Bluetooth-tiedonsiirtonopeus 4.1. Eri protokollien tekniset tiedot. Luettelo Bluetooth SIG:n hyväksymistä pääprofiileista lyhyt kuvaus ja tarkoitus

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, alkaen Bluetooth 4.2:sta, datapaketin (pakettidatayksikön, PDU) kokoa muodostetun yhteyden aikana voidaan kasvattaa 27 tavusta 251 tavuun, mikä mahdollistaa tiedonsiirtonopeus 2,5 kertaa.

Koska protokollaversioiden välillä on suuria 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 tiedonsiirtonopeus ei riipu pelkästään siirtokanavan fyysisestä läpäisevyydestä, vaan myös palvelun ja hyödyllisen tiedon suhteesta paketissa sekä siihen liittyvistä "yleiskustannuksista" mm. , 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-päivitysprosessin, 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. Kehittäjille hyödyllinen on myös 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 radiolähetysetäisyys riippuu voimakkaasti useista tekijöistä: ympäristön tilasta, häiriötasosta, 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, kun käytetään 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 mahdollistaa virheiden havaitsemisen ja korjaamisen vastaanottavalla puolella sen sijaan, että vaadittaisiin 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 bisnesosa oli lähellä.

Yli 105 dB:n tehobudjetin saavuttamiseksi lähettimen tehoa päätettiin nostaa 5 dBm:iin. Tämän ansiosta saimme aikaan vaikuttavan 108 dBm:n loppuarvon (kuva 2). Kokeen aikana 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 -mikro-ohjaimista oli Texas Instrumentsin valmistama korkean suorituskyvyn CC2640R2F-prosessori.

CC2640R2F on rakennettu modernille 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 tällä mikro-ohjaimella 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

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:aan, siinä on useita laadullisia parannuksia:

• tiedonsiirtonopeus on kaksinkertaistunut ja saavuttanut 2 Mbit/s;
• lähetysalue on nelinkertaistunut koodatun PHY:n ja Forward Error Correction (FEC) -datakoodauksen vuoksi;
• 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.

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 suuri. 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 ja eroavat toisistaan ​​vain energiansäästöteknologioissa.

KANSSA Bluetooth 2.1 Lähes kaikki kaupallisesti saatavilla olevat matkapuhelimet, navigaattorit, kuulokkeet ja muut laitteet ovat yhteensopivia. Energiankulutus on laskenut 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:n kanssa 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 suuria tiedonsiirtonopeuksia voidaan saavuttaa käyttämällä NFC-tekniikkaa (S Beam -toiminto uusissa Samsung-älypuhelimissa). Ja monissa tapauksissa on tarkoituksenmukaisempaa käyttää Wi-Fi Directiä, koska tätä toimintoa tukevat monet Android 4.0 OS -käyttöjärjestelmään perustuvat laitteet 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.

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.

Tiedonvaihto vastaanottimen ja lähettimien välillä tapahtuu 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 tämän tyyppisessä 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 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.

Tule sisään ja muista kuinka kaikki alkoi.

Mitä mieltä olet itse langoista? Kuvataanpa hyvin epätavallinen ja jopa hieman hauska tilanne.

Apple Watch muodostaa yhteyden älypuhelimeen Lightning-portin kautta (se ei toimi ilman sitä); urheilijalla ei ole valinnanvaraa, mitä kuunnella musiikkia - vain johdot, vain hardcore; kaikki kodin "älykkäät" laitteet toimivat vain, kun älypuhelin on kytketty "johdolla"...

Ei kovin valoisa tulevaisuus, vai mitä?

Gadgetmanin painajainen

Ja kaikki tämä voisi olla nykypäivän todellisuutta, jos suuret yritykset eivät olisi 20 vuotta sitten ajatellut luoda yhtenäistä langatonta tiedonsiirtotekniikkaa lyhyellä kantamalla - Bluetooth.

On aika yhdistyä

Useat valmistajat, kuten Ericsson, Nokia, Intel, Toshiba ja kymmenet muut, harkitsevat yhtenäisen standardin luomista langattomalle tiedonsiirrolle. Yhdistettyään voimansa ja kokoamalla kaikki suunnittelupotentiaali yhdeksi konserniksi, edellä mainitut yritykset liittyivät 20. toukokuuta 1998 virallisesti ns. SIG - Special Interest Groupiin.

Tämän "yhteisen intressiryhmän" tarkoituksena oli ottaa käyttöön langaton tietotekniikka Bluetooth. Ja mikä tärkeintä, uudesta tekniikasta tuli yhtenäistää, mikä lopetti hämmennyksen ja laitteiden yhteensopivuuden, kun langaton pariliitos on tarpeen.

Dell, Xircom, Motorola, Compaq, Qualcomm – kaikki nämä merkit ovat pian osa SIG:tä.

Ja nykyään SIG-jäsenyyteen kuuluu yli 30 000 yritystä eri puolilta maailmaa. Bluetoothia on pidetty jo pitkään itsestäänselvyytenä, ja laitteiden lukumäärä, joihin tämä langaton viestintäprotokolla on integroitu, on lukematon.

Samaan aikaan Bluetooth-yhteyttä tukevien laitteiden arvioitu määrä on noin 8,2 miljardia laitetta.

Ensimmäinen meni: Bluetooth 1.0–1.2

Vuonna 1998 monet liikemiehet unelmoivat siitä

Ensimmäinen langaton protokolla oli vuonna 1998 julkistettu Bluetooth 1.0. Ensimmäinen versio ei selvästikään voinut tehdä ilman puutteita ja virheitä.

Keskeisiä ongelmia ovat erittäin epävakaa signaali ja jatkuvat yhteyskatkot. Lisäksi valmistajat alkoivat huomata laitteiden asianmukaisen yhteensopivuuden puutteen. Esimerkiksi kaksi eri yritystä, jotka julkaisivat kaksi yhteensopivaa laitetta markkinoille, eivät voineet olla varmoja siitä, että käyttäjä pystyisi yhdistämään ne Bluetoothin kautta.

He ryntäsivät heti pelastamaan tilanteen ja esittelivät vuotta myöhemmin päivitetyn Bluetooth 1.0B:n. Se parani, mutta se oli silti kaukana ihanteesta. Bluetooth 1.0(B) edellytti pakollista laiteosoitteen lähettämistä, mikä tarkoittaa, että nimettömyydestä ei ollut syytä puhua. Tästä tuli protokollan suurin haitta sen alkuvaiheessa. Vuonna 2000 päivitetty Bluetooth 1.1 esiteltiin. Nyt käyttäjät voivat määrittää langattoman yhteyden signaalin voimakkuuden ja lähettää tietoja salaamattomia kanavia pitkin.

Legendaariset Bluetooth 1.2 -yhteensopivat kuulokkeet Motorolalta

Ensimmäinen globaali päivitys oli Bluetooth 1.2, joka sai useita parannuksia kerralla: tiedonsiirtonopeuden lisäämisestä (jopa 1 Mbit/s) ja kohinansietokyvyn parantamisesta A2DP-profiilin tukemiseen, joka mahdollisti ensimmäistä kertaa lähettää stereoääntä.

Aika kasvaa aikuiseksi: Bluetooth 2.0 – 2.1 (EDR)

Amatöörikehittäjän unelma - Bluetooth 2.0 -moduuli Arduinolle

Vuonna 2004 valmistajat odottivat Bluetooth 2.0:aa. Tämän version innovaatioista:

• Lisääntynyt tiedonsiirtonopeus. Dokumentaation mukaan Bluetooth 2.0:n nopeus oli 3 Mbps, mutta harjoittelu on armotonta. Bluetooth 2.0:n maksiminopeus oli 2,1 Mb/s.
• EDR-tekniikan syntyminen, joka osoitti protokollan edistyneemmän version, joka vaikuttaa suoraan nopeuteen.
• Lisäkaistanleveys useiden laitteiden synkroniseen yhdistämiseen.
• Hieman pienentynyt energiankulutus.

Seuraava päivitys on vuodelta 2007. Kolmen vuoden ajan insinöörit ovat työstäneet mahdollisuutta vähentää protokollan ahneutta kannettavien laitteiden akun suhteen ja julkistivat yhdessä Bluetooth 2.1:n kanssa uuden teknologian nimeltä Sniff Subrating. Uuden "bluetoothin" energiatehokkuus on kasvanut jopa 10-kertaiseksi, ja laitteiden yhdistäminen on helpottunut huomattavasti.

Samana vuonna julkaistiin NFC (Near Field Communication) -tekniikka, joka vastaa yhteyden asianmukaisesta suojaamisesta.

Lähes Wi-Fi: Bluetooth 3.0 + HS

Nämä ovat Link Dream -älykellot vuonna 2009

Uusi Bluetooth 3.0 -standardi otettiin käyttöön 21. huhtikuuta 2009. Tällä kertaa insinöörit asettivat tavoitteekseen lisätä tiedonsiirtonopeuksia merkittävästi. Teoriassa luku osoittautui 24 Mbit/s.

Bluetooth 3.0 sisälsi kaksi versiota radiojärjestelmästä: standardi 2.0 (jopa 3 MB/s) ja 802.11-yhteensopiva nopea (jopa 24 MB/s).

Siirrettävän tiedoston koosta riippuen myös radiojärjestelmän versio muuttuu. 802.11-standardista huolimatta Bluetooth 3.0 ei ole yhteensopiva minkään Wi-Fi-määrityksen kanssa.

Dieter: Bluetooth 4.0 – 4.2

iPhone 4s:stä tuli ensimmäinen älypuhelin, joka tukee Bluetooth 4.0:aa

Bluetoothin kolmas versio kesti vain vuoden. Useat valmistajat eivät ehtineet "jäämään koukkuun" uuteen standardiin, kun SIG hyväksyi 30. kesäkuuta 2010 Bluetooth 4.0:n - uuden sanan langattoman tekniikan elämässä.

Tekniikan pääpaino on erittäin alhainen virrankulutus. Kehittäjät luottivat Bluetooth 4.0:n integroimiseen pienoislaitteisiin, antureihin, antureihin ja muihin laitteisiin, jotka eivät pysty mahduttamaan tilavaa akkua.

Tämän seurauksena Bluetooth 4.0 toimi täysin eri periaatteella. Sen sijaan, että se olisi jatkuvasti aktiivinen, se kytkeytyy päälle vain tietojen lähettämisen tai vastaanottamisen hetkellä, mikä säästää merkittävästi laitteen akkuvirtaa.

Esimerkiksi pienoisanturi voi toimia useita vuosia CR2032-paristolla:

Kantama on kasvatettu 100 metriin, tiedonsiirtonopeus on energiatehokkuuden vuoksi alennettu 1 Mbit/s.

Seuraavien neljän vuoden aikana Bluetooth 4.0 sai vielä kaksi päivitystä: 4.1, jossa korostettiin yhteensopivuutta LTE-verkkojen kanssa, ja 4.2, jossa siirtonopeus kasvoi (2,5 kertaa) ja suojaus parani.

Bluetooth 5.0

Protokollan kehityshistorian luominen jatkuu silmiemme edessä. 17. kesäkuuta 2016 SIG ilmoitti uudesta eritelmästä.

Kestää vähän aikaa arvostaa päivitettyä tekniikkaa. Ensimmäiset Bluetooth 5.0:lla varustetut laitteet ilmestyvät vasta tämän vuoden lopussa tai ensi vuoden alussa, mutta tänään kehittäjät ovat luvanneet:

• 4 kertaa suurempi tiedonsiirtonopeus verrattuna versioon 4.2
• kaksinkertainen signaalialue
• pienempi virrankulutus verrattuna Wi-Fi-moduuleihin

Mutta mielenkiintoisin asia on, että Bluetooth 5.0 on saanut etuliitteen "Smart", mikä tarkoittaa, että mobiililaitteiden "älykkyys" kehittyy entisestään. Valoisa tulevaisuus on vasta alussa!

Langattomat Bluetooth-kuulokkeet- Tämä on juuri niiden laitteiden luokka, jotka ovat pysyneet teknologian kehityksen moottorina 18 vuoden ajan. Kuulokkeet ovat kehittyneet huonolaatuisesta rätisevästä äänestä, jonka akun kesto on pieni, tyylikkäiksi muotiasusteisiin, joista on yksinkertaisesti ilo puhua.

Valikoimamme Bluetooth-kuulokkeet segmentissä:

• Erinomainen ja kristalli ääni Plantronics Explorer 500
• Ainutlaatuinen muotoilu ja erinomainen äänenlaatu

Mikä tahansa ääni alkaa lähteestä. Nykyään on olemassa monia langattomia protokollia äänen välittämiseen. Jotkut niistä ovat paljon kiinnostavampia kuin Bluetooth, mutta eivät ole vielä saaneet asianmukaista jakelua. Nykyään lähes kaikki älypuhelimet, kannettavat tietokoneet ja tabletit on varustettu Bluetoothilla, ja laitteen varustaminen sen tuella, jos siinä on USB-lähtö, on viidessä minuutissa.

Siksi rajoitamme tänään äänen toistaviin laitteisiin, joissa käytetään "sinistä hammasta" (opas on varsin sopiva Bluetooth-kaiuttimen valintaan). Tällä tekniikalla on melko pitkä historia ja paljon sudenkuoppia, joiden olemassaolo ei ole aina käyttäjien tiedossa.

Bluetooth-lähettimen olemassaolo ei tarkoita, että laitetta voidaan käyttää langattomien äänilaitteiden äänilähteenä. Kaikilla Bluetoothilla ei voi kuunnella korkealaatuista musiikkia ilman vääristymiä. Kaikki eivät sovellu kuuntelemaan tiedostoja, joilla on suuri bittinopeus ja häviötön muoto.

Mihin kannattaa kiinnittää huomiota musiikin kuunteluun langattomasti - oli se sitten vain MP3 tai laadukas ripaus vinyylilevyltä, kerromme sinulle tässä artikkelissa.

Aloitetaan tärkeimmästä: tämä parametri osoittaa suoraan, voitko kuunnella musiikkia laitteella.

VersioBluetooth

Nykyaikaisista laitteista löydät useimmiten tuen Bluetooth 3.0:lle tai 4.0:lle, joissakin huippuälypuhelimissa ja muissa laitteissa - 4.1. Tässä tapauksessa voi hyvinkin käydä ilmi, että ostetut kuulokkeet tukevat yhteyttä vain protokollaversion 2.1 kautta. Sovittimet ovat taaksepäin yhteensopivia, mutta kun ne on kytketty, hitain protokolla toimii.

Erot protokollaversioiden välillä keskivertokäyttäjälle ovat minimaaliset taaksepäin yhteensopivuuden vuoksi. Pääasia, joka pistää silmään, on se, että jokaisen uuden version myötä laitteiden virrankulutus pienenee ja 3.0:sta alkaen on lisätty toinen moduuli nopeaa tiedonsiirtoa varten 24 Mbit/s nopeudella.

Versio 2.1 + EDR lähettää dataa enintään 2,1 Mbit/s nopeudella. Tämä riittää toistamaan matalan bittinopeuden äänivirtaa. Ääni- ja videovirtojen toistamiseen on suositeltavaa käyttää Bluetooth-versiota, joka on vähintään 3.0.

On välttämätöntä ottaa huomioon, että laitteen täysimääräinen käyttäminen soittimena on erittäin toivottavaa, että käytössä on Bluetooth-versio 4.0 tai uudempi, tai vielä parempi, pienemmällä virrankulutuksella.

Voit tunnistaa tällaisen sovittimen seuraavien luokkien avulla.

ProfiilitBluetooth

Profiilit ovat joukko tiettyjä toimintoja, joita laitteet tukevat. Kaikista Bluetoothissa musiikin kuunteluun käytetyistä vaihtoehdoista seuraavat ovat mielenkiintoisia:

1. Kuulokkeiden profiili (HSP) tarvitaan kuulokkeiden ja älypuhelimen yhdistämiseen ja monoäänen langattomaan lähettämiseen bittinopeudella 64 kbit/s.
2. Hands-free-profiili (HFP) tarjoaa myös vain monolähetyksen, mutta laadukkaammin.
3. Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) tarvitaan kaksikanavaisen äänivirran lähettämiseen.
4. Audio/Video Remote Control Profile (AVRCP) mahdollistaa toistolaitteiden toimintojen hallinnan (ilman sitä jopa musiikin äänenvoimakkuuden muuttaminen on mahdotonta).

Musiikin täysimääräiseen kuunteluun tarvitaan A2DP. Se ei ainoastaan ​​takaa äänivirran lähettämistä, vaan myös hallitsee tiedon pakkaamista ennen lähetystä.

Vaikka sekä lähettävä että toistolaite (esimerkiksi älypuhelin ja langattomat kuulokkeet) on varustettu Bluetooth 3.0:lla tai 4.0:lla ja tukevat vaadittua protokollaa, sinun on kiinnitettävä huomiota käytettävään koodekkiin.

koodekitBluetooth

Tärkeintä musiikin toistamisessa A2DP-protokollalla on koodekki, joka pakkaa kuulokkeisiin lähetetyn äänivirran. Tällä hetkellä on kolme koodekkia:

1. Alakaistakoodaus (SBC)- A2DP:n oletusarvoisesti käyttämä koodekki, jonka ovat luoneet profiilin kehittäjät. Valitettavasti SBC on paljon karkeampi kuin MP3. Ja siksi se ei sovellu musiikin kuunteluun.
2. Advanced Audio Coding (AAC)- edistyneempi koodekki, joka käyttää erilaisia ​​pakkausalgoritmeja. Kuulostaa paljon paremmalta kuin SBC.
3. AptX- Tässä se on, oikea valinta! Ainakin siksi, että voit siirtää tiedostoja MP3- ja AAC-muotoon ilman lisäkäsittelyjä ja transkoodausta. Tämä tarkoittaa, että ääni ei heikkene. Kannattaa kuitenkin tehdä varaus. AptX:stä on useita versioita eri bittinopeuksien toistamiseen. Jokainen niistä on suunniteltu omaa äänivirtaansa varten.

»
Pakkauksenhallinnan kahden viimeisimmän version pääominaisuudet ovat alennettu äänentoistoviive ja pienempi prosessorin kuormitus koodauksen aikana. Low Latency -version avulla voit saavuttaa 32 ms:n viiveen äänivirtalähteen ja toistolaitteen välillä. Tämä vähentää laitteen aiheuttamaa säröä musiikkia kuunneltaessa.

Näin ollen voit valita tietyn koodekin tietyillä asetuksilla. Jos häviöttömän streamin toistoa ei odoteta eikä korkea äänen viive ole kriittinen, sinun tulee rajoittua tavalliseen aptX:ään etkä maksa liikaa laitetuesta seuraaville versioille.

On syytä muistaa, että sekä älypuhelimen (tai muun äänivirtalähteen) että itse kuulokkeiden (tai Bluetooth-kaiuttimen) on tuettava vaadittua profiilia ja koodekkia. Muussa tapauksessa A2DP-algoritmi alkaa automaattisesti toimia käyttämällä SBC:tä.

Bluetoothin avulla mitkä tahansa kaksi laitetta käyttävät aina alinta versiota, yksinkertaisinta koodekkia ja protokollaa. Joten jos jokin niistä ei tue tarvittavaa tekniikkaa, et voi nauttia täysin äänenlaadusta.

Jos haluat kuunnella musiikkia pitkään, tarvitset tuen Bluetooth-versiolle 3.0 tai uudemmalle, aptX-koodekille ja A2DP-profiilille. Jos haluat kuunnella musiikkia suurella bittinopeudella, tarvitset aptX Lossless -koodekin tuen - mikään muu ei toimi, koska musiikki pakataan, kun se siirretään toistolaitteeseen.