Miksi Bluetooth 4.1 -nopeus on hidas? Bluetooth-nimen mysteeri. Vähemmän yhteyden katkeamista uudella Bluetoothilla

Mikä on Bluetooth ja mihin sitä käytetään? Tekniikan perusteet ja luomispäivämäärä

Bluetooth-viestintä on langattoman teknologian standardi lyhyen kantaman tiedonsiirtoon, joka käyttää lyhytaaltoisia mikroaaltoradioaaltoja ISM-alueella 2,4–2,485 GHz tiedonsiirtoon kiinteiden ja mobiililaitteiden välillä sekä Personal Area Networks (PAN) -verkkojen rakentamiseen.

Teknologian kehitti tietoliikennetoimittaja Ericsson vuonna 1994, ja siitä on tullut niin osa jokapäiväistä elämää, että on mahdotonta kuvitella elämää ilman sitä. Auton elämä mukaan lukien. Aluksi uusi tekniikka suunniteltiin langattomaksi vaihtoehdoksi datakaapeleiden RS-232-liitännälle. Bluetoothin avulla voidaan yhdistää erilaisia ​​laitteita, välttäen synkronointiongelmia ja ilman turhia johtoja.

Bluetooth-määrityksen on kehittänyt Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), johon kuuluu nykyään yli 25 000 televiestintä-, tietojenkäsittely-, verkko- ja kulutuselektroniikka-alan yritystä.

Bluetoothin nousu alkoi IEEE:n kanssa tehdystä sopimuksesta, jonka perusteella Bluetooth-spesifikaatiosta tuli osa IEEE 802.15.1 -standardia. Tällä hetkellä saatiin useita patentteja, jotka ilmestyivät tekniikan kehityksen aikana.

Bluetooth-nimen mysteeri

"Bluetooth" on virheellinen englanninkielinen sana skandinaavisesta Blåtand/Blåtann, (vanhanorjalainen blátǫnn), joka oli 1000-luvulla eläneen kuningas Harald Bluetoothin lempinimi. Hän onnistui yhdistämään taistelevat tanskalaiset heimot yhdeksi valtakunnaksi legendan mukaan, hän esitteli myös kristinuskon. Kansakuntia yhdistäneen Haraldin esimerkkiä seuraten Bluetooth teki saman protokollien kanssa yhdistäen ne yhdeksi yleismaailmalliseksi standardiksi.

Ja vähän lisää nimestä. Sana "blå" nykyaikaisissa skandinaavisissa kielissä tarkoittaa "sinistä", mutta viikinkien aikana sen toinen merkitys tarkoitti myös "mustaa". Siksi todennäköisimmin Haraldilla oli tietysti musta etuhammas, mutta ei sininen. Ja käännöksessä tanskalainen Harald Blåtand tulkittaisiin oikeammin Harald Blacktoothiksi kuin Harald Bluetoothiksi. Tämä on niin historiallinen epätarkkuus.

Nimen idean ehdotti vuonna 1997 Jim Kardash, joka kehitti järjestelmän, jonka avulla matkapuhelimet pystyivät "puhumaan" tietokoneiden kanssa. Kehityshetkellä Jim luki Frans G. Bengtssonin historiallista romaania Viking Ships, joka kertoi tarinan viikinkeistä ja kuningas Harald Bluetoothista. Siten romaani vaikutti nimeen.

Bluetooth-logo yhdistää kaksi skandinaavista riimua "haglaz" ja "berkana".

1998

Viisi kampanjaa muodostaa Bluetooth Special Interest Groupin (SIG)

Bluetooth SIG toivottaa tervetulleeksi 400. jäsenensä vuoden loppuun mennessä

Bluetooth-nimi saa virallisen tilan

1999

Bluetooth 1.0 -spesifikaatio julkaistu

SIG:n Bluetooth isännöi ensimmäistä UnPlugFest-kehittäjätapaamista

Bluetooth-tekniikka palkittiin "Best of Show Technology Award" -palkinnolla COMDEXissa

2000

Ensimmäinen Bluetooth-matkapuhelin saapuu markkinoille

Ensimmäinen PC-kortti tulee näkyviin

Kannettavan tietokoneen hiiren prototyyppi ja esitelty CeBIT 2000:ssa

USB-moduulin prototyyppi näkyy COMDEXissa

Ensimmäinen siru, joka yhdistää radiotaajuuden, kantataajuuden, mikroprosessoritoiminnot ja langattoman Bluetooth-viestintäohjelmiston

Ensimmäiset kuulokkeet tulevat myyntiin

2001

Ensimmäinen tulostin

Ensimmäinen kannettava tietokone

Ensimmäinen handsfree-autosarja

Ensimmäinen handsfree puheentunnistuksella

Bluetooth SIG, Inc. perustettiin voittoa tavoittelemattomaksi osakeyhtiöksi

2002

Ensimmäinen näppäimistö ja hiiri

Ensimmäinen GPS-vastaanotin

Hyväksyttyjen Bluetooth-tuotteiden määrä oli 500 kappaletta

IEEE hyväksyy langattoman Bluetooth-tekniikan 802.15.1-standardin

Ensimmäinen digikamera

Bluetooth-toteutus

Bluetooth toimii taajuuksilla 2400–2483,5 MHz (mukaan lukien toleranssialue 2 MHz alemmalla alueella ja 3,5 MHz yläosassa). Näin ollen, kuten näet, toimintaperiaate perustuu radioaaltojen käyttöön. Bluetooth-radioliikenne tapahtuu ISM-kaistalla, jota käytetään erilaisissa kodinkoneissa ja langattomissa verkoissa.

Bluetooth käyttää radiotekniikkaa nimeltä Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Bluetooth jakaa tiedot paketeiksi ja lähettää jokaisen paketin yhdellä määritetyistä 79 kanavasta (toimintataajuudet). Jokaisen kanavan kaistanleveys on 1 MHz. Bluetooth 4.0 -viestintä käyttää 2 MHz:n kaistanleveyttä, johon mahtuu 40 kanavaa. Ensimmäinen kanava alkaa taajuudella 2402 MHz ja jatkuu 2480 MHz:iin 1 MHz:n välein. Bluetooth käyttäämää, signaalin kantoaaltotaajuus hyppää 1600 kertaa sekunnissa.

Kunkin yhteyden taajuuksien välinen vaihtojärjestys on näennäissatunnainen ja sen tietävät vain lähetin ja vastaanotin, jotka siirtyvät synkronisesti kantoaaltotaajuudesta toiselle 625 μs välein (yksi aikaväli). Jos siis useita vastaanotin-lähetin-pareja toimii lähellä, ne eivät häiritse toisiaan. Tämä algoritmi on myös olennainen osa lähetetyn tiedon luottamuksellisuutta suojaavaa järjestelmää: siirtyminen tapahtuu näennäissatunnaisalgoritmin mukaan ja määräytyy kullekin yhteydelle erikseen.

Bluetooth-versiot

Bluetooth 1.0

Ensimmäisen version 1.0 laitteissa oli useita ongelmia. Niiden yhteensopivuus kolmannen osapuolen laitteiden kanssa oli keskinkertainen. 1.0- ja 1.0B-versioissa laiteosoitteen (BD_ADDR) lähettäminen oli pakollista yhteydenmuodostusvaiheessa, mikä teki yhteyden anonymiteetin toteuttamisen protokollatasolla mahdottomaksi ja oli version suurin haittapuoli.

Bluetooth 1.1

Ensimmäinen päivitys 1.1 korjasi monet versiossa 1.0B löydetyt puutteet. Lisätty: tuki salaamattomille kanaville ja RSSI (Received Signal Strength Indication) tehotason ilmaisulle.

Bluetooth 1.2

Myöhemmässä päivityksessä oli parannuksia: Nopea yhteys ja löytäminen. Siitä on tullut vastustuskykyinen radiohäiriöille adaptiivisen taajuuden ketteryyden ja hajaspektrin käytön ansiosta. Tiedonsiirtonopeus jopa 1 Mbit/s. Enhanced Synchronous Connections (eSCO) ilmestyi, mikä paransi äänen lähetyksen laatua äänivirrassa. Host Controller Interface (HCI) -liitäntään on lisätty tuki kolmijohtimiselle UART-liitännälle. IEEE-standardi 802.15.1-2005 on hyväksytty standardiksi.

Bluetooth 2.0+EDR

EDR tarjoaa seuraavat edut: 3-kertainen siirtonopeuden kasvu 2,1 Mbps:iin, mahdollisuus muodostaa useita yhteyksiä lisäkaistanleveyden ansiosta. Vähentynyt energiankulutus pienentyneen kuormituksen ansiosta.

Bluetooth 2.1

Lisätty tekniikka edistyneeseen laiteominaisuuksien kysymiseen, energiaa säästävä Sniff Subrating -tekniikka, jonka avulla voit pidentää laitteen käyttöaikaa yhdellä akun latauksella 3-10 kertaa. Päivitetty spesifikaatio yksinkertaistaa ja nopeuttaa merkittävästi kahden laitteen välisen viestinnän muodostamista, mahdollistaa salausavaimen päivittämisen katkaisematta yhteyttä

Bluetooth 2.1+EDR

Elokuussa 2008 Bluetooth SIG esitteli version 2.1+EDR. Uusi Bluetooth-versio vähentää energiankulutusta viisi kertaa, parantaa tietoturvaa ja helpottaa Bluetooth-laitteiden tunnistamista ja yhdistämistä vähentämällä tarvittavien vaiheiden määrää.

Bluetooth 3.0+HS

21. huhtikuuta 2009 Bluetooth 3.0+HS ilmestyi. Tiedonsiirtonopeus (teoreettisesti) on noussut 24 Mbit/s:iin. Erikoisominaisuus oli AMP (Alternate MAC/PHY) lisäys 802.11:een nopeana viestinä. AMP:lle toimitettiin kaksi tekniikkaa: 802.11 ja UWB.

Bluetooth 4.0

Neljä vuotta myöhemmin, 30. kesäkuuta 2010, Bluetooth SIG hyväksyi 4.0-eritelmän. Bluetooth 4.0 sisälsi seuraavat protokollat: klassinen Bluetooth, nopea Bluetooth ja Bluetooth vähän energiaa.

Bluetooth 4.1

SIG esitteli Bluetooth 4.1 -määrityksen vuoden 2013 lopussa. Yksi Bluetooth 4.1 -spesifikaatiossa toteutetuista parannuksista koskee Bluetoothin ja neljännen sukupolven LTE-matkaviestinnän yhteistyötä. Standardi tarjoaa suojan keskinäisiltä häiriöiltä koordinoimalla automaattisesti datapakettien lähetystä.

Bluetooth 4.2

Bluetooth 4.2 esiteltiin 2. joulukuuta 2014. Standardia on parannettu nopeusominaisuuksiltaan ja tietoturvaltaan.

Bluetooth 4.2 lisää mahdollisuuden muodostaa suora yhteys Internetiin. Toisin sanoen Bluetooth 4.2 -tuella varustetut laitteet eivät pysty olemaan vain suorassa vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, vaan myös muodostamaan yhteyden Internetiin (IPv6/6LoWPAN-protokollan tuen ansiosta) asianmukaisten tukiasemien kautta. Standardin kehittämisen keskeinen ajatus on, että Bluetoothin avulla voidaan yhdistää mitä tahansa laitteita toisiinsa.

Turvallisen ja nopean viestinnän lisäksi Bluetooth 4.2 on myös energiatehokkaampi, kaikki tämä siirtää viime kuukausien trendin kohti verkkoyhteyksiä: yhä useammat laitteet alkavat käyttää tähän Bluetoothia, jolla on mm. positiivinen vaikutus akun käyttöikään.

2003

Ensimmäinen MP3-soitin Bluetooth-tekniikalla

Bluetooth SIG:n hyväksymä Bluetooth-versio 1.2

Bluetooth-tuotteiden toimitukset kasvavat miljoonaan viikossa

Ensimmäinen hyväksytty lääketieteellinen Bluetooth-järjestelmä

2004

SIG ottaa käyttöön Core Specification -version 2.0 Enhanced Data Rate (EDR)

Bluetooth-tekniikka on asennettu vakiona 250 miljoonaan laitteeseen

Toimitukset ylittivät 3 miljoonaa yksikköä viikossa

Ensimmäiset stereokuulokkeet

2005

Tuotetoimitukset nousivat 5 miljoonaan piirisarjaan viikossa

SIG toivottaa tervetulleeksi 4 000. jäsenensä

SIG avasi pääkonttorinsa Bellevuessa, Washingtonissa ja aluetoimistot Malmössä, Ruotsissa ja Hongkongissa

SIG julkaisee Profile Testing Suiten (PTS) v1.0:n, testaus- ja tyyppitestaustyökalun, joka on kehitetty kokonaan talon sisällä

2006

Ensimmäiset aurinkolasit

Ensimmäiset tunnit

Ensimmäinen digitaalinen valokuvakehys, joka tukee Bluetoothia

Bluetooth asennettuna miljardiin laitteeseen

Bluetooth-laitteita toimitetaan 10 miljoonaan viikossa

Profile Tuning Suite (PTS) -testauksesta tulee pakollinen osa kelpuutettuja Bluetooth-tuotteita

SIG ilmoittaa integroivansa Ultra-Wide Band (UWB) -teknologian WiMedia Allianceen

2007

Ensimmäinen herätyskelloradio

Ensimmäinen televisio

SIG toivottaa tervetulleeksi 8 000 jäsentä

Bluetooth SIG:n toimitusjohtaja Michael Foley saa Telematics Leadership Award -palkinnon

PTS Protocol Viewer julkaistaan ​​osana äskettäin julkaistua versiota 2.1.1 sekä merkittävästi päivitetty käyttöliittymä

Yleisimmät Bluetooth-profiilit

Langattoman Bluetooth-tekniikan käyttäminen edellyttää, että laitteet pystyvät tulkitsemaan tiettyjä Bluetooth-profiileja, jotka ovat ominaisia ​​tietyille sovellusalueille ja määrittävät yleiset käyttäytymiset, jotta Bluetooth-laitteet voivat viestiä muiden Bluetooth-laitteiden kanssa.

Profiili on joukko toimintoja tai ominaisuuksia, jotka ovat käytettävissä tietylle Bluetooth-laitteelle.

On olemassa laaja valikoima Bluetooth-profiileja, jotka kuvaavat erilaisia ​​sovelluksia tai laitteiden käyttöskenaarioita.

Luettelo Bluetooth SIG:n hyväksymistä pääprofiileista lyhyt kuvaus ja tarkoitus:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) suunniteltu musiikin lähettämiseen langattomiin kuulokkeisiin tai muihin laitteisiin.

Audio/Video Remote Control Profile (AVRCP) luotu ohjaamaan televisioiden ja korkean tarkkuuden laitteiden vakiotoimintoja. Voit luoda laitteita, joissa on kaukosäädintoimintoja.

Peruskuvausprofiili (BIP) suunniteltu kuvien lähettämiseen laitteiden välillä. Tällä profiililla on mahdollista muuttaa kuvan kokoa ja muuntaa se vastaanottavan laitteen tukemaan muotoon.

Perustulostusprofiili (BPP) sen avulla on mahdollista lähettää tekstiä, sähköposteja, vCard-kortteja tulostimelle. Profiili ei vaadi ohjaimia.

Common ISDN Access Profile (CIP) käytetään laitteiden pääsyyn integroitujen palvelujen digitaaliseen verkkoon, ISDN.

Langaton puhelinprofiili (CTP) tukee langatonta puhelua.

Laitetunnusprofiili (DIP) auttaa määrittämään laiteluokan, sen valmistajan ja tuoteversion.

Puhelinverkkoprofiili (DUN) Protokolla tarjoaa normaalin pääsyn Internetiin tai muuhun puhelinpalveluun Bluetoothin kautta.

Faksiprofiili (FAX) tarjoaa rajapinnan matkapuhelimen tai lankapuhelimen sekä henkilökohtaisen tietokoneen välille, johon faksiohjelmisto on asennettu.

Tiedostonsiirtoprofiili (FTP_profile) tarjoaa pääsyn laitteen tiedostojärjestelmään.

Yleinen äänen/videon jakeluprofiili (GAVDP) tukikohta A2DP:lle ja VDP:lle.

Generic Access Profile (GAP) pohja muille profiileille.

Generic Object Exchange Profile (GOEP) perusta muille tiedonsiirtoprofiileille, jotka perustuvat OBEXiin.

Paperikaapelin vaihtoprofiili (HCRP) Laitteen ja tulostimen välisen kaapeliliitännän vaihtaminen. Profiilin negatiivinen puoli, joka ei tee siitä universaalia, on ajurien asennustarve.

Hands-free-profiili (HFP)

Human Interface Device Profile (HID) tukee HID-laitteita, kuten näppäimistöjä, hiiriä, ohjaussauvoja jne. Erottuva piirre on, että se käyttää hidasta kanavaa ja toimii pienemmällä teholla.

Kuulokkeiden profiili (HSP) Käytetään langattoman kuulokkeen ja puhelimen yhdistämiseen.

Intercom-profiili (ICP) Mahdollistaa äänipuhelut Bluetooth-yhteensopivien laitteiden välillä.

LAN Access Profile (LAP) tarjoaa Bluetooth-laitteille pääsyn LAN-, WAN- tai Internet-tietokoneverkkoihin toisen Bluetooth-laitteen kautta, jolla on fyysinen yhteys näihin verkkoihin.

SIM-käyttöprofiili (SAP, SIM) mahdollistaa pääsyn puhelimen SIM-korttiin, mikä mahdollistaa yhden SIM-kortin käytön useille laitteille.

Synkronointiprofiili (SYNCH) mahdollistaa henkilökohtaisten tietojen synkronoinnin (PIM).

Videon jakeluprofiili (VDP) mahdollistaa videon suoratoiston.

WAPB (Wireless Application Protocol Bearer) protokolla P-to-P (Point-to-Point) -yhteyksien järjestämiseen Bluetoothin kautta.

Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed ​​​​(HS) -liitäntä tai yksinkertaisesti Bluetooth 3.0 on esitelty virallisesti. Bluetooth SIG* -työryhmä sai kaiken valmiiksi ajallaan.< А теперъ неболъшой урок ликнепа для тех, кто слышит о новинке впервые.

Mikä on Bluetooth 3.0?
Kaikki on yksinkertaista ja selkeää. Tämä on seuraavan sukupolven Bluetooth-standardiliitäntä, tai tarkemmin sanottuna tekniikka, jonka avulla voit siirtää tietoja kahden elektronisen laitteen välillä ilman johtojen apua. Mutta toisin kuin Bluetooth 2.1+EDR -versio, käyttöliittymä 3.0 toimii nopeammin.

Kuinka paljon nopeammin?
Paljon. Uudesta standardista on tullut paljon edeltäjäänsä nopeampi. Se tukee tiedonvaihtoa jopa 24 Mbit/s nopeudella. Kuten tiedät, Bluetooth 2.1+EDR:n (Enhanced Data Rate) ominaisuudet on rajoitettu 3 Mbit/s:iin.

Ja mitä?
Ja se, että uudet Bluetooth 3.0 -vaatimukset täyttävät laitteet ovat kahdeksan kertaa nopeampia kuin nykyään käytössämme. Tämä tarkoittaa äänitallenteiden langatonta synkronointia tietokoneen ja soittimen tai puhelimen välillä, valokuvien siirtämistä tulostimelle tai PC:lle, videotallenteiden lähettämistä puhelimesta tietokoneeseen tai televisioon jne. käytämme vähemmän arvokasta aikaamme.

Mistä tämä kiihtyvyys tulee?
Nopeuden lisäys varmistetaan käyttämällä siirtona IEEE 802.11 (Wi-Fi) -protokollaa.

Lopettaa! Onko tämä siis tavallinen Wi-Fi?
Kyllä!, joten ei!. Bluetooth 3.0 on yhteensopiva IEEE 802.11 (Wi-Fi) -standardin kanssa, mutta lähettävien ja vastaanottavien laitteiden välinen vuorovaikutus rakennetaan ad-hoc-mallin kaltaisen järjestelmän mukaan, joka ei edellytä Wi-Fi-verkkoon pääsyä. Mutta vivahteita on silti. Suurimman mahdollisen nopeuden saavuttamiseksi on välttämätöntä, että molemmissa laitteissa on Bluetoothin lisäksi myös 802.11-moduuli. Yhteysprosessin aikana lähettävä laite kysyy vastaanottavalta laitteelta, tukeeko se tätä nopeampaa langatonta viestintästandardia.

Jos vastaus on myönteinen, tiedosto siirretään 802.11-protokollan kautta. Heti kun lataus on valmis, vastaanottava laite ilmoittaa tästä ja lähetin vaihtaa takaisin Bluetoothiin maksimitiedonsiirtonopeudella 3 Mbps, mutta kuluttaa vähemmän virtaa. Jos vastaanottavassa järjestelmässä ei ole 802.11-moduulia, lähetys tapahtuu Bluetoothin kautta, eli pienemmällä nopeudella. Joten protokollan kolmas versio antaa laitteiden muodostaa yhteyden toisiinsa Bluetoothin kautta, ja itse tiedonsiirto suoritetaan 802.11-standardin mukaisesti.

Ja jos syventää yksityiskohtia, kirjainindeksin puuttuminen 802.11-nimikkeestä voidaan johtua laitteiden keskinäisen sertifioinnin puutteesta SIG- ja Wi-Fi Alliance -ryhmien Bluetooth 3.0 -kehittäjän suunnitelmissa. Toisin sanoen Bluetooth 3.0:aa tukevat laitteet eivät ole yhteensopivia 802.11b-, g- tai n-standardia tukevien laitteiden kanssa.

Entä yhteensopivuus vanhan version kanssa?
Sinun ei tarvitse huolehtia henkisestä mukavuudestasi. Bluetooth 3.0 HS -liitäntä on edelleen yhteensopiva spesifikaation aiemman version kanssa. Voit siis helposti lähettää valokuvia uudesta mega-hienokkaasta kommunikaattoristasi siihen, jonka annat pian isoäidillesi. Lisäksi Bluetooth 3.0 käyttää Enhanced Power Control (EPC) -tekniikkaa, joka vähentää merkittävästi yhteyden katkeamisen todennäköisyyttä, jos laitat puhelimen kukkaroon tai vaikkapa taskuun.

Milloin tämä ilo ilmestyy meille?
Ei varmasti huomenna. Teknisten teknisten tietojen virallinen hyväksyntä on vasta ensimmäinen askel Bluetooth 3.0:n tiellä kuluttajille. Toisessa vaiheessa Bluetooth SIG:hen sisältyvien komponenttien kehittäjät ja valmistajat Atheros, Broadcom, CSR ja Marvell tarjoavat uutta spesifikaatiota tukevia ratkaisujaan elektroniikkavalmistajille. Kolmas vaihe - valmiiden tuotteiden ilmestyminen markkinoille, kehittäjien mukaan voidaan odottaa 9-12 kuukauden kuluttua. Joten tällä hetkellä ainoa hyvä asia on se, että prosessi on jo peruuttamaton ja pian versio 3.0 korvaa nykyisen Bluetooth 2.1+EDR:n.

* Bluetooth Special Interest Group (SIG) perustettiin 20. toukokuuta 1998, ja se on kehittänyt standardeja tälle tekniikalle pitkään. Aluksi konsortioon kuuluivat Ericsson (nykyisin Sony Ericsson), IBM, Intel, Toshiba ja Nokia. Myöhemmin heihin liittyi muita. Tähän mennessä konserni on ottanut käyttöön kuusi Bluetooth-standardia.

Lyhyiden matkojen tiedonsiirtotekniikka juontaa juurensa vuoteen 1994, jolloin kaksi Ericssonin insinööriä päättivät luopua johdoista ikuisesti siirrettäessä tietoja mobiililaitteiden välillä. Tätä tekniikkaa kutsutaan Bluetooth("Sininen hammas"). Tekniikka sai nimensä Harold the First Bluetoothilta, joka oli Tanskan ja Norjan kuningas, joka tuli tunnetuksi yhdistämällä skandinaaviset heimot hallintaansa 10-luvulla.

Viestintästandardin kuvaus

Aluksi kehitystyötä tehtiin taajuuksilla, jotka eivät ole lisälisensoinnin alaisia. Nämä ovat 79 kanavaa, jotka toimivat taajuuksilla 2402 MHz - 2480 MHz ja jotka on erityisesti varattu lääketieteellisten ja tieteellisten laitteiden toimintaan.

Tietoa vaihdetaan vastaanottimen ja lähettimien välillä jatkuvasti vaihtamalla kanavia noin 1600 kertaa sekunnissa. Vain vastaanottava ja lähettävä laite tietää, millä kanavalla vaihto tapahtuu. Tämä menetelmä minimoi häiriön mahdollisuuden ja sallii, että pariksi liitetyt laitteet eivät ole ristiriidassa keskenään. bluetooth standardi on yksi turvallisimmista tavoista vaihtaa tietoja, koska on mahdotonta muodostaa yhteyttä laitteeseen ilman lupaa. Ainoa ongelma tämäntyyppisessä viestinnässä on hyvin lyhyt kantama, mutta toisaalta tämä lisää myös turvallisuustasoa.

Radiolähettimien tehon perusteella standardi on jaettu kolmeen suureen ryhmään tai luokkaan:

• Luokkaa 1 käytetään ensisijaisesti lääketieteellisissä laitteissa, jotka vaativat toimiakseen erittäin alhaisen lähetintehon.
• Luokka 2 keskitehoisilla lähettimillä näkyy nykyaikaisissa matkapuhelimissa, tableteissa ja muissa oheislaitteissa.
• Luokassa 3 käytetään erittäin tehokkaita lähettimiä ja sitä käytetään teollisuuslaitoksissa esimerkiksi yksittäisten koneiden tai koko tuotantoprosessin ohjaamiseen.

Yhteys ei ole mahdollista vain kahden laitteen välillä. Samanaikaisesti kytkettyjen laitteiden määrä on rajoitettu 71 laitteeseen, joista yksi laite toimii isäntä- tai isäntälaitteena ja kaikki muut toimivat orjalaitteena. Laite, joka toimii orjana, voi puolestaan ​​toimia isäntänä siihen kytketyille. Tällä tavalla voit luoda kokonaisen verkon, jota kutsutaan piconetiksi. Yli kymmentä pikonettiä ei voi yhdistää samanaikaisesti.

Standardin kehitys

Standardin käyttöönotosta vuonna 1994 lähtien standardia on kutsuttu Bluethooth 1.0:ksi. Se oli edelleen erittäin raaka tuote. Siinä oli paljon tietoturva-aukkoja, jotka johtuivat siitä, että laitteen osoite oli lähetettävä selkeänä tekstinä. Myös eri valmistajien laitteiden yhdistämisessä oli vaikeuksia. Bluetoothin nopeus jätti myös paljon toivomisen varaa. Versiossa 1.1 tuli mahdolliseksi nähdä signaalin taso ja tuki salaamattomille kanaville lisättiin.

Tutkimus jatkui jatkuvasti, mutta seuraava bluetooth-versio 2.0 ilmestyi vasta vuonna 2007. On lisääntynyt merkittävästi bluetooth nopeus, joka saavutti lähes 2,5 Mb/s, ja versiossa 2.1 virrankulutusparametreja suunniteltiin merkittävästi uudelleen ja vähennettiin. Parempi suojaus ja laiteparin muodostusnopeus.

Huhtikuussa 2007 Bluetooth 3.0 -standardi otettiin käyttöön. Yhdessä asynkronisen moniprosessointitekniikan käytön kanssa tiedonsiirtonopeus oli 24 Mb/s, mutta virrankulutus kasvoi. Virrankulutuksen kasvu ahdisti kehittäjiä, koska mobiililaitteille tämä on melko kriittinen hetki. Vuoden lopun parannusten jälkeen suuri yleisö näki bluetooth 4, joka on edelleen käytössä.

Suurin ero aiempiin versioihin on erittäin alhainen akun kulutus. Tämä saavutetaan myös sillä, että signaalia ei lähetetä jatkuvasti, vaan vain tarpeen mukaan, ts. Lähetin on jatkuvassa valmiustilassa ja toimii vain tarvittaessa.

Laitteiden välinen yhteys syntyy nyt 5 ms:ssa, ja laitteiden välinen etäisyys voi nyt olla 100 metriä näkökentän sisällä. Tietojen salaustaso sisään bluetooth 4 tapahtuu 128-bittisen algoritmin mukaan. Tästä standardista on tullut referenssi oheislaitteiden, kuten kuulokkeiden, ulkoisten kaiuttimien, älykellojen ja monien muiden liittämiseen.

Eri versioissa bluetooth-tiedonsiirtonopeus Seuraava:

• 2 - jopa 1 Mb/s;
• 0 - jopa 3 Mb/s;
• 0 ja v4.0 - jopa 24 Mb/s.

Valmistajat yrittävät suunnitella laitteita siten, että ne tukevat erilaisia bluetooth-versiot, parantaaksesi yhteensopivuutta laitteiden välillä.

Bluetoothin käyttö jokapäiväisessä elämässä

Tällä hetkellä tiedon välittäminen Bluetoothin avulla on melko suosittua, ja kiinnostus tekniikkaa kohtaan kasvaa jatkuvasti. Voit nimetä monia toiminta-aloja, joilla se on löytänyt käyttötarkoituksensa:

• tiedonvaihto kahden matkapuhelimen välillä;
• lataa valokuvia digitaalikamerasta ilman langallista yhteyttä;
• hiiren, näppäimistön, tulostimen, skannerin ja muiden oheislaitteiden liittäminen tietokoneeseen tai kannettavaan tietokoneeseen;
• tietojen synkronointi PC:n ja mobiililaitteen välillä;
• kuulokkeiden, älykellon ja muiden laitteiden liittäminen matkapuhelimeen.

Kehittäjien mielikuvitus siitä, missä Bluetoothia voidaan käyttää, on rajaton. Markkinoille toimitetaan jatkuvasti uusia tuotteita, jotka tukevat tämän tekniikan toimintaa.

Mielenkiintoinen sana nimeltä Bluetooth on protokolla tietojen vaihtamiseen lyhyillä etäisyyksillä. Sen peittoalue on varsin vaatimaton verrattuna Wi-Fi-verkkoon (enintään 100 metriä, ja sitten parhaassa tapauksessa jos sinulla on uusin versio), ja tiedonsiirtonopeus on alhainen. Mutta nämä haitat kompensoivat puhelimien alhainen virrankulutus ja korkea yhteysnopeus (ns. pariliitos).

Bluetooth on erittäin vanha tekniikka IT-markkinoilla; ensimmäinen versio (1.0) syntyi jo vuonna 1998. Tällä hetkellä sitä pidetään vanhentuneena, eikä sitä käytetä missään kaupallisesti saatavilla olevissa laitteissa.

Bluetooth-versiot

Protokollan seuraava versio on 1.2 - pidetään nyt myös vanhentuneena, mutta se on palvellut uskollisesti puhelimen käyttäjiä paljon pidempään. Se löytyy edelleen joistakin halvoista kiinalaisista mobiililaitteista. Bluetooth 1.2:n suurin tiedonsiirtonopeus on 721 Kbps. Puhelimet muodostavat pariliitoksen paljon nopeammin, ja voit olla verkossa nimettömänä. Tämän protokollan version avulla voit siirtää paitsi musiikkia ja kuvia myös muun tyyppisiä tiedostoja sekä palvelutietoja.

EDR-teknologian eli Enhanced Data Rate -tekniikan tulo oli seuraava askel Bluetoothin kehityksessä, ja melko iso askel. Tiedonsiirtonopeus nousi teoriassa 3 Mbit/s:iin, vaikka käytännössä se ei yleensä noussut yli 2 Mbit/s. Tätä tekniikkaa tukee kaksi Bluetooth-versiota - 2.0, joka julkaistiin vuonna 2004, ja 2.1, joka julkaistiin vuonna 2007. Ne ovat lähes täysin identtisiä, eroavat vain energiansäästöteknologioista.

KANSSA Bluetooth 2.1 Lähes kaikki kaupallisesti saatavilla olevat matkapuhelimet, navigaattorit, kuulokkeet ja muut laitteet ovat yhteensopivia. Energiankulutus on pudonnut lähes 10 kertaa protokollan aikaisempiin versioihin verrattuna, mikä mahdollistaa kompaktien kuulokkeiden massatuotannon.

Bluetooth versio 3.0 ilmestyi vuonna 2009, ja sen myötä tuli mahdolliseksi siirtää tietoa paljon aiempaa nopeammalla nopeudella (HS-tekniikka eli High Speed). Bluetooth 3.0 + HS -yhteensopivat laitteet on varustettu 2.1 + EDR:llä (jopa 3 Mbit/s) sekä toisella moduulilla, joka toimii samalla tavalla kuin Wi-Fi ja tarjoaa jopa 24 Mbit/s nopeuden. Samankaltaisesta toimintaperiaatteesta huolimatta Wi-Fi-yhteensopivuutta ei ole suoraan.

HS-tekniikalla oli kaikista eduistaan ​​huolimatta yksi vakava haitta - suuri energiankulutus. Kuitenkin jo vuonna 2010, kun se ilmestyi Bluetooth 4.0, se on korjattu. Tämä sirun versio on kaikissa suosituimmissa älypuhelimissa ja tableteissa sekä useimmissa ultrabookeissa. Tietoa voidaan siirtää jopa 100 metrin etäisyydelle jopa 30 Mbit/s nopeudella.

On kuitenkin syytä huomata, että kaikki tämän Bluetooth-standardin ominaisuudet eivät ole pakollisia. Näin ollen mahdollisuus pitkäaikaiseen akkukäyttöön (toiminto Bluetooth Low Energy) tukee vain uusimmat laitteet.

Useimmat oheislaitteet, kuten kuulokkeet, navigaattorit jne. tukevat Bluetooth 2.1 + EDR:ää, joten jos laitteesi tukee samaa versiota, kaikki on hyvin. Vaikka jotkin laitteet voivat tukea muita protokollaversioita. Siten Texas Instruments MetaWatch -kehityskello, joka näyttää erilaisia ​​älypuhelimen tietoja näytöllä, tukee Bluetooth 4.0:aa. Jotta kaikki toimisi, laitteesi on tuettava samaa versiota.

Jos nopea tiedonsiirto on sinulle tärkeää, tarvitset Bluetooth-version 3.0 tai 4.0 molemmissa laitteissa. Vaikka NFC-tekniikalla (S Beam -toiminto uusissa Samsung-älypuhelimissa) voidaan saavuttaa suuria tiedonsiirtonopeuksia. Ja monissa tapauksissa on tarkoituksenmukaisempaa käyttää Wi-Fi Directiä, koska monet Android 4.0 -käyttöjärjestelmään perustuvat laitteet tukevat tätä toimintoa ja siirtonopeus on paljon suurempi kuin Bluetooth.

Bluetooth-profiilit

Selvitimme Bluetooth-versiot; Jokaisella on omat ominaisuutensa - et voi sekoittaa niitä. Älä myöskään sekoita Bluetooth-versioita profiileihin. Profiili on tietty toiminto, joka on mahdollista protokollan eri versioissa.

Profiili A2DP tarjoaa mahdollisuuden siirtää tiedostoja ja stereoääntä, joka on saatavilla Bluetooth-versiossa 1.2 ja uudemmissa. Jokaisella tietyllä laitteella voi kuitenkin olla oma profiilisarjansa, joten jotkin toiminnot eivät välttämättä ole käytettävissä edes uusimmalla Bluetooth-versiolla. Siten Windows-käyttöjärjestelmään perustuvat älypuhelimet eivät tue viestintää Bluetoothin kautta, ja käyttäjän on turvauduttava joihinkin temppuihin, jos hän haluaa käyttää tätä protokollaominaisuutta.

Bluetooth 5.0 tuli todellisuutta. Verrattuna Bluetooth 4.0:aan uudessa versiossa on kaksinkertainen kapasiteetti, nelinkertainen kantama ja useita muita parannuksia. Katsotaanpa Bluetooth 5.0:n etuja edeltäjiinsä verrattuna, mukaan lukien esimerkki CPU CC2640R2F alkaen Texas Instruments.

Bluetooth 4 -protokollaversion suosio ja jotkut sen rajoitukset johtivat seuraavan Bluetooth 5 -spesifikaatioon , parantaa melunsietokykyä ja niin edelleen.

Nyt kun ensimmäiset Bluetooth 5 -laitteet ovat alkaneet ilmestyä, käyttäjillä ja kehittäjillä on oikeutetusti kysymyksiä: mitkä aiemmin annetuista lupauksista ovat toteutuneet? Kuinka paljon kantama ja tiedonsiirtonopeus ovat kasvaneet? Miten tämä vaikutti kulutustasoon? Miten lähestymistapa lähetyspakettien luomiseen on muuttunut? Mitä parannuksia on tehty melunsietokyvyn parantamiseksi? Ja tietysti pääkysymys on - onko Bluetooth 5:n ja Bluetooth 4:n välillä taaksepäin yhteensopivuus? Vastataan näihin ja joihinkin muihin kysymyksiin ja pohditaan Bluetooth 5.0:n tärkeimpiä etuja edeltäjiinsä nähden, mukaan lukien yrityksen tuottaman todellisen Bluetooth 5.0 -tuen prosessorin esimerkki. Texas Instruments.

Aloitetaan Bluetooth 5.0:n tarkastelu vastaamalla useimmin kysyttyyn kysymykseen taaksepäin yhteensopivuudesta Bluetooth 4.x:n kanssa

Onko Bluetooth 5.0 taaksepäin yhteensopiva Bluetooth 4.x:n kanssa?

Kyllä. Bluetooth 5 ottaa käyttöön useimmat Bluetooth 4.1:n ja 4.2:n ominaisuudet ja laajennukset. Esimerkiksi Bluetooth 5 -laitteet säilyttävät kaikki Bluetooth 4.2:n tietoturvaparannukset ja tukevat LE Data Length Extension -laajennusta. On syytä muistaa, että LE Data Length Extension -laajennuksen ansiosta Bluetooth 4.2:sta alkaen datapaketin (pakettidatayksikön, PDU) kokoa muodostetun yhteyden aikana voidaan kasvattaa 27 tavusta 251 tavuun, mikä mahdollistaa tiedonsiirtonopeus 2,5 kertaa.

Koska protokollaversioiden välillä on paljon eroja, perinteinen mekanismi parametrien neuvottelemiseksi laitteiden välillä yhteyksiä muodostettaessa säilytetään. Tämä tarkoittaa, että ennen tiedonvaihdon aloittamista laitteet "tuntuvat toisiinsa" ja määrittävät tiedonsiirron maksimitaajuuden, viestien pituuden ja niin edelleen. Tässä tapauksessa Bluetooth 4.0 -parametreja käytetään oletusarvoisesti. Siirtyminen Bluetooth 5 -parametreihin tapahtuu vain, jos pariliitosprosessin aikana käy ilmi, että molemmat laitteet tukevat protokollan uudempaa versiota.

Puhuttaessa työkaluista, jotka ovat jo kehittäjien saatavilla, kannattaa huomioida uusi CC2640R2F-prosessori ja Texas Instrumentsin ilmainen BLE5-Stack. Kehittäjien iloksi BLE5-Stack perustuu BLE-Stackin aikaisempaan versioon, ja muutokset sen käytössä vaikuttivat vain Bluetooth 5.0:n uusiin ominaisuuksiin.

Kuinka tiedonsiirtonopeus on kasvanut Bluetooth 5:ssä?

Bluetooth 5 käyttää langatonta yhteyttä, jonka fyysinen tiedonsiirtonopeus on jopa 2 Mbps, mikä on kaksi kertaa nopeampi kuin Bluetooth 4.x. Tässä kannattaa huomioida, että tehokas tiedonvaihtonopeus ei riipu pelkästään siirtokanavan fyysisestä läpäisevyydestä, vaan myös palvelun ja hyödyllisen tiedon suhteesta paketissa sekä siihen liittyvistä "overhead" -kustannuksista, esim. , pakettien välinen aikahäviö (taulukko 1).

Pöytä 1. Tiedonsiirtonopeus eri versioilleBluetooth

Versioissa Bluetooth 4.0 ja 4.1 kanavan fyysinen kaistanleveys oli 1 Mbit/s, mikä mahdollisti 27 tavun PDU-datapaketin pituudella jopa 305 kbit/s vaihtonopeudet. Bluetooth 4.2 esitteli LE Data Length Extensionin. Sen ansiosta laitteiden välisen yhteyden muodostamisen jälkeen paketin pituus tuli mahdolliseksi kasvattaa 251 tavuun, mikä johti tiedonsiirtonopeuden kasvuun 2,5-kertaiseksi - jopa 780 kbit/s.

Bluetooth-versio 5 säilyttää LE Data Length Extension -tuen, joka yhdessä fyysisen suorituskyvyn 2 Mbit/s lisäämisen kanssa mahdollistaa jopa 1,4 Mbit/s tiedonsiirtonopeuden saavuttamisen.

Kuten käytäntö osoittaa, tällainen tiedonsiirron nopeuttaminen ei ole rajana. Esimerkiksi langaton CC2640R2F mikro-ohjain pystyy toimimaan jopa 5 Mbps:n nopeudella.

On syytä mainita yleinen väärinkäsitys, että suorituskyvyn kasvu 2 Mbit/s saavutettiin kantamaa pienentämällä. Tietysti fyysisesti lähetin-vastaanotinsirun (PHY) 2 Mbit/s taajuudella toimiessa herkkyys on 5 dBm pienempi kuin 1 Mbit/s taajuudella. Herkkyyden lisäksi on kuitenkin muita tekijöitä, jotka lisäävät kantamaa, esimerkiksi siirtyminen datan koodaukseen. Tästä syystä, kun kaikki muut asiat ovat samat, Bluetooth 5 osoittautuu luotettavammaksi ja sen kantama on pidempi kuin Bluetooth 4.0. Tätä käsitellään yksityiskohtaisesti yhdessä artikkelin seuraavista osista.

Kuinka nopea tiedonsiirtotila otetaan käyttöön Bluetooth 5:ssä?

Kun muodostetaan yhteys kahden Bluetooth-laitteen välille, käytetään aluksi Bluetooth 4.0 -asetuksia. Tämä tarkoittaa, että ensimmäisessä vaiheessa laitteet vaihtavat tietoa 1 Mbit/s nopeudella. Kun yhteys on muodostettu, Bluetooth 5.0 -yhteensopiva isäntälaite voi aloittaa PHY-päivitysmenettelyn, jonka tavoitteena on saada maksiminopeus 2 Mbps. Tämä toiminto onnistuu vain, jos orja tukee myös Bluetooth 5.0:aa. Muuten nopeus pysyy 1 Mbit/s.

Kehittäjille, jotka ovat aiemmin käyttäneet Texas Instruments BLE-Stackia, hyvä uutinen on, että uusi BLE5-Stack tarjoaa yhden toiminnon, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(), suorittaakseen tämän toimenpiteen. Siten Bluetooth 5.0:aan vaihtaessaan TI-tuotteiden käyttäjillä ei ole ongelmia alkuperäisen alustuksen kanssa. Myös kehittäjille on hyödyllinen GitHub-portaaliin lähetetty esimerkki, jonka avulla voit arvioida kahden CC2640R2F-mikro-ohjaimen toimintaa osana CC2640R2 LaunchPadeja High Speed ​​​​- ja Long Range -tiloissa.

Miten Bluetooth 5:n kantama on kasvanut?

Bluetooth 5.0 -spesifikaatioiden mukaan kantama on neljä kertaa suurempi kuin Bluetooth 4.0. Tämä on melko hienovarainen kysymys, jota kannattaa pohtia tarkemmin.

Ensinnäkin käsite "neljä kertaa" on suhteellinen, eikä se ole sidottu tiettyyn metri- tai kilometrialueeseen. Tosiasia on, että radiolähetysalue riippuu voimakkaasti useista tekijöistä: ympäristön tilasta, häiriöiden tasosta, samanaikaisesti lähettävien laitteiden määrästä ja niin edelleen. Tämän seurauksena yksikään valmistaja, kuten myös itse Bluetooth SIG -standardin kehittäjä, ei tarjoa tiettyjä arvoja. Kantaman kasvua mitataan verrattuna Bluetooth 4.0:aan.

Lisäanalyysiä varten on tarpeen suorittaa joitain matemaattisia laskelmia ja arvioida radiokanavan tehobudjetti. Käytettäessä logaritmisia arvoja radiokanavabudjetti (dB) on yhtä suuri kuin lähettimen tehon (dBm) ja vastaanottimen herkkyyden (dBm) välinen ero:

Radiokanavan budjetti = tehoT X(dBm) – herkkyysR X(dBm)

Bluetooth 4.0:ssa vastaanottimen vakioherkkyys on -93 dBm. Jos oletetaan, että lähettimen teho on 0 dBm, niin budjetti on 93 dB.

Alueen nelinkertaistaminen vaatisi 12 dB:n lisäyksen budjettiin, jolloin arvoksi muodostuisi 105 dB. Miten tämä arvo on tarkoitus saavuttaa? On kaksi tapaa:

• lähettimen tehon lisääminen;
• lisäämällä vastaanottimen herkkyyttä.

Jos seuraat ensimmäistä polkua ja lisäät lähettimen tehoa, tämä aiheuttaa väistämättä kulutuksen kasvua. Esimerkiksi mallissa CC2640R2F 5 dBm:n lähtötehoon vaihtaminen johtaa virrankulutuksen kasvuun 9 mA:iin (kuva 1). 10 dBm:llä virta kasvaa 20 mA:iin. Tämä lähestymistapa ei ole houkutteleva useimmille akkukäyttöisille langattomille laitteille, eikä se aina sovellu IoT:lle, joka on Bluetooth 5.0:n ensisijaisesti suunnattu alue. Tästä syystä toinen ratkaisu vaikuttaa paremmalta.

Vastaanottimen herkkyyden lisäämiseksi ehdotetaan kahta menetelmää:

• siirtonopeuden vähentäminen;
• Koodatun PHY-datakoodauksen käyttö.

Tiedonsiirtonopeuden pienentäminen kertoimella kahdeksan teoriassa lisää vastaanottimen herkkyyttä 9 dB:llä. Siten haluttu arvo on vain 3 dB lyhyt.

Tarvittava 3 dB voidaan saavuttaa käyttämällä lisäkoodattua PHY-koodausta. Aiemmin Bluetooth 4.x -versioissa bittikoodaus oli yksiselitteinen 1:1. Tämä tarkoittaa, että datavirta lähetettiin suoraan differentiaalidemodulaattoriin. Bluetooth 5.0:ssa, käytettäessä koodattua PHY:tä, on kaksi muuta lähetysmuotoa:

• 1:2-koodauksella, jossa jokainen databitti liittyy kahteen bittiin radiodatavirrassa. Esimerkiksi looginen "1" esitetään sekvenssinä "10". Tällöin fyysinen nopeus säilyy 1 Mbit/s ja todellinen tiedonsiirtonopeus laskee 500 kbit/s.
• 1:4-koodauksella. Esimerkiksi loogista "1" edustaa sekvenssi "1100". Tiedonsiirtonopeus laskee 125 kbit/s.

Kuvattu lähestymistapa on nimeltään Forward Error Correction (FEC), ja se mahdollistaa virheiden havaitsemisen ja korjaamisen vastaanottavalla puolella sen sijaan, että se vaatisi pakettien uudelleenlähetystä, kuten Bluetooth 4.0:ssa.

Paperilla kaikki näyttää hyvältä. Jää vain selvittää, kuinka nämä teoreettiset laskelmat vastaavat todellisuutta. Otetaan esimerkkinä sama mikro-ohjain CC2640R2F. Erilaisten parannusten ja uusien Bluetooth 5.0 -modulaatiotilojen ansiosta tämän prosessorin lähetin-vastaanottimen herkkyys on -97 dBm nopeudella 1 Mbps ja -103 dBm käytettäessä koodattua PHY:tä ja 125 kbps:ää. Siten jälkimmäisessä tapauksessa 105 dB:n tasolta puuttuu vain 2 dBm.

Texas Instrumentsin insinöörit suorittivat kenttäkokeen Oslossa arvioidakseen CC2640R2F:n valikoimaa. Samanaikaisesti melutason näkökulmasta ympäristöä tässä kokeilussa ei voida kutsua "ystävälliseksi", koska kaupungin liike-elämä oli lähellä.

Yli 105 dB:n tehobudjetin saavuttamiseksi lähettimen teho päätettiin nostaa 5 dBm:iin. Tämän ansiosta saimme aikaan vaikuttavan 108 dBm:n loppuarvon (kuva 2). Koetta suoritettaessa kantama oli 1,6 km, mikä on erittäin vaikuttava tulos, varsinkin kun otetaan huomioon radiolähettimien vähimmäiskulutus.

Miten lähestymistapa Bluetooth 5 -lähetysviesteihin on muuttunut?

Aiemmin Bluetooth 4.x käytti kolmea erillistä datakanavaa muodostamaan yhteyksiä laitteiden välillä (37, 38, 39). Heidän avullaan laitteet löysivät toisensa ja vaihtoivat palvelutietoja. Niiden yli oli myös mahdollista lähettää yleislähetysdatapaketteja. Tällä lähestymistavalla on haittoja:

• suurella määrällä aktiivisia lähettimiä nämä kanavat voidaan yksinkertaisesti ylikuormittaa;
• Yhä useammat laitteet käyttävät lähetysviestejä luomatta point-to-point-yhteyttä. Tämä on erityisen tärkeää esineiden internetin IoT:lle;
• uusi Coded PHY -koodausjärjestelmä vaatii kahdeksan kertaa enemmän aikaa yhteyden muodostamiseen, mikä lisäksi lataa lähetyskanavia.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi Bluetooth 5.0:ssa päätettiin siirtyä järjestelmään, jossa dataa siirretään kaikilla 37 datakanavalla ja palvelukanavia 37, 38, 39 käytetään osoittimien lähettämiseen. Osoitin viittaa kanavaan, jonka kautta lähetysviesti lähetetään. Tässä tapauksessa tiedot lähetetään vain kerran. Tämän seurauksena palvelukanavien kuormitusta voidaan merkittävästi keventää ja tämä pullonkaula poistaa.

On myös syytä huomata, että nyt lähetyspaketin datapituus voi olla 255 tavua 6...37 tavun PDU:n sijaan Bluetooth 4.x:ssä. Tämä on erittäin tärkeää IoT-sovelluksille, koska se mahdollistaa tiedonsiirron minimoimisen ja yhteyksien poistamisen, mikä vähentää kulutusta.

Tukeeko Bluetooth 5 Mesh-verkkoja?

Texas Instruments Solutions for Bluetooth 5

Yksi ensimmäisistä Bluetooth 5.0:lla varustetuista mikro-ohjaimista oli Texas Instrumentsin valmistama korkean suorituskyvyn CC2640R2F-prosessori.

CC2640R2F on rakennettu nykyaikaiselle 32-bittiselle ARM Cortex-M3 -ytimelle, jonka toimintataajuus on jopa 48 MHz. Radiolähettimen toimintaa ohjaa toinen 32-bittinen ARM Cortex-M0 ydin (kuva 3). Lisäksi CC2640R2F sisältää monipuoliset digitaaliset ja analogiset oheislaitteet.

CC2640R2F-mikrokontrollerin etuna on myös sen alhainen kulutustaso (taulukko 2). Tämä koskee kaikkia toimintatiloja. Esimerkiksi aktiivisessa tilassa radiokanavalla dataa vastaanotettaessa kulutus on 5,9 mA ja lähetettäessä - 6,1 mA (0 dBm) tai 9,1 mA (5 dBm). Kun vaihdat lepotilaan, syöttövirta putoaa kokonaan 1 µA:iin.

Kolmen tärkeän ominaisuuden, kuten Bluetooth 5.0 -tuki, alhainen kulutus ja huippusuorituskyky, yhdistelmä tekee CC2640R2F:stä erittäin mielenkiintoisen ratkaisun esineiden Internetiin. Samaan aikaan käyttämällä tätä mikro-ohjainta voit luoda koko valikoiman IoT-laitteita: autonomisia antureita, jotka toimivat useita vuosia yhdellä akulla, siltoja lisäohjausprosessorin ja Bluetooth 5.0 -kanavan välillä, monimutkaisia ​​sovelluksia, jotka vaativat suurta laskentatehoa. .

Taulukko 2. Langattoman mikro-ohjaimen kulutusCC2640 R2 Ftuen kanssaBluetooth 5

Toimintatila	Parametri	Arvo (Vcc = 3 V)
Active Computing	µA/MHz ARM® Cortex®-M3	61 µA/MHz
	Coremark/mA	48,5
	Coremark taajuudella 48 MHz	142
Radiokeskus	Huippuvastaanottovirta, mA	5,9
	Huippuvirta lähetyksen aikana, mA	6,1
Nukkumistila	Anturiohjain, µA/MHz	8,2
	Lepotila, jossa RTC on käytössä ja muistin säilytys, mA	1

CC2640R2F:n nopeaa käyttöä varten Texas Instruments on valmistellut perinteisen kehityssarjan (kuva 4). Muutamalla tällaisella laitteella voit arvioida radiolähetyksen nopeutta ja kantamaa Bluetooth 5.0:n kautta. Tätä varten voit käyttää valmiita esimerkkejä tai luoda oman sovelluksen, joka perustuu ilmaiseen BLE 5 pino 1.0 -protokollaan (www.ti.com/ble).

Johtopäätös

Bluetooth 5.0 -protokollan uusi versio on keskittynyt vastaamaan mahdollisimman hyvin esineiden internetin (IoT) tarpeisiin. Verrattuna Bluetooth 4.0 -versioon, siinä on useita laadullisia parannuksia:

• tiedonsiirtonopeus on kaksinkertaistunut ja saavuttanut 2 Mbit/s;
• lähetysalue on nelinkertaistunut koodatun PHY:n ja Forward Error Correction (FEC) -tietojen koodauksen ansiosta;
• Lähetysviestin läpimenokyky kasvoi 8-kertaiseksi.

Lisäksi Bluetooth 5.0 tarjoaa taaksepäin yhteensopivuuden Bluetooth 4.x -laitteiden kanssa ja tukee myös useimpia protokollan myöhempien versioiden laajennuksia.

Voit nyt arvioida Bluetooth 5.0:n ominaisuuksia Texas Instrumentsin valmistamien työkalujen avulla. Yritys valmistaa tehokkaan ja vähätehoisen mikro-ohjaimen CC2640R2F, tarjoaa ilmaisen BLE 5 -pinon 1.0 ja monia valmiita esimerkkejä LAUNCHXL-CC2640R2-virheenkorjaussarjalle.

Kirjallisuus

1. Bluetooth Core Specification 5.0 FAQ. 2016. Bluetooth SIG.