Я знаю: Bluetooth - обмін даними на невеликих відстанях

Матеріал опублікований у рамках проекту "Я знаю"

Все змінилося з появою протоколу Bluetooth, призначеним для обміну даними на невеликих відстанях - обмін інформацією з ним став і простіше і швидше.

Роботи по створенню протоколу ще в 1994 році початку компанія Ericsson, як альтернативу дротах. Специфікація Bluetooth була розроблена заснованої в 1998 році групою Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), в яку увійшли компанії Ericsson, IBM, Intel, Toshiba і Nokia.

Протокол Bluetooth заснований на використанні радіохвиль в діапазоні, не вимагає отримання дозволів (застосовується в різних побутових приладах і бездротових мережах). У ньому застосовується метод розширення спектру з intermittent перебудовою частоти (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS), який простий у реалізації і забезпечує стійкість до перешкод - несуча частота сигналу змінюється 1600 разів в секунду, а послідовність перемикання між частотами для кожного з'єднання є випадковою і відома тільки передавача і приймача. Кожні 625 мікросекунд приймач і передавач одночасно перебудовуються з одного несучої частоти на іншу, так що, якщо поруч працює інша пара приймач-передавач, вони не заважають один одному.

У характеристиках різноманітних мобільних телефонів часто ми зустрічаємо пункт зі вказівкою версії Bluetooth і, хоча більшість з нас знає, що це таке і з чим його їдять», мало хто знає, чим ці протоколи розрізняються на практиці.

Перша версія протоколу, як вже згадувалося вище, з'явилася ще в 1998 році. Трохи пізніше вийшла версія 1.0B, але вони мали погану сумісність між продуктами різних виробників. У 1.0 і 1.0B на етапі встановлення зв'язку була обов'язковою передача адреси пристрою, що унеможливлювало реалізацію анонімності з'єднання на протокольній рівні й було основним недоліком цієї специфікації.

В даний час вона вважається застарілою і жодне з випускаються пристроїв цю версію не використовує.

Версія Bluetooth 1.1 стала роботою над помилками виявленими в 1.0B. Крім цього була додана підтримка для нешифрованих каналів і індикація рівня потужності сигналу.

Дана версія протоколу використовується в пристроях досі. У версії 1.2 розробники додали підтримку технології підлаштовуватися перебудови робочої частоти, що поліпшило опірність до перешкод, збільшилася швидкість передачі. Так само додалася технологія поліпшення якості передачі голосу за допомогою повторення пошкоджених пакетів (eSCO).

Особливістю Bluetooth 1.2 є збільшена швидкість передачі даних, включаючи мова, файли і сервісну інформацію, можливість швидкого спаровування і анонімність пристроїв у мережі

Головні поліпшення включають наступне:

• Швидке підключення і виявлення.
• Адаптивна перебудова частоти з розширеним спектром (AFH),
• Більш високі швидкості передачі даних (до 721 кбіт/с)
• Розширені Синхронні Підключення (eSCO), які покращують якість передачі голосу в аудиопотоке
• У Host Controller Interface (HCI) додана підтримка трехпроводного інтерфейсу UART.
• Затверджено як стандарт IEEE Standard 802.15.1-2005.
• Режими керування потоком даних (Flow Control) і повторної передачі (Retransmission Modes) для L2CAP.

10 листопада 2004 р. вийшов Bluetooth версії 2.0. Протокол має зворотну сумісність з попередніми версіями 1.x. Основне нововведення цієї версії - ще більше прискорення передачі даних завдяки технології EDR (Enhanced Data Rate).

Теоретична швидкість EDR близько 3 Мбіт/с, але на практиці її застосування дозволило підвищити швидкість передачі даних до 2,1 Мбіт/с.

Bluetooth SIG опублікувала специфікацію як «Технологія Bluetooth 2.0 + EDR», маючи на увазі, що EDR є додатковою функцією, яку виробники можуть використовувати на свій розсуд - відомо, що в комунікаторі HTC TyTN Pocket PC версія Bluetooth 2.0 була без EDR.

Згідно 2.0 + EDR специфікації, EDR забезпечувала:

• Збільшення швидкості передачі до 3 разів (2,1 Мбіт/с).
• Зменшувала складності декількох одночасних підключень з-за додаткової смуги пропускання.
• Забезпечувала більш низьке споживання енергії за рахунок зменшення навантаження.

Версія 2.1+EDR була представлена в серпні 2008 року і досі залишається найпоширенішою версією стандарту. З цим стандартом сумісні практично всі пристрої, включаючи навігатори, бездротові миші, гарнітури та іншу периферію. Такий успіх став можливий за рахунок того, що в протоколі вдалося досягти значного зниження енергоспоживання - в п'ять разів. Крім того, версия Bluetooth 2.1 підвищує рівень захисту даних і полегшує розпізнавання і з'єднання Bluetooth пристроїв завдяки зменшенню кількості кроків за які вона виконується, аж до того, підтримує спаровування за допомогою натискання кнопки без введення пароля.

Специфікація 3.0+HS була прийнята Bluetooth SIG 21 квітня 2009 року і стала справжнім швидкісним проривом - теоретично вона підтримує швидкість передачі даних до 24 Мбіт/с. Для досягнення таких швидкостей було отримано за рахунок застосування двох модулів: звичайного Bluetooth 2.0 і додаткового модуля, що працює по протоколу 802.11 зі швидкістю до 24 Мбіт/с (аналогічно Wi-Fi). Вибір модуля для передачі даних залежить від розміру переданого файлу - невеликі файли передаються по повільного каналу, а великі - за високошвидкісного.

Недоліками протоколу є те, що У Bluetooth 3.0 + HS немає сумісності з Wi-Fi, так як використовується загальний стандарт 802.11 (без суфікса), несумісний зі специфікаціями Wi-Fi 802.11b/g або 802.11n, а так само, підвищене енергоспоживання при передачі великих файлів.

Специфікація Bluetooth 4.0 була затверджена 30 червня 2010р і призначалася для усунення головного недоліку технології HS - щодо високого енергоспоживання.

Bluetooth 4.0 забезпечує швидкість передачі даних 1 Мбіт/с при розмірі пакета даних 8-27 байт, сумісні пристрої зможуть встановлювати з'єднання менш ніж за 5 мілісекунд і підтримувати його на відстані до 100 м, а необхідний рівень безпеки забезпечує 128-бітное AES-шифрування.

Bluetooth 4.0 включає в себе наступні протоколи:

• Класичний Bluetooth (складається з протоколів попередніх специфікацій Bluetooth)
• Високошвидкісний Bluetooth (заснований на Wi-Fi)
• Bluetooth з низьким енергоспоживанням - досягається за рахунок використання спеціального алгоритму роботи. Алгоритм написаний так, що передавач включається тільки на час відправки даних. Таким чином забезпечується можливість роботи протягом декількох років від однієї батареї типу CR2032.

Насамперед, Bluetooth 4.0 призначений для мініатюрних електронних датчиків, які використовуються в тренажерах, медичних сенсорах, сенсори температури, тиску, вологості, швидкість пересування і т.д., але крім цього, може використовуватися в мобільних телефонах, смартфонах, ПК і т.п.

Перший чіп з підтримкою Bluetooth 3.0 і Bluetooth 4.0 був випущений компанією ST-Ericsson в кінці 2009 року.

Профіль Bluetooth - це набір функцій, заснованих на протоколах Bluetooth. Кожне конкретне пристрій може використовувати свій набір профілів - тобто, якщо мобільний телефон підтримує тільки профіль пристрою handsfree, а гарнітура - тільки профіль гарнітури, їх взаємодія неможливо.

У Bluetooth існує безліч профілів. Ось лише основні з них:

• послідовного порту (Serial Port Profile - SPP)
• комутованого доступу (dial-up networking)
• гарнітури
• пристрої hands-free
• підключення до локальної МЕРЕЖІ
• факсу
• передачі файлу
• синхронізації

Приділяти увагу версії Bluetooth потрібно тільки тоді, коли пристрій здатний реалізувати всі свої функції винятково з цим протоколом. Якщо придбаний гаджет вимагає підтримки Bluetooth 4.0, він або не зможе реалізувати всю повноту свого функціоналу з попередніми версіями, чи не заведеться зовсім».