Что такое радиомодуль bluetooth. Что такое Bluetooth и зачем он нужен? Список основных профилей одобренных Bluetooth SIG с кратким описанием и предназначением

Порой интересно наблюдать за прогрессом технологий, который с каждым разом готов удивлять все больше и больше. Какие только технические чудеса не возникают в нашем необычном мире, какие только технологии не придумывает человек, и все ради того, чтобы сделать мир удобнее, практичнее и с большими возможностями. К примеру, взять хотя бы устройство, которое позволяет на расстоянии передавать данные посредством специального передатчика. Да, все помнят о таком чудесном изобретении, как Bluetooth. Но по ходу жизни многие изобретения моментально исчезают из моды, и новое поколение начинает сомневаться и дивиться, не понимая, зачем порой имеются некоторые функции в их мобильном устройстве. Поэтому все чаще и возникает вопрос, а что такое Bluetooth? Чтобы ответить на этот вопрос, мы предлагаем вам познакомиться с этой статьей, которая содержит максимально достоверную информацию по этому устройству и всех его возможностях. Благодаря этой информации вы разберетесь не только в самом предназначении изобретения, но и поймете, как им пользоваться и какие возможности есть у него.

Что это за устройство?

Что такое Bluetooth? Это универсальное устройство, которое позволяет передавать данные на расстояние. Под данными классифицируются различные документы, фотографии, музыка и видео. Данная разработка была изобретена более 10 лет назад и получила признание по всему миру. На данный момент это изобретение немного забыто, но это совершенно не сказывается на его удобстве, так как практически в каждом мобильном устройстве имеется передатчик, который исполняет эту функцию. Более того, именно Bluetooth стал основанием для создания повсеместно используемого Wi-Fi. Поэтому при вопросе, что такое устройство Bluetooth, можно смело отвечать - это прародитель Wi-Fi. Но стоит отметить, что даже после появления беспроводного устройства данная разработка не уступает ему в популярности и активно используется не только молодежью, но и современными офисами. Просто оно не так часто попадает в поле зрения и часто классифицируется обычным беспроводным устройством.

Зачем оно нужно?

Так что такое Bluetooth? Это отличное средство для экономии места и порядка на своем рабочем месте. Именно такое определение стало часто использоваться современными специалистами. И правда, если немного заглянуть в историю, то данный продукт разрабатывался с целью исключить использование проводов, которые постоянно либо мешались, либо занимали много места. Тем более, одна поломка провода могла стать причиной остановки целого производства. А вот если организовывать работу с помощью беспроводного соединения, то опасность поломки сводится к минимуму. Но это не основное предназначение Bluetooth, так как в основном его используют для передачи данных с одного устройства на другое, совсем не задумываясь о большом потенциале этого нехитрого устройства. Поэтому часто на вопрос, что такое Bluetooth в телефоне, можно услышать простую трактовку: «Это средство для передачи файлов». Хоть оно и верное, но совсем не раскрывает всей сущности продукта. И именно правильная трактовка устройства, раскрывающая весь потенциал продукта, позволяет в дальнейшем найти для него полезное применение.

Как работает?

Собственно, что такое Bluetooth - мы поняли, осталось понять, как оно работает. Как оказывается, в этом нет ничего сложного, так как процесс передачи данных требует лишь подтверждения и выбора. То есть, к примеру, решили вы передать фотографию другу, для этого нужно, чтобы у вас и у него был Bluetooth. Необходимо запустить это приложение, отыскать устройство друга (по умолчанию оно имеет наименование марки модели телефона) и запросить соединение. Как только все будет подтверждено, можно беспрепятственно обмениваться файлами, но это стандартная схема. На данный момент существует огромное множество самых разных периферийных устройств, которые не всегда требуют подтверждения и работают в облегчая их массовое использование и избавляя нас от бесчисленных проводов.

Виды устройств

Что такое Bluetooth в телефоне? Это приложение, позволяющее передавать данные с одного элемента на другой. Оно использует радиоволны и имеет ограниченное расстояние воздействия. А что такое Bluetooth? А это уже универсальное устройство, позволяющее передавать различные данные или поддерживать постоянное подключение посредством беспроводной связи. Довольно интересно разбираться в мелочах устройства, которое на первый раз кажется простым и не таким пригодным. Оказывается, системе Bluetooth сопутствует огромное количество самых разных разработок. Да, Wi-Fi постепенно оттесняет якобы устаревшую разработку, но это совсем не исключает ее использования. К примеру, имеется масса Hi-Fi, которые используют данный способ соединения: гарнитуры компьютера, адаптеры для соединения нескольких устройств, принтеры, телевизоры, камеры и многое другое. Мы же рассмотрим самые популярные из них.

Адаптер

Что такое Bluetooth адаптер? Вы будете удивлены, но это самый настоящий роутер, который не передает данные с помощью интернета, а создает точку соединения беспроводных устройств. Да, это напоминает Wi-Fi роутер, который создает точку доступа. Но в нашем случае эта точка служит неким сервером для поддержания соединения между техническими устройствами. К примеру, в офисе у вас имеется масса компьютеров и один принтер. Чтобы люди не толпились, не ругались, достаточно поставить адаптер и соединить все компьютеры с принтером. Теперь очередь печати будет нормальной, никто не будет паниковать, и все успеют получить свои документы.

Гарнитура

Bluetooth? Это привычные только без проводов. С помощью этой уникальной технологии пользователь может не отвлекаться от дел и вовремя отвечать на звонки, не прибегая к использованию телефона. Данная гарнитура крепится к уху и может долгое время находится на вашем вооружении. Оно не ограничивает обычный слух человека и имеет специальную кнопку, которая позволяет отвечать на звонки с телефона. Раньше такое можно было увидеть только в фильмах, теперь все доступно обычным людям.

Радиомодуль

Что такое радиомодуль Bluetooth? Это уже универсальное устройство, позволяющее передавать поток звуковой информации. Выглядит он как обычная компьютерная колонка без проводов. Чтобы она работала, необходимо установить соединение с сервером передачи звука, им может выступать либо компьютер, либо телефон, либо обычный плеер. Затем включить звук на устройстве - и можно наслаждаться приятной музыкой, которая по качеству будет выше, и прерываться точно не будет.

Вот, собственно, вы и узнали, что такое периферийное устройство Bluetooth. Благодаря этим технологиям мы можем значительно облегчить себе бытовые дела и избавиться о надобности иметь огромное количество проводов. Главное, стоит помнить о нюансах: Bluetooth имеет ограниченную площадь воздействия (для каждого устройства она своя), и некоторым их них все же будет требоваться подзарядка.

Передача данных посредством Bluetooth осуществляется на частоте 2.4 ГГц. Говоря еще точнее, диапазон работы находится в рамках 2402-2480 ГГц. При этом в большинстве стран мира для передачи данных выделены 79 каналов. Ширина одного такого канала составляет 1 МГц. Данный диапазон используется для гражданских целей.

Принцип работы

Принцип работы Bluetooth заключается в передаче данных посредством быстрой смены частот, которая происходит приблизительно 1600 раз в секунду. Данная схема работы обеспечивает отличную защищенность от помех и предоставляет возможность принимающим сигнал устройствам не мешать друг другу, в следствие смешивания частот. Кроме того, это обеспечивает практически полную безопасность пользователям внутренней сети, т.к. подключиться к принимающим устройствам не представляется возможным. К тому же, маленький радиус действия Bluetooth, не располагает к несанкционированному подключению, с возможностью остаться незамеченным.

Скачкообразное изменение частоты

Смена канала при передаче данных посредством Bluetooth происходит каждые 625 мкс. Эти 625 мкс одновременно являются интервалом времени, за который осуществляется передача данных, которая измеряется в пакетах. При этом, один пакет может быть передан не за один такой интервал, а за несколько. После завершения передачи пакета данных, происходит заранее определенная для каждого устройства смена канала (частоты).
Также, может применяться и адаптивное скачкообразное изменение частоты. Оно необходимо для того, чтобы ограничить передачу данных с устройств определенным количеством каналов. При этом, открывшийся частотный диапазон можно использовать для передачи данных другими устройствами. Таким образом уменьшается риск возникновения частотных помех для устройств пикосети.

Кроме того, необходимость ограничить диапазон частот для передачи данных может быть вызван, запретом использования определенных частотных каналов в ряде стран. К примеру, в некоторых европейских странах, в частности в Испании и Франции, разрешается использовать только 22 частоты, вместо обычных 79.

Основные стандарты Bluetooth

Серьезные нововведения были введены в стандарт 2.0. При этом, в нем наблюдалось значительное увеличение скорости передачи данных, что было связанно с поддержкой EDR. Передача данных в стандарте 2.0 была увеличена до 2.0-2.4 Мб/с . А кроме того, 2.0 спецификация серьезно увеличило безопасность и защищенность от возникновения помех.
Стандарт 3.0 поразил пользователей невиданной до того скоростью передачи данных, которая увеличилась до 24 Мб/с . Связанно это было в первую очередь с тем, что спецификация 3.0 поддерживала Wi-Fi. Однако, производители предпочитают устанавливать на свои устройства два стандарта, т.к. спецификация 3.0 расходует слишком много энергии.
Более специфической является стандарт 4.0, который совместил в себе небольшую скорость передачи данных, хорошую безопасность и невероятно малое расходование энергии, основанное на непостоянной работе передатчика. Устройства, использующие данный стандарт, как правило, применяются для спортивных, медицинских и иных целей, являются миниатюрными и не рассчитаны на большое количество передаваемых данных.

Преимущества Bluetooth 4.0:

Совмещает в себе предшествующие протоколы. Поддерживает основные функции предыдущих протоколов.
Увеличение скорости.
Значительное уменьшение энергопотребления устройства, использующего стандарт 4.0, достигнутое за счет измененного алгоритма работы (передатчик включается только в тот момент, когда происходит передача данных).

Как правило, стандарт 4.0 больше подходит для миниатюрных электронных датчиков. К примеру, для наручных измерителях давления, температуры, для тренажеров, различных миниатюрных устройств с небольшой энергоемкостью.

Что такое Bluetooth и с чем его «едят». Основы технологии и дата создания

Связь Bluetooth - это стандарт беспроводной технологии для обмена данными на кроткой дистанции, которая использует коротковолновые СВЧ радиоволны в ISM диапазоне от 2.4 до 2.485 ГГц, для обмена данными между стационарными и мобильными устройствами, и построении персональных сетей (Personal Area Network PAN).

Создана технология была телекоммуникационным поставщиком Ericsson в 1994 году и так серьезно вошла в повседневную жизнь, что представить себе жизнь без нее стал невозможным. В том числе и автомобильную жизнь. Изначально новая технология была задумана как беспроводная альтернатива интерфейсу RS-232 кабелей данных. При помощи Bluetooth могут подключаться различные устройства, избегая проблем с синхронизацией и без использования лишних проводов.

Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), которая на сегодняшний день имеет в членстве более чем 25.000 компаний работающих в области электросвязи, вычислительной техники, сетевого оборудования и потребительской электроники.

Началось восхождение Bluetooth с достижения соглашения с IEEE, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1. В это время был получен ряд патентов, которые появились в процессе разработки технологии.

Тайна названия Bluetooth

"Bluetooth" является не совсем правильной англизированной версией скандинавского Blåtand/Blåtann, (старонорвежский blátǫnn) являющейся прозвищем короля Харальда Синезубого, жившего в X веке. Ему удалось объединить враждовавшие датские племена в единое королевство, по преданию он также ввел Христианство. По примеру Харальда объединившего народы, Bluetooth делал тоже самое с протоколами, объединяя их в единый универсальный стандарт.

И еще немного по поводу названия. Слово «blå» в современных скандинавских языках означает «синий», но в то время когда жили викинги его второе значение означало и «черный цвет». Поэтому, скорее всего у Харальда, конечно же, был черный передний зуб, но никак ни синий. И в переводе датское Harald Blåtand более правильно было б интерпретировать как Harald Blacktooth, нежели Harald Bluetooth. Вот такая историческая неточность.

Идея названия была предложена в 1997 году Джим Кардашем, который разработал систему, позволявшую мобильным телефонам «общаться» с компьютерами. На момент разработки, Джим читал исторический роман Франса г. Бенгтссона «Корабли Викингов», повествовавшем о Викингах и о короле Харальде Синезубом. Таким образом роман и повлиял на название.

Логотип Bluetooth сочетает две скандинавские руны «хаглаз» и «беркана».

1998

Пятью кампаниями формируется Bluetooth Special Interest Group (SIG)

К концу года Bluetooth SIG принимает своего 400го члена

Имя Bluetooth получает официальный статус

1999

Выпущена спецификация Bluetooth 1.0

Bluetooth в SIG организовывает первую встречу разработчиков UnPlugFest

Технология Bluetooth награждена в качестве "Best of Show Technology Award" на COMDEX

2000

На рынок выходит первый мобильный телефон с поддержкой Bluetooth

Появляется первая PC card

Прототип мыши для ноутбука и продемонстрированы на CeBIT 2000

Прототип USB модуля показан на выставке COMDEX

Первый чип объединивший радиочастоту, основную полосу частот, функции микропроцессора и беспроводное программное обеспечение связи Bluetooth

В продажу уходит первая гарнитура

2001

Первый принтер

Первый ноутбук

Первый hands-free автомобильный комплект

Первый hands-free с распознаванием речи

Bluetooth SIG, Inc. формируется как некоммерческая, неакционерная компания

2002

Первый комплект клавиатуры и мыши

Первый GPS приемник

Количество кондиционных Bluetooth продуктов составило 500 единиц

IEEE одобряет, что 802.15.1 стандарт соответствует беспроводной технологии Bluetooth

Первая цифровая фотокамера

Реализация Bluetooth

Bluetooth работает на частотах от 2400 до 2483.5 МГц (включая поле допусков от 2 МГц в нижнем диапазонt и 3.5 МГц наверху). Соответственно как видно, принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в диапазоне ISM применяющемся в различных бытовых приборах и беспроводных сетях.

Bluetooth использует радио технологию, которая называется скачкообразной перестройкой частоты с расширенным спектром, Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS. Bluetooth делит данные на пакеты и передает каждый пакет по одному из обозначенных 79 каналов (рабочих частот). Каждый канал имеет полосу пропускания 1 МГц. Связь Bluetooth 4.0 использует 2 МГц интервал, который вмещает в себя 40 каналов. Первый канал запускается на 2402 МГц и продолжается до 2480 МГц с шагом 1 МГц. Для Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты, несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду.

Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения.

Версии Bluetooth

Bluetooth 1.0

Устройства первой версии 1.0 имели ряд проблем. У них наблюдалась посредственная совместимость с техникой сторонних производителей. В 1.0 и 1.0B была обязательной передача адреса устройства (BD_ADDR) на этапе установления связи, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком версии.

Bluetooth 1.1

Первое же обновление 1.1 исправило много недочетов найденных в версии 1.0B. Добавлены: поддержка нешифрованных каналов и RSSI (Received Signal Strength Indication) индикация уровня мощности.

Bluetooth 1.2

У последующего обновления были улучшения: Быстрое подключение и обнаружение. Она стала стойкой к радиопомехам, благодаря использованию адаптивной перестройки частоты с расширенным спектром. Скорости передачи данных до 1 Мбит/с. Появилось Расширенные Синхронные Подключения (eSCO), улучшившее качество передачи голоса в аудиопотоке. В Host Controller Interface (HCI) добавлена поддержка трёхпроводного интерфейса UART. В качестве стандарта принят IEEE Standard 802.15.1-2005.

Bluetooth 2.0 + EDR

EDR обеспечивает следующие преимущества: увеличение скорости передачи в 3 раза до 2,1 Мбит/с, возможность установки нескольких подключений в связи с дополнительной полосой пропускания. Снижение потребления энергии из-за уменьшения нагрузки.

Bluetooth 2.1

Добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства, энергосберегающая технология Sniff Subrating, которая позволяет увеличить продолжительность работы устройства от одного заряда аккумулятора в 3—10 раз. Обновлённая спецификация существенно упрощает и ускоряет установление связи между двумя устройствами, позволяет производить обновление ключа шифрования без разрыва соединения

Bluetooth 2.1 + EDR

В августе 2008 года Bluetooth SIG представил версию 2.1+EDR. Новая редакция Bluetooth снижает потребление энергии в 5 раз, повышает уровень защиты данных и облегчает распознавание и соединение Bluetooth-устройств благодаря уменьшению количества шагов, за которые оно выполняется.

Bluetooth 3.0 + HS

21 апреля 2009 года появился Bluetooth 3.0+HS. Скорость передачи данных (теоретически) возросла до 24 Мбит/с. Особенностью являлось добавление AMP (Alternate MAC/PHY), дополнение к 802.11 как высокоскоростное сообщение. Для AMP были предусмотрены две технологии: 802.11 и UWB.

Bluetooth 4.0

Через четыре года, 30 июня 2010, Bluetooth SIG утвердил спецификацию 4.0. Bluetooth 4.0 включал протоколы: классический Bluetooth, высокоскоростной Bluetooth и Bluetooth с низким энергопотреблением.

Bluetooth 4.1

SIG в конце 2013 года представила спецификацию Bluetooth 4.1. Одно из улучшений, реализованных в спецификации Bluetooth 4.1, касается совместной работы Bluetooth и мобильной связи четвёртого поколения LTE. Стандарт предусматривает защиту от взаимных помех путём автоматического координирования передачи пакетов данных.

Bluetooth 4.2

Bluetooth 4.2 был представлен 2 декабря 2014 года. Стандарт улучшили в его скоростных характеристиках и информационной безопасности.

Bluetooth 4.2 добавить возможность прямого подключения к Сети. То есть устройства с поддержкой Bluetooth 4.2 смогут не только напрямую взаимодействовать друг с другом, но и подключаться к Интернет (благодаря поддержке протокола IPv6/6LoWPAN) через соответствующие точки доступа. Ключевая идея развития стандарта заключается в том, чтобы с помощью Bluetooth можно было соединить любые устройства друг с другом.

В дополнение к безопасной и быстрой связи Bluetooth 4.2 также будет более энергоэффективен, всё это сдвинет тенденцию последних месяцев к подключению к сети: всё больше устройств начинают для этого использовать Bluetooth, что, кроме всего прочего, положительно сказывается на автономности работы.

2003

Первый MP3-плеер с технологией Bluetooth

Версия Bluetooth 1.2 принята Bluetooth SIG

Поставка продуктов Bluetooth выросло до 1 млн в неделю

Первая одобренная медицинская система Bluetooth

2004

SIG принимает версию Core Specification Version 2.0 Enhanced Data Rate (EDR)

Технология Bluetooth установлена в качестве базовой комплектации на 250 млн устройств

Поставки превзошли 3 млн. единиц в неделю

Первые стереонаушники

2005

Поставки продукции поднялись до 5 млн чипсетов в неделю

SIG приветствует своего 4,000 участника

Открыта штаб-квартира SIG в Белвью, штат Вашингтон, региональные офисы начали работать в г. Мальме, Швеции и Гонконге

SIG запускает Profile Testing Suite (PTS) v1.0, инструмент для тестирования и проведения типовых испытания полностью разработанный собственными силами компании

2006

Первые солнцезащитные очки

Первые часы

Первая цифровая фоторамка поддерживающая Bluetooth

Bluetooth установлен на 1 млрд устройств

Поставки Bluetooth устройств достигает 10 миллионов в неделю

Тестирование Profile Tuning Suite (PTS) становится обязательной частью продуктов Bluetooth квалификационного отбора

SIG объявляет, что она будет интегрировать технологию сверхширокополосной связи (Ultra-Wide Band, UWB) с WiMedia Alliance

2007

Первый будильник радио

Первый телевизор

SIG приветствует 8,000 участника

Исполнительный директор Bluetooth SIG , Майкл Фолей, получает награду Telematics Leadership Award

PTS Protocol Viewer выпущен в качестве части недавно опубликованной версии 2.1.1 наряду со значительно обновленным пользовательским интерфейсом

Самые распространенные профили Bluetooth

Чтобы использовать беспроводную технологию Bluetooth, устройства должны быть в состоянии интерпретировать определенные профили Bluetooth, которые находятся определенных областях применения и указывают общие формы поведения, чтобы Bluetooth совместимые устройства могли использовать для связи с другими устройствами Bluetooth.

Профиль — набор функций или возможностей, доступных для определённого устройства Bluetooth.

Существует широкий спектр профилей Bluetooth, которые описывают различные типы приложений или сценариев использования устройства.

Список основных профилей одобренных Bluetooth SIG с кратким описанием и предназначением:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) разработан для передачи музыки, к беспроводной гарнитуре или иным устройствам.

Audio / Video Remote Control Profile (AVRCP) создан для управления стандартными функциями телевизоров, высокоточного оборудования. Позволяет создавать устройства с функциями дистанционного управления.

Basic Imaging Profile (BIP) разработан для пересылки изображений между устройствами. С помощью этого профиля, возможно, изменять размер изображения и конвертировать его в поддерживаемый принимающим устройством формат.

Basic Printing Profile (BPP) с его помощью возможно пересылать текст, сообщения электронной почты, vCard на принтер. Профилю не требуется наличие драйверов.

Common ISDN Access Profile (CIP) используется для доступа устройств к цифровой сети с интеграцией служб, ISDN.

Cordless Telephony Profile (CTP) поддерживает беспроводную телефонию.

Device ID Profile (DIP) помогает определить класс устройства, его производителя и версию продукта.

Dial-up Networking Profile (DUN) протокол предоставляет стандартный доступ к Интернету или другому телефонному сервису через Bluetooth.

Fax Profile (FAX) предоставляет интерфейс между мобильным или стационарным телефоном, а также персональным компьютером на котором установлено программное обеспечение для работы с факсами.

File Transfer Profile (FTP_profile) обеспечивает доступ к файловой системе устройства.

General Audio / Video Distribution Profile (GAVDP) база для A2DP и VDP.

Generic Access Profile (GAP) база для остальных профилей.

Generic Object Exchange Profile (GOEP) база для других профилей передачи данных, основывается на OBEX.

Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP) замена кабельного соединения между устройством и принтером. Отрицательная сторона профиля, делающая его не универсальным- необходимость установки драйверов.

Hands-Free Profile (HFP)

Human Interface Device Profile (HID) обеспечивает поддержку устройств с HID в которые входят клавиатуры, мышки, джойстики и т.д. Отличительная особенность - использует медленный канал, работает на пониженной мощности.

Headset Profile (HSP) используется для соединения беспроводной гарнитуры и телефона.

Intercom Profile (ICP) обеспечивает голосовые звонки между Bluetooth совместимыми устройствами.

LAN Access Profile (LAP) обеспечивает доступ Bluetooth устройствам к вычислительным сетям LAN, WAN или Интернет посредством другого Bluetooth устройства, которое имеет физическое подключение к этим сетям.

SIM Access Profile (SAP, SIM) позволяет получить доступ к SIM-карте телефона, что делает возможным использование одной SIM-карты для нескольких устройств.

Synchronisation Profile (SYNCH) позволяет синхронизировать персональные данные (PIM).

Video Distribution Profile (VDP) позволяет передавать потоковое видео.

Wireless Application Protocol Bearer (WAPB) протокол для организации P-to-P (Point-to-Point) соединения через Bluetooth.

Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам общаться, на расстоянии от 1 до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Происхождение названия Bluetooth

Слово Bluetooth - перевод на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Это прозвище носил король Харальд I, правивший в X веке Данией и частью Норвегии и объединивший враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт.

С чего начался Bluetooth?

Первая концепция технологии Bluetooth появилась в небольшом городке Швеции Лунде, в 1994 году, где компания Ericsson решила воздвигнуть там новый камень (своеобразный ритуал) в память о великом человеке. Надпись на этом памятнике гласит (в оригинале - на древнескандинавском языке): «Компания Ericsson Mobile Communications АВ установила этот камень в честь Гаральда Блютуса, который дал свое имя новой беспроводной технологии для мобильных коммуникаций».

Далее, в начале 1998 года, пять крупных компаний - Ericsson, Nokia, IBM, Intel и Toshiba - объединились, чтобы начать работу над созданием новой технологии беспроводной связи Bluetooth. 20 мая этого же года для дальнейшего продвижения новой технологии на телекоммуникационном рынке была сформирована специальная рабочая группа (Special Interest Group - SIG). Любая компания, которая планирует разрабатывать устройства Bluetooth, может бесплатно войти в эту группу. В настоящее время в SIG входит более трех тысяч компаний, среди которых есть и старые представители, давшие начало развитию данного стандарта, и новые - например, такие гиганты, как Lucent, Microsoft, Motorola и др.

Основные положения технологии Bluetooth

Bluetooth – это, как уже было сказано выше, современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth - это маленький чип (рис. 1), представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик.

Рис. 1 Чип Bluetooth

Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров. Как радиотехнология, Bluetooth способен "обходить" препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка - точка (два устройства), но и по принципу точка - много точек (одно устройство работает с несколькими другими).

Рис. 2 Bluetooth -чип и спичка рядом

Чип Bluetooth реализован с учетом всех современных тенденций. Размер чипа (рис. 2) - менее одного квадратного сантиметра. Применяемая частота позволяет ограничить потребляемую мощность 1мВт. Подобные характеристики позволяют интегрировать чипы Bluetooth в таких устройствах, как мобильные телефоны и карманные компьютеры.

Принцип работы Bluetooth

Технология Вluetooth предполагает два вида связи: синхронную - SCO (Synchronous Connection Oriented) и асинхронную - ACL (Аsynchronous Connectionless). Первый вид, SCO, рассчитан на установление симметричного соединения "точка - точка" и служит преимущественно для передачи речевых сообщений. Скорость передачи информации SCO равна 64 Кит/с. Второй, ACL, предназначен для пакетной передачи данных. Он поддерживает симметричные и асимметричные соединения типа "точка - много точек". Скорость передачи пакетной информации при ACL cоставляет порядка 721 Кбит/с. Пакеты данных имеют фиксированный формат. В начале блока находится 72-бит код доступа. Он может применяться, в частности, для синхронизации устройств. За ним следует 54-бит заголовок пакета, содержащий контрольную сумму пакета и информацию о его параметрах (например, о повторной передаче блока данных). Замыкает пакет область, непосредственно содержащая пересылаемую информацию. Размер этой области варьируется от 0 до 2745 бит.

Основополагающим принципом построения систем Bluetooth является использование метода расширения спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum). Весь выделенный для Bluetooth-радиосвязи частотный диапазон 2,402-2,480 ГГц разбит на N частотных каналов. Полоса каждого канала 1 МГц, разнос каналов – 140-175 кГц. Для кодирования пакетной информации используется частотная манипуляция.

Для США и Европы N = 79. Исключение составляют Испания и Франция, где для Bluetooth применяется 23 частотных канала. Смена каналов производится по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду. Постоянное чередование частот позволяет радиоинтерфейсу Bluetooth транслировать информацию по всему диапазону ISM и избежать воздействия помех со стороны устройств, работающих в этом же диапазоне. Если данный канал зашумлён, то система перейдёт на другой, и так будет происходить до тех пор, пока не обнаружится канал, свободный от помех.

Рис. 3. Частотно-временная диаграмма работы модулей Bluetooth

На рис. 3 показана частотно-временная плоскость, иллюстрирующая одновременную работу трёх Bluetooth-модулей. Модули работают тактами (слотами), длительностью 625 мкс. Каждому модулю в пределах каждого такта назначается соответствующий частотный канал и режим передачи или приёма.

Когда пара любых Bluetooth-устройств соединяется, то они образуют пикосеть (рис. 4).

Одно из них, выполняющее функции ведущего устройства, формирует сигналы синхронизации частоты и ее изменения. Обычно ведущим является тот модуль, который размещён в наиболее мощном устройстве, таком, как персональный компьютер. Все другие устройства являются ведомыми.

Рис. 4 Пикосеть

Пикосеть является фундаментальной формой коммуникации в технологии Bluetooth. Пикосеть может содержать до 7 активных ведомых устройств. Кроме того, в окрестности (зоне уверенного приема) ведущего устройства могут находиться неактивные ведомые устройства, которые также синхронизированы на общие часы и общую последовательность смены частот, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не активирует их. Если в сети оказывается более 8 устройств, то будет сформирована вторая пикосеть и так далее. Несколько (до 10) независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей, между которыми возможен обмен информацией, могут объединяться в так называемую большую сеть Scatternel. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет главным в одной и подчиняемым в другой. Таким образом, в пределах отдельной Scatternet может быть одновременно связано максимум 71 устройство.

Структурная схема архитектуры Bluetooth

Рис. 5 Архитектура Bluetooth

Важной частью архитектуры (рис. 5) является Host to Controller интерфейс (HCI), обеспечивающий взаимодействие софтовой подсистемы Host с железной подсистемой Controller. Всё взаимодействие верхних уровней Bluetooth системы с ее аппаратной частью происходит через HCI-команды, инициируемые драйвером.

Основные блоки архитектуры:
RF
Блок Radio занимается преобразованием битовой последовательности в радио сигналы. Вопросы модуляции, спектральных характеристик и физики процессов обеспечения битовой скорости - все это решается на нижнем уровне модели.

Baseband Layer = Link Controller + Baseband Manager + Device Manager
Уровень baseband представлен в виде трех блоков, совместная задача которых состоит в управлении физическими каналами, поверх которых устанавливаются физические соединения. Bluetooth-адресация, синхронизации генераторов устройств, управление кодами доступа к физическим каналам, поиск устройств и установление физического канала между ними - все это задачи Baseband-уровня.

Link Manager

После того, как два нижних уровня обеспечили нас физическим соединением между устройствами, дело становится за организацией логических каналов, которые впоследствии и станут базой для передачи трафика приложений. Link Managerв ответе за установление, изменение и освобождение логических соединений между устройствами, а так же за обновление параметров физических соединений. Для этих целей Link Manager использует Link Management протокол (LMP).

L2CAP Layer = Channel Manager + L2CAP Resource Manager
Это высокоуровневый блок Bluetooth Host, оккупированный L2CAP уровнем. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) - протокол, работающий поверх созданных логических соединений, обеспечивающий сегментацию и восстановление пакетных данных от всех вышележащих приложений.

Скачков Максим Константинович

Если задуматься, выяснится, что вы понятия не имеете, как работает большинство функций привычных вам электронных устройств. Восполнить эти пробелы я постараюсь в серии образовательных статей. Начнется же она с Bluetooth – технологии беспроводной связи, без которой не обходится ни один смартфон. О том, как она появилась, почему так названа, что из себя представляет и какой станет в ближайшем будущем, читайте в этом материале.

История названия Bluetooth

В 1998 году инженер компании Intel Джим Кардак, в составе большой команды разработчиков трудился над радиотехнологией ближнего действия. Системой связи, которая могла бы объединить компьютеры и мобильные телефоны универсальным протоколом связи.

Для нее технологии было перебрано множество названий, но ни одно из них не устраивало руководство компании. Одни были какими-то-громоздкими, другие не отражали сути проекта. Тогда, Джим Кардак услышал от своего шведского коллеги историю об одной маленькой норвежской деревеньке.

Она известна лишь одной старинной достопримечательностью. Там установлены рунные камни Еллинга.

Сейчас они защищены от непогоды и вандалов прочным стеклом, за которым поддерживается постоянная температура, но больше тысячи лет каменную поверхность поливали дожди и ветра, так что ныне камни Еллинга мало напоминают те монументы, что были здесь когда-то.

Самый маленький и самый старый из них поставлен королем Дании Гормом в честь жены, Тиры. Камень побольше - дело рук их сына, чье имя, в переводе на английский звучит как Харольд Блютуз (Синезубый). Надпись на нем гласит «Харальд, покоривший всю Данию и Норвегию, кто крестил датчан».

История о владыке, объединившим такие непохожие народы, приглянулась Кардаку и он решил, что из имени «Блютуз» получится неплохое кодовое название. Надо же как-то называть проект пока продолжаются споры. Только и всего.

После долгих совещаний и согласований официальным названием решили сделать «Персональная Сеть» или PAN (Personal Area Networking), но за три недели до релиза юристы сказали, что не могут зарегистрировать товарный знак на нечто с таким распространенным названием. Выбора не осталось, и за протоколом закрепили техническое название - имя древнего короля - Bluetooth.

Что до логотипа, то он означает: Харальд Блютуз. «ХБ», написанные рунным алфавитом слившись вместе образуют нечто древней подписи.

Тысячу лет назад датский король приказал вырезать и воздвигнуть камни в память о своих деяниях, а через век его имя увековечили в каждом смартфоне.

Аппаратная основа Bluetooth

Думаю, среди читателей этой статьи вряд ли найдется хоть один человек, который бы никогда не пользовался Bluetooth, так что я не буду задерживаться на том, для чего нужна эта технология. Лучше сразу расскажу, как выходит, что файлы перемещаются будто по воздуху с одного телефона на другой.

Вначале работу Bluetooth обеспечивал отдельный невзрачный маленький чип, который ничем не отличался от других компонентов, распаянных на плате телефона.

Однако, со временем миниатюризация, подстегиваемая погоней за наименьшей толщиной телефонов и первых смартфонов, вынудила инженеров создать чипы, объединяющие в себе Wi-Fi, FM-радио и Bluetooth под одной крышкой. Так эти протоколы связи могли использовать одну антенну, да и в случае поломки куда проще заменить один чип, чем несколько распаянных по всей плате.

Вот только в современных смартфонах вы скорее всего не найдете и комбинированного чипа беспроводных интерфейсов.

Нынче Bluetooth принято интегрировать в кремниевый кристалл, объединяющий в себе процессор, видео ускоритель и прочие вычислительные элементы.

Встраивать сетевой функционал непосредственно в кристалл или выносить его отдельным чипом решает производитель процессоров. В продаже ещё можно найти отдельные чипы Bluetooth от MediaTek, но постепенно такой подход к компоновке компонентов уходит в прошлое.

Принцип функционирования протокола

Что же до процесса передачи, то выбрав файл в меню операционной системы, вы активируете радиопередатчик, работающий в ограниченном диапазоне частот в районе 2,4ГГц, так называемом ISM - Industry, Science and Medicine - части спектра, выделенной специально под нужды различных высокотехнологичных устройств.

Bluetooth начинает отслеживать все сигналы, в этих пределах. Смартфон на другом конце делает то же самое - старается вычленить из шума помех знакомые приветственные последовательности.

Стоит иметь в виду, что формально Bluetooth это разом и приемник, и передатчик, но одновременно работать в обоих режимах чип не может. Исключение составляет звук в bluetooth-гарнитурах, но этот аспект технологии заслуживает отдельного рассказа.

После того, как телефоны обнаружили друг друга, начинается настоящая магия. Первый Bluetooth контроллер берет на себя роль передатчика, а второй становится приемником. Передатчик формирует из радиоволн особый шаблон, который меняется 1600 раз за секунду «прыгая» с одной из доступных 79 частот (в пределах с 2,401ГГц до 2,480ГГц) на другую в почти что случайном порядке.

Шаблон выступает в роли идентификатора. Обменяться файлами смогут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон. В то же время для других приборов передаваемая информация ничем не отличается от обычных радиопомех. Так удается добиться не только приватности, но и беспрепятственной одновременной работы нескольких пар приемник-передатчик, например, в одной комнате.

Непосредственно перед отправкой по bluetooth данные разбиваются на пакеты - определённым образом оформленные блоки данных, сопровождаемые инструкциями по сборке из них исходного файла.

Процессор приемника обрабатывает эти пакеты, складывает их в один файл и помещает его в постоянную память устройства. Если обнаруживается нехватка пакета, он запрашивается повторно.

Весь это процесс требует куда меньше времени, чем понадобилось на то, чтобы прочесть его объяснение - обычно от нескольких секунд, до пары минут. Скорость передачи файла зависит главным образом от его размера.

Краткая история версий

Некоторые из наших читателей могут помнить времена, когда передача файлов по Bluetooth была тем еще занятием. Единственный рингтон мог передаваться десятки минут, а процесс сопровождали разрывы связи. Имели место и проблемы совместимости между разными аппаратами (скажем, LG и Nokia). Все дело в версиях. Ни один продукт не идеален с самого первого дня его существования. Протоколы связи постоянно дорабатываются и настраиваются.

Так, Bluetooth 1.0 был ужасен, и по сути представлял собой демонстрационный образец. К счастью, в реальной жизни почти никто не успел с ним столкнуться.

Bluetooth 1.1 и 1.2 были чуть лучше, но принципиально от первой версии не отличались. С ними разработчики в основном сосредоточились на исправлении ошибок и повышении стабильности протокола.

Только с 10 ноября 2004 года, когда был выпущен Bluetooth 2.0, технология пошла в массы. С внедрением EDR (Enhanced Data Rate) скорость передачи данных достигла 2,1 Мбит/с, а Bluetooth быстро приобрел огромную популярность.

Следующим большим шагом вперед стал выход Bluetooth 4.0 в котором под одним названием фактически объединили несколько протоколов связи: обычный, высокоскоростной и с низким энергопотреблением. Последний из них - Bluetooth Low Energy продвигался как идеальное решение для миниатюрных устройств эпохи интернета вещей, которая так и не наступила. Зато экономичный протокол пригодился при создании гарнитур, беспроводных наушников и фитнес браслетов.

В этом режиме сканирование радиодиапазона не обязательно пробуждает устройство. Смартфон с помощью Bluetooth Low Energy может распознать, например, гарнитуру, и поддерживать с ней связь, не выходя из режима ожидания.

К тому же, новые версии этого беспроводного протокола обучены распараллеливать вещание. Речь не об одновременной связи с несколькими устройствами (это было реализовано уже давно), а о распределении полосы связи между различными приложениями.

Поскольку место в каждом пакете с данными ограничено, раньше приложения, желающие передать данные через Bluetooth, конкурировали за него. С выпуском Bluetooth 4.0 разработчики могут указывать содержимое пакетов вещания, а радиомодуль отправлять данные каждого приложения в отдельном наборе пакетов.

Как и в случае со сканированием, технология теперь позволяет настроить частоту передачи пакетов запросов, для соблюдения баланса между питанием и работой функций Bluetooth, например, сканирования или подключения к беспроводному геймпаду.

Наиболее распространенной сейчас является модификация Bluetooth 4.2, с более сложной и безопасной, чем у первоначальной модификации процедурой установления соединения между устройствами.

В декабре Bluetooth 4.2 исполняется три года – почтенный возраст, так что в грядущем 2018 большинство смартфонов, по крайней мере из среднего и высокого ценового сегментов, будут иметь на борту Bluetooth 5.0, еще более быстрый энергоэффективный и стабильный.

По сравнению с версией 4.2 новый Bluetooth обладает в два раза большей максимальной скоростью передачи данных - 6,25 МБ/с, и куда большим радиусом. Замеры в лабораторных условиях, которые и приводят в характеристиках протокола, говорят об увеличении радиуса связи с 10 до 40 метров в помещениях и с 50 до 200 метров на улице.

Для особенно прожорливых приложений и быстрой передачи больших объемов данных добавлен и режим вещания с увеличенным пакетом.

Bluetooth Special Interest Group, нынешние разработчики протокола, продолжают развитие темы интернета вещей и ввели для него схему последовательного подключения устройств. Проще говоря, с Bluetooth 5.0 данные могут передаваться не только напрямую между смартфоном и умной лампочкой, но и через систему посредников – ретрансляторов, в роли которых выступят другие элементы умного дома.

К счастью, с выходом новых версий протокол не утрачивает поддержки старых – это называется обратной совместимостью. Так Bluetooth 5.0 без проблем установит соединение с Bluetooth 3.0, но передача данных будет ограничена скоростью младшего протокола и, конечно, все эти новые возможности работать не будут.

Заключение или пара слов о будущем протокола

С 1994 года Bluetooth стал неотъемлемым атрибутом любого смартфона, оказался востребован в самых разных устройствах, от умных лампочек, до геймпадов. Тем не менее, похоже, что пик популярности протокола уже пройден.

По крайней мере мы все реже пользуемся его базовым функционалом – передачей файлов с устройства на устройство без посредников.

Вряд ли технология вновь обретет прежнюю популярность как средство передачи файлов, по крайней мере в тех странах, где есть скоростной интернет, но для выполнения других задач Bluetooth по-прежнему незаменим.

Все больше компаний отказываются от 3,5 мм jack в своих смартфонах и нет никаких сомнений в том, что гарнитуры будут присоединяться к новым флагманам именно по Bluetooth. Но приведет ли распространение Bluetooth 5.0 к новому взлету популярности технологии, покажет только время.