună dreptate întrebări: care dintre promisiunile declarate anterior au devenit realitate? Cât de mult au crescut intervalul și viteza de transfer de date? Cum a afectat acest lucru nivelul de consum? Cum s-a schimbat abordarea generării de pachete de difuzare? Ce îmbunătățiri au fost aduse pentru a îmbunătăți imunitatea la zgomot? Și, desigur, întrebarea principală este - există compatibilitate inversă între Bluetooth 5 și Bluetooth 4? Să răspundem la acestea și la alte întrebări și să luăm în considerare principalele avantaje ale Bluetooth 5.0 față de predecesorii săi, inclusiv folosind un exemplu procesor real cu suport pentru Bluetooth 5.0 produs de companie Texas Instruments.

Să începem revizuirea Bluetooth 5.0 răspunzând la cea mai frecventă întrebare despre compatibilitatea cu Bluetooth 4.x

Este Bluetooth 5.0 compatibil cu Bluetooth 4.x?

Da, da. Bluetooth 5 adoptă majoritatea caracteristicilor și extensiilor Bluetooth 4.1 și 4.2. De exemplu, dispozitivele Bluetooth 5 păstrează toate îmbunătățirile de securitate a datelor din Bluetooth 4.2 și acceptă extensia LE Data Length. Merită să reamintim că, datorită extinderii LE Data Length Extension, începând cu Bluetooth 4.2, dimensiunea unității de date sub formă de pachete (PDU) la conexiunea stabilită poate fi crescut de la 27 la 251 de octeți, ceea ce vă permite să creșteți viteza de schimb de date de 2,5 ori.

Datorită numărului mare de diferențe între versiunile de protocol, se păstrează mecanismul tradițional de negociere a parametrilor între dispozitive la stabilirea conexiunilor. Aceasta înseamnă că înainte de a începe să facă schimb de date, dispozitivele „se cunosc” și determină frecvența maximă de transmitere a datelor, lungimea mesajelor și așa mai departe. În acest caz, setările Bluetooth 4.0 sunt utilizate în mod implicit. Trecerea la parametrii Bluetooth 5 are loc numai dacă, în timpul procesului de împerechere, se dovedește că ambele dispozitive acceptă o versiune ulterioară a protocolului.

Vorbind despre instrumentele care sunt deja disponibile pentru dezvoltatori, merită remarcat procesor nou CC2640R2F și BLE5-Stack gratuit de la Texas Instruments. Spre bucuria dezvoltatorilor, BLE5-Stack se bazează pe versiunea anterioară a BLE-Stack, iar modificările în utilizarea sa au afectat doar noile caracteristici ale Bluetooth 5.0.

Cum a crescut viteza de transfer de date în Bluetooth 5?

Bluetooth 5 utilizează o conexiune fără fir cu rate fizice de transfer de date de până la 2 Mbps, care este de două ori mai rapidă decât Bluetooth 4.x. Este demn de remarcat aici că rata efectivă de schimb de date depinde nu numai de debitul fizic al canalului de transmisie, ci și de raportul dintre serviciu și informatii utileîntr-un pachet, precum și din costurile „supraveghere” asociate, de exemplu, pierderea de timp între pachete (Tabelul 1).

Tabelul 1. Viteza de comunicare pentru diferite versiuniBluetooth

În versiunile Bluetooth 4.0 și 4.1, lățimea de bandă fizică a canalului a fost de 1 Mbit/s, ceea ce, cu o lungime a pachetului de date PDU de 27 de octeți, a făcut posibilă atingerea unor rate de schimb de până la 305 kbit/s. Bluetooth 4.2 a introdus extensia LE Data Length. Datorită acesteia, după stabilirea unei conexiuni între dispozitive, a devenit posibilă creșterea lungimii pachetului la 251 de octeți, ceea ce a dus la o creștere a vitezei de schimb de date de 2,5 ori - până la 780 kbit/s.

Versiunea 5 Bluetooth păstrează suport pentru LE Data Length Extension, care, împreună cu o creștere a debitului fizic la 2 Mbit/s, permite atingerea unor viteze de schimb de date de până la 1,4 Mbit/s.

După cum arată practica, o astfel de accelerare a transferului de date nu este limita. De exemplu, microcontrolerul wireless CC2640R2F este capabil să funcționeze la viteze de până la 5 Mbps.

Merită menționat ideea greșită comună că creșterea debitului la 2 Mbit/s a fost realizată prin reducerea intervalului. Desigur, fizic cipul transceiver (PHY) atunci când funcționează la o frecvență de 2 Mbit/s are o sensibilitate cu 5 dBm mai mică decât atunci când funcționează la o frecvență de 1 Mbit/s. Cu toate acestea, pe lângă sensibilitate, există și alți factori care contribuie la creșterea intervalului, de exemplu, trecerea la codificarea datelor. Din acest motiv, toate celelalte lucruri fiind egale, Bluetooth 5 se dovedește a fi mai fiabil și are raza mai mare acțiuni în comparație cu Bluetooth 4.0. Acest lucru este discutat în detaliu într-una dintre următoarele secțiuni ale articolului.

Cum se activează modul de transfer de date de mare viteză în Bluetooth 5?

La stabilirea unei conexiuni între două dispozitive Bluetooth, setările Bluetooth 4.0 sunt utilizate inițial. Aceasta înseamnă că în prima etapă dispozitivele fac schimb de date la o viteză de 1 Mbit/s. Odată ce conexiunea este stabilită, masterul compatibil Bluetooth 5.0 poate începe Procedura de actualizare PHY, al cărei scop este de a stabili viteza maxima 2 Mbit/s. Această operațiune va reuși numai dacă slave acceptă și Bluetooth 5.0. În caz contrar, viteza rămâne la 1 Mbit/s.

Pentru dezvoltatorii care au folosit anterior Texas Instruments BLE-Stack, vestea bună este că noul BLE5-Stack oferă o singură funcție, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(), pentru a efectua această procedură. Astfel, la trecerea la Bluetooth 5.0, utilizatorii produselor TI nu vor avea probleme cu inițializarea inițială. De asemenea, util pentru dezvoltatori va fi un exemplu postat pe portalul GitHub, care vă permite să evaluați funcționarea a două microcontrolere CC2640R2F care funcționează ca parte a LaunchPad-urilor CC2640R2 în modurile High Speed ​​și Long Range.

Cum a crescut raza de acțiune a Bluetooth 5?

Specificația Bluetooth 5.0 vorbește de patru ori mai mult decât Bluetooth 4.0. Aceasta este o problemă destul de subtilă asupra căreia merită să insistăm mai detaliat.

În primul rând, conceptul de „de patru ori” este relativ și nu este legat de un interval specific în metri sau kilometri. Faptul este că domeniul de transmisie radio depinde foarte mult de o serie de factori: starea mediului, nivelul de interferență, numărul de dispozitive care transmit simultan și așa mai departe. Drept urmare, nici un singur producător, nici dezvoltatorul însuși Standard Bluetooth SIG nu furnizează valori specifice. Creșterea razei este măsurată în comparație cu Bluetooth 4.0.

Pentru o analiză ulterioară, este necesar să se efectueze câteva calcule matematice și să se estimeze bugetul de putere al canalului radio. Când se utilizează valori logaritmice, bugetul canalului radio (dB) este egal cu diferența dintre puterea emițătorului (dBm) și sensibilitatea receptorului (dBm):

Bugetul canalului radio = putereT X(dBm) – sensibilitateR X(dBm)

Pentru Bluetooth 4.0, sensibilitatea standard a receptorului este de -93 dBm. Dacă presupunem că puterea emițătorului este de 0 dBm, atunci bugetul este de 93 dB.

Cvadruplicarea intervalului ar necesita o creștere cu 12 dB a bugetului, rezultând o valoare de 105 dB. Cum ar trebui atinsă această valoare? Există două moduri:

• creșterea puterii emițătorului;
• creşterea sensibilităţii receptorilor.

Dacă urmați prima cale și creșteți puterea emițătorului, acest lucru va provoca inevitabil o creștere a consumului. De exemplu, pentru CC2640R2F, trecerea la o putere de ieșire de 5 dBm duce la o creștere a consumului de curent la 9 mA (Figura 1). La 10 dBm curentul va crește la 20 mA. Această abordare nu pare atrăgătoare pentru majoritatea dispozitive fără fir alimentat de la baterie și nu întotdeauna potrivit pentru IoT, care este tocmai domeniul către care a fost vizat în primul rând Bluetooth 5.0. Din acest motiv, a doua soluție pare de preferat.

Pentru a crește sensibilitatea receptorului, sunt propuse două metode:

• reducerea vitezei de transmisie;
• utilizarea codificării datelor PHY codificate.

Reducerea ratei de date cu un factor de opt crește teoretic sensibilitatea receptorului cu 9 dB. Astfel, valoarea dorită este scurtă de doar 3 dB.

Cei 3 dB necesari pot fi atinși utilizând codificare PHY codificată suplimentară. Anterior, în versiunile Bluetooth 4.x, codificarea biților era clară 1:1. Aceasta înseamnă că fluxul de date a fost trimis direct la demodulatorul diferenţial. În Bluetooth 5.0, când utilizați Coded PHY, există două format suplimentar transmitere:

• cu codificare 1:2, în care fiecare bit de date este asociat cu doi biți în fluxul de date radio. De exemplu, un „1” logic este reprezentat ca o secvență de „10”. În același timp viteza fizica rămâne la 1 Mbit/s, dar rata reală de transfer de date scade la 500 kbit/s.
• Cu codare 1:4. De exemplu, un „1” logic este reprezentat de secvența „1100”. Rata de transfer de date este redusă la 125 kbit/s.

Abordarea descrisă se numește Forward Error Correction (FEC) și permite ca erorile să fie detectate și corectate pe partea de recepție, mai degrabă decât să necesite retransmiterea pachetelor, așa cum a fost cazul în Bluetooth 4.0.

Pe hârtie totul arată bine. Rămâne doar să aflăm cum aceste calcule teoretice corespund realității. Ca exemplu, să luăm același microcontroler CC2640R2F. Datorită diferitelor îmbunătățiri și noilor moduri de modulare Bluetooth 5.0, transceiver-ul acestui procesor are o sensibilitate de -97 dBm la 1 Mbps și -103 dBm atunci când se utilizează Coded PHY și 125 kbps. Astfel, în acest din urmă caz, doar 2 dBm lipsesc de la nivelul de 105 dB.

Pentru a evalua gama CC2640R2F, inginerii de la Texas Instruments au efectuat un experiment pe teren la Oslo. În același timp, din punct de vedere al nivelului de zgomot mediuîn această experiență nu putea fi numită „prietenos”, deoarece partea de afaceri a orașului se afla în imediata apropiere.

Pentru a obține un buget de putere mai mare de 105 dB, s-a decis creșterea puterii emițătorului la 5 dBm. Acest lucru ne-a permis să atingem o valoare finală impresionantă de 108 dBm (Figura 2). La efectuarea experimentului, raza de acțiune a fost de 1,6 km, ceea ce este un rezultat foarte impresionant, mai ales având în vedere nivelul minim de consum al emițătoarelor radio.

Cum s-a schimbat abordarea mesajelor transmise prin Bluetooth 5?

Anterior, Bluetooth 4.x folosea trei canale de date dedicate pentru a stabili conexiuni între dispozitive (37, 38, 39). Cu ajutorul lor, dispozitivele s-au găsit și au schimbat informații de service. De asemenea, a fost posibil să se transmită pachete de date difuzate peste ele. Această abordare are dezavantaje:

• cu un număr mare de transmițătoare active, aceste canale pot fi pur și simplu supraîncărcate;
• Tot mai multe dispozitive folosesc mesaje difuzate fără a stabili o conexiune punct la punct. Acest lucru este deosebit de important pentru Internet of Things IoT;
• noul sistem de codare Cod PHY va necesita de opt ori mai mult timp pentru a stabili o conexiune, care va încărca suplimentar canalele de difuzare.

Pentru a rezolva aceste probleme în Bluetooth 5.0, s-a decis trecerea la o schemă în care datele sunt transmise pe toate cele 37 de canale de date, iar canalele de serviciu 37, 38, 39 sunt folosite pentru a transmite pointeri. Indicatorul se referă la canalul prin care va fi transmis mesajul difuzat. În acest caz, datele sunt transmise o singură dată. Ca rezultat, este posibil să se ușureze în mod semnificativ sarcina pe canalele de servicii și să se elimine acest blocaj.

De asemenea, este de remarcat faptul că acum lungimea datelor unui pachet de difuzare poate ajunge la 255 de octeți în loc de 6...37 de octeți PDU în Bluetooth 4.x. Acest lucru este extrem de important pentru aplicațiile IoT, deoarece permite reducerea la minimum a sarcinii de transmisie și eliminarea conexiunilor, reducând astfel consumul.

Bluetooth 5 acceptă rețele Mesh?

Soluții Texas Instruments pentru Bluetooth 5

Unul dintre primele microcontrolere cu Bluetooth 5.0 a fost procesorul de înaltă performanță CC2640R2F produs de Texas Instruments.

CC2640R2F este construit pe un nucleu ARM Cortex-M3 modern pe 32 de biți cu frecventa de functionare până la 48 MHz. Funcționarea transmițătorului radio este controlată de al doilea nucleu ARM Cortex-M0 pe 32 de biți (Figura 3). În plus, CC2640R2F dispune de periferice digitale și analogice bogate.

Avantajul microcontrolerului CC2640R2F este, de asemenea, nivelul scăzut de consum (Tabelul 2). Acest lucru se aplică tuturor modurilor de funcționare. De exemplu, în modul activ la recepționarea datelor prin canalul radio, consumul este de 5,9 mA, iar la transmitere - 6,1 mA (0 dBm) sau 9,1 mA (5 dBm). Când treceți în modul de repaus, curentul de alimentare scade complet la 1 µA.

Combinația a trei calități importante, cum ar fi suportul Bluetooth 5.0, consumul redus și performanța de vârf ridicată, face din CC2640R2F o soluție foarte interesantă pentru Internetul lucrurilor. Totodată, folosind acest microcontroler, poți crea întreaga gamă de dispozitive IoT: senzori autonomi care funcționează câțiva ani pe o singură baterie, punți între un procesor de control suplimentar și un canal Bluetooth 5.0, aplicații complexe care necesită o putere mare de calcul .

Tabelul 2. Consumul de microcontroler wirelessCC2640 R2 Fcu sprijinBluetooth 5

Pentru a începe rapid cu CC2640R2F, Texas Instruments a pregătit un kit de dezvoltare tradițional (Figura 4). Folosind câteva astfel de dispozitive, puteți evalua viteza și intervalul de transmisie radio prin Bluetooth 5.0. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza exemple gata făcute sau puteți crea propria aplicație bazată pe protocolul gratuit BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).

Concluzie

Noua versiune a protocolului Bluetooth 5.0 este axată pe conformitatea maximă cu nevoile Internet of Things (IoT). În comparație cu versiunea Bluetooth 4.0, are o serie de îmbunătățiri calitative:

• viteza de transfer de date s-a dublat și a ajuns la 2 Mbit/s;
• raza de transmisie s-a dublat de patru ori datorită codificării datelor codificate PHY și Forward Error Correction (FEC);
• Debitul de mesaje difuzate a crescut de 8 ori.

În plus, Bluetooth 5.0 oferă compatibilitate cu dispozitivele Bluetooth 4.x și, de asemenea, acceptă majoritatea extensiilor versiunilor ulterioare ale protocolului.

Rata Capabilitati Bluetooth 5.0 este disponibil acum folosind instrumente de la Texas Instruments. Compania produce un microcontroler CC2640R2F de înaltă performanță și putere redusă, oferă o stivă BLE 5 1.0 gratuită și multe exemple gata făcute pentru kitul de depanare LAUNCHXL-CC2640R2.

Literatură

1. Întrebări frecvente privind specificațiile de bază Bluetooth 5.0. 2016. Bluetooth SIG.

Transmiterea datelor prin Bluetooth se realizează la o frecvență de 2,4 GHz. Pentru a fi și mai precis, intervalul de operare este în intervalul 2402-2480 GHz. În același timp, în majoritatea țărilor lumii, sunt alocate 79 de canale pentru transmiterea datelor. Lățimea unui astfel de canal este de 1 MHz. Această gamă folosit în scopuri civile.

Principiul de funcționare

Principiul de funcționare al Bluetooth este de a transmite date prin schimbarea rapidă a frecvențelor, ceea ce are loc aproximativ 1600 o dată pe secundă. Această schemă de funcționare oferă o imunitate excelentă la interferențe și permite dispozitivelor care primesc semnalul să nu interfereze între ele datorită amestecării frecvenței. În plus, oferă securitate aproape completă utilizatorilor rețeaua internă, pentru că Nu este posibilă conectarea la dispozitivele de recepție. În plus, raza este mică acțiuni bluetooth, nu permite conectarea neautorizata, cu posibilitatea de a ramane neobservata.

Sărituri de frecvență

La transmiterea datelor prin Bluetooth, canalul se schimbă la fiecare 625 µs. Acești 625 µs sunt, de asemenea, intervalul de timp în care sunt transmise datele, care sunt măsurate în pachete. În acest caz, un pachet poate fi transmis nu într-un astfel de interval, ci în mai multe. După ce transmisia pachetului de date este finalizată, are loc o schimbare de canal (frecvență), predeterminată pentru fiecare dispozitiv.
De asemenea, se poate folosi saltul de frecvență adaptiv. Este necesar pentru a limita transmisia de date de la dispozitive la un anumit număr de canale. În același timp, s-a deschis gama de frecvente poate fi folosit pentru a transfera date pe alte dispozitive. Acest lucru reduce riscul interferențelor de frecvență pentru dispozitivele Piconet.

În plus, necesitatea de a limita intervalul de frecvență pentru transmisia de date poate fi cauzată de interzicerea utilizării anumitor canale de frecventaîntr-un număr de țări. De exemplu, în unele țări europene, în special Spania și Franța, sunt permise doar 22 de frecvențe, în loc de cele 79 obișnuite.

Standarde de bază Bluetooth

1. Inovații serioase au fost introduse în standardul 2.0. În același timp, s-a observat crestere semnificativa ratele de transfer de date, care au fost asociate cu suportul EDR. Transferul de date în standardul 2.0 a fost crescut la 2,0-2,4 Mb/s. În plus, specificația 2.0 a crescut serios siguranța și imunitatea la interferențe.
2. Standard 3.0 a uimit utilizatorii cu viteze de transfer de date fără precedent, care au crescut la 24 Mb/s. Acest lucru s-a datorat în primul rând faptului că specificația 3.0 a acceptat Wi-Fi. Cu toate acestea, producătorii preferă să instaleze două standarde pe dispozitivele lor, deoarece Specificația 3.0 utilizează prea multă putere.
3. Mai specific este standardul 4.0, care combină o rată scăzută de transfer de date, securitate bunăși un consum de energie incredibil de scăzut, bazat pe funcționarea intermitentă a transmițătorului. Dispozitive care folosesc acest standard, de regulă, sunt folosite în scopuri sportive, medicale și în alte scopuri, sunt miniatură și nu sunt concepute pentru număr mare date transmise.

Beneficiile Bluetooth 4.0:

1. Combină protocoalele anterioare. Acceptă funcțiile de bază ale protocoalelor anterioare.
2. Viteză crescută.
3. O reducere semnificativă a consumului de energie al unui dispozitiv care utilizează standardul 4.0, realizată printr-un algoritm de operare modificat (emițătorul este pornit doar în momentul în care se transferă datele).

În general, standardul 4.0 este mai potrivit pentru senzorii electronici miniaturali. De exemplu, pentru contoarele de presiune și temperatură de la încheietură, pentru echipamente de exerciții, diverse dispozitive miniaturale cu consum redus de energie.