Сравнение

Что такое Bluetooth сеть и как она работает. Bluetooth - что такое и принцип работы технологии Как осуществляется передача данных

20.12.2023

Никаких проводов! Технология Bluetooth

    История

    Что такое Bluetooth?

    "Частотный конфликт"

    Конкуренты

    Bluetooth-устройства

    Декабрьский бум

    Напрягите фантазию

    Кто делает Bluetooth-чипы?

    Перспективы

Настоящая статья носит обзорный характер и не ставит своей целью детальный анализ технологии нового стандарта. Все ваши замечания, дополнения и комментарии жду на е-mail .

История

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 была сформирована специальная рабочая группа (Special Interest Group - SIG) для дальнейшего продвижения новой технологии на телекоммуникационном рынке. Любая компания, которая планирует разрабатывать устройства Bluetooth, может бесплатно войти в эту группу. В SIG уже состоит около 2000 компаний .

Что такое Bluetooth?

11.10Bluetooth - это современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. 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, представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine; промышленный, научный и медицинский). Для использования этих частот не требуется лицензия (исключения рассмотрим ниже). Скорость передачи данных, предусматриваемая стандартом, составляет порядка 720 Кбит/с в асимметричном режиме и 420 Кбит/с в полнодуплексном режиме. Обеспечивается передача трех голосовых каналов, но не видеосигнала. 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 способна "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). Естественно, для реализации технологии Bluetooth на практике необходимо определенное программное обеспечение (ПО). Кстати, в новую версию операционной системы MS Windows Whistler встроена поддержка Bluetooth.

"Частотный конфликт"

Тот факт, что частотный диапазон 2.4 ГГц свободен от лицензирования, вносит определенные сложности в использование Bluetooth-устройств. В этом диапазоне работают также различные медицинские приборы, бытовая техника, беспроводные телефоны, беспроводные локальные сети стандарта IEEE. Вполне логично предположить, что они могут "конфликтовать" друг с другом. Во избежание интерференции с другими беспроводными устройствами Bluetooth работает по принципу скачкообразной перестройки частоты (1600 скачков в секунду). Переход с одной частоты на другую происходит по псевдослучайному алгоритму. Это позволяет "освободить" нужные другим устройствам частоты.

Конкуренты

У Bluetooth имеются конкуренты. Один из них - технология инфракрасной (также беспроводной) связи IrDa . Однако IrDa обеспечивает связь лишь в зоне прямой видимости и только по принципу точка - точка.

Спецификация HomeRF предназначена для связи бытовых аудио- и видеоустройств и построения домашних радиосетей. Передача данных также осуществляется на частоте 2.4 ГГц, но со скачками 50 раз в секунду. Пропускная способность HomeRF больше, чем у Bluetooth. Правда, количество подключаемых устройств ограничено - 127. Радиус действия - до 50 метров.

На мой взгляд, наиболее сильную конкуренцию Bluetooth составила спецификации беспроводных локальных сетей IEEE 802.11. Изначально технология Bluetooth создавалась лишь для радиосвязи, и никаких планов по созданию беспроводных локальных сетей на ее основе не было. Но такие проекты вскоре появились, и теперь существует понятие Bluetooth-сети.

Я уверен, что Bluetooth победит всех соперников. Слишком много крупных компаний трудится над созданием этой "всеобъемлющей" технологии. Давайте посмотрим, на что способна Bluetooth.

Bluetooth-устройства.

Наверное, самой "шумной" Bluetooth-новинкой стал комплект беспроводной гарнитуры handsfree от компании Ericsson . Это новое устройство, получившее название Headset, состоит из наушника и микрофона и способно работать на расстоянии 10 метров от базы. Базой является сотовый телефон со встроенным чипом Bluetooth. Для некоторых моделей телефонов, не имеющих встроенной платы Bluetooth, создаются специальные адаптеры (например, для Ericsson T28s . Телефон лежит в кармане, а вы "снимаете" и "вешаете" трубку с помощью голосового управления. Удобно, не правда ли?.. Cреди телефонов со встроенной платой Bluetooth следует выделить Ericsson T36s , Ericsson R520 , Siemens S42 , Nokia 6310 .

Нечто похожее на Headset от Ericsson предлагает компания Plantronics . Ее беспроводная гарнитура наушник-микрофон весит всего 26 грамм и способна без перерыва работать три с половиной часа. Это Bluetooth-устройство - еще одно полезное дополнение к сотовому Bluetooth-телефону.

Не отстает от этих компаний и японская фирма Japan Total Design Communication . Она выпустила модель наушников "i2me", состоящую из Bluetooth-адаптера и собственно наушников. Адаптер подключается к сотовому телефону, а наушники работают на расстоянии 10 метров от телефона. Адаптер весит 45 грамм, наушники - 35 грамм.

Компанией Nokia еще в прошлом году была начата разработка Bluetooth Connectivity Kit - комплекта батареи и коммуникационной карты для телефона Nokia 6210 . В аккумулятор встроен радиопередатчик Bluetooth, взаимодействующий на расстоянии до 10 метров со специальной коммуникационной картой, устанавливаемой в ноутбуке. Таким образом, Nokia 6210 превращается в беспроводный модем. Вы открываете ноутбук и входите в Интернет, не доставая телефон из кармана…

В конце прошлого года на выставке в Токио компания Toshiba представила прототип ноутбука на базе модели Tecra 8110 со встроенным модулем Bluetooth. Toshiba также продемонстрировала совместную работу ноутбука и струйного принтера от фирмы Canon . Оба устройства оснащены модулями Bluetooth. Таким образом стала возможна дистанционная передача данных с ноутбука на печатающее устройство. Вы входите в офис с Bluetooth-ноутбуком в руках, происходит автоматическое соединение с Bluetooth-принтером - и вы тут же распечатываете документ!

Компания Sony в январе этого года представила прототип Bluetooth-модуля под названием Infostick, внешне напоминающий Memory Stick. Внутри модуля находится контроллер Bluetooth, интерфейс Memory Stick, контроллер флэш-памяти, процессор. Теперь все устройства Sony, оснащенные слотом Memory Stick, смогут "общаться" между собой на расстоянии до 10 метров.

В марте Sony выпустила еще одну новинку - Bluetooth-адаптер для карманного компьютера Clie Peg-N700C. Теперь CLIE может взаимодействовать с сотовым телефоном, обеспечивая доступ в Интернет.

Алло! На связи колесо… Bluetooth "добралась" и до автомобильных колес. Финская компания Nokian Tyres совместно с некоторыми другими фирмами и исследовательскими центрами разработала технологию, позволяющую вести автоматическое наблюдение за состоянием колеса вашего любимого авто. Встроенный в шину чип будет измерять параметры колеса, и в случае необходимости передающее Bluetooth-устройство свяжется с мобильным телефоном водителя. Не удивляйтесь, если вам "позвонит" колесо и скажет: "Меня пора подкачать!"

Декабрьский бум

Декабрь 2000 года был богат анонсами устройств с технологией Bluetooth. Так, в середине декабря компании Axis Communications и Lexmark продемонстрировали на конференции "Bluetooth Developers Conference" решение для беспроводной передачи данных с ноутбука на принтер. Ноутбук Toshiba был оснащен Toshiba Bluetooth PC Card, а в лазерный принтер Lexmark был встроен Bluetooth принт-модуль от фирмы Axis. Каждый мог опробовать новинку в действии. Впрочем, нечто подобное мы описывали выше.

В том же месяце компания TDK представила еще одно устройство для беспроводной связи ноутбуков, карманных компьютеров, принтеров, сотовых телефонов - TDK Bluetooth USB Adapter. Как следует из названия, новинка имеет интерфейс USB, а точнее USB 1.1.

На той же конференции другая компания - IBM представила Bluetooth-часы. Помимо Bluetooth-модуля это устройство оснащено процессором ARM 7, 8 Мб флэш-памяти, Li-Ion аккумулятором и ИК-портом. Для работы потребуется специальный Linux Bluetooth-драйвер под названием BlueDrek. Bluetooth-часы можно носить на руке и использовать для управления ноутбуком, оснащенным Bluetooth-чипом. На конференции было показано, как буквы, набранные на клавиатуре ноутбука, отображались на экране часов, и, наоборот, как PowerPoint-презентация запускалась и останавливалась с помощью Bluetooth-часов. Вряд ли такая новинка будет пользоваться всеобщим вниманием. Это из области излишеств.

Говоря все о той же Bluetooth Developers Conference, нельзя не упомянуть японскую компанию Yazaki, представившую оригинальное решение автомобильной системы контроля на основе Bluetooth. Bluetooth-устройство подключается к внутренней локальной сети автомобиля (CAN), а открытие и закрытие дверей происходит по команде с ноутбука или мобильного телефона. Ряд компаний уже начал разработку промышленных стандартов для локальных автомобильных сетей, и для беспроводных коммуникаций на малых расстояниях они выбрали именно технологию Bluetooth.

Интересное решение представила Anoto . Совместно с Ericsson она разработала авторучку Chatpen, способную передавать сделанные записи в ноутбук или мобильный телефон. Эта новинка, на мой взгляд, представляет интерес. Вы можете делать записи обычной авторучкой, но на специальной сетчатой бумаге. Встроенная в авторучку миниатюрная видеокамера различает множество мелких точек, нанесенных на специальную бумагу, и преобразует изображение в цифровую форму. При помощи Bluetooth-модуля ваши записи передаются в ноутбук или на мобильный телефон. Авторучка имеет 2 Мб памяти, значит, иметь под рукой ноутбук необязательно: данные, сохраняющиеся в ручке, можно передать позже.

Напрягите фантазию

Некоторые из вышеперечисленных устройств поражают своей оригинальностью! Но это еще не все.

Тройной телефон. Вообразите себя обладателем сотового телефона со встроенной платой Bluetooth. В дороге вы используете его как обычный сотовый телефон, возможно, с Bluetooth-гарнитурой handsfree. Дома ваш аппарат превращается в радиотелефон, потому что Bluetooth-база подключена к обычной телефонной сети. А в офисе вы можете воспользоваться им для внутренней связи. Удобно?..

Дом будущего. Представьте себе следующую картину. Домашняя мебель и бытовая техника оснащены Bluetooth-чипами: входная дверь, лампочки, телевизор, холодильник, кондиционер, микроволновая печь… А в кармане у вас лежит Bluetooth-пульт, управляющий всеми этими устройствами. Впрочем, не нужен нам пульт: будем управлять голосом! Центральный компьютер с Bluetooth-чипом будет распознавать голосовые команды, поступающие с Bluetooth-часов на вашей руке: "Свет, включись!", "Кондиционер, на полную мощь!", "Телевизор, мне первый, третий, шестой каналы" (как в фильме "Назад в будущее 2"). Да, теперь это не кажется фантастикой. А знаете, что мы еще забыли?.. Сливной бочок в туалете. Ему тоже можно давать команды.

Bluetooth открывает огромные возможности перед изобретателями. Например, фотокамера с технологией Bluetooth соединяется с мобильным телефоном - и вы посылаете отснятое изображение другу. Тот, приняв ваше сообщение, тут же отправляет его на ноутбук. В офисе его ноутбук автоматически соединяется с Bluetooth-принтером - и изображение распечатано. А как вам перспектива беспроводной мышки? Подобные устройства уже существуют, как это удобно!

Спешите придумать и запатентовать свою Bluetooth-новинку!

Франция останется без новой технологии?

Похоже, что французы еще не скоро обустроят свои "дома будущего". Во Франции диапазон 2.4 ГГц, используемый Bluetooth, занят военными, которые, как это обычно бывает, на уступки не идут. Правда, небольшая часть диапазона (2.4465 - 2.4835 ГГц) все-таки остается свободной. Для Франции, по-видимому, будут разрабатываться специальные Bluetooth-устройства, не совместимые с устройствами, производимыми для остального мира. SIG старается поправить положение, ведя переговоры с французскими властями.

Кто делает Bluetooth-чипы?

Разработкой модулей Bluetooth может заниматься любая компания (выше мы рассматривали Bluetooth-устройства от различных производителей). Bluetooth-"начинка" разрабатывается непосредственно самими производителями Bluetooth-устройств или закупается у других фирм. Рассмотрим ряд компаний, занимающихся производством Bluetooth-модулей.

В октябре прошлого года Matsushita-Kotobuki Electronic Industries разработала компактный Bluetooth-модуль. Он был в два раза меньше других чипов, существовавших в то время на рынке. Минимализация размеров была достигнута за счет помещения пассивных элементов и других компонентов, включая антенну, на керамическую подложку.

В марте этого года компания Siemens анонсировала приемопередатчик Bluetooth с USB-интерфейсом, способный работать в радиусе 100 метров. Адаптер подключается к USB-порту настольного компьютера или ноутбука и позволяет соединяться с любым совместимым с Bluetooth устройством. Особого внимания заслуживает тот факт, что передача данных может осуществляться на расстоянии ста метров, а не десяти, как это было изначально задумано спецификацией.

В этом же месяце Silicon Wave и Sharp продемонстрировали Bluetooth-модуль в виде CompactFlash-карты. Карта вставляется в ноутбук через адаптер для PC Card, а также может использоваться совместно с КПК. Ну а дальше… любое беспроводное соединение в ваших руках.

Перспективы

Что можно сказать о технологии, которая, несомненно, привнесет в нашу жизнь столько удобств и при этом будет общедоступной? Что можно сказать о технологии, освоение которой не требует отчисления лицензионных сборов? Только одно: у нее огромные перспективы. Будем ждать…

2011 №4

Обзор современных технологий беспроводной передачи данных в частотных диапазонах ISM (Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi) и 434/868 МГц

В течение последних двух лет ощущается растущий интерес разработчиков радиоэлектронной аппаратуры к стандартам и технологиям беспроводной связи на коротких расстояниях: Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi и в частотных диапазонах 434/868 МГц. Для удобства далее данную группу стандартов будем называть Short Range RF.

Для каждого стандарта группы Short Range RF существует большое многообразие радиочастотных модулей различного уровня готовности, отличающихся друг от друга техническими параметрами и характеристиками. Актуальность приобретает проблема выбора конкретной технологии Short Range RF и конкретной элементной базы для применения в проекте. Решению этой задачи и посвящен данный материал.

Термины и классификация

Сразу определимся с терминологией. Модулем в рамках данной статьи будем считать приемопередающее радиотехническое устройство, предназначенное для монтажа внутрь другого более сложного устройства.

Все стандарты и технологии беспроводной передачи данных могут быть классифицированы по ряду формальных параметров. В таблице 1 приведена общая классификация наиболее актуальных на данный момент стандартов беспроводной передачи данных.

Таблица 1. Общая классификация основных стандартов беспроводной передачи данных

ZigBee Bluetooth Wi-Fi 434/868 МГц GSM/GPRS/EDGE 3G
Частотный диапазон, МГц 2400-2483 2400-2483 2412-2484 434/868 900/1800 1885-2025; 2110-2200
Скорость передачи данных, кбит/с 250 721 11000/54000 500 14,4/171/473 144/384/2048
Дальность связи, м 200 класс 1 — 100;
класс 2 — 10;
класс 3 — 1 		100 1000 во всей зоне покрытия во всей зоне покрытия
Потребление тока, active мА/sleep мкА 30/1 70/20 450 30/1 350/3500 350/3500
Модуляция, доступ к среде DSSS FHSS DSSS FHSS TDMA/ FDMA TDMA/ FDMA/CDMA
Топология системы «точка-точка»,
«звезда», сеть 		«точка-точка»,
«звезда», сеть 		«точка-точка», звезда «точка-точка»,
«звезда», сеть 		сотовая сеть сотовая сеть
Частотный диапазон, МГц 2400-2483 2400-2483 2412-2484 434/868 900/1800 1885-2025; 2110-2200

Стандарты сотовой связи GSM/GPRS/EDGE и 3G в данном случае обсуждать не будем. Рассмотрим более внимательно технологии ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth и 434/868 МГц. Существуют три технических параметра, которые наиболее часто определяют область применения того или иного стандарта группы Short Range RF в конкретном приложении пользователя: энергопотребление (или потребление тока), дальность связи и скорость передачи данных. По значению этих параметров можно условно выделить следующих лидеров:

  • Wi-Fi обладает максимальной скоростью передачи данных.
  • ZigBee и технологии 434/868 МГц обладают минимальным энергопотреблением.
  • Технологии 434/868 МГц обладают максимальной дальностью действия в прямой видимости.

Данная классификация является достаточно спорной. Сразу оговоримся, что она принята для упрощения предварительного обзора стандартов Short Range RF. На самом деле, как станет видно дальше, стандарты Short Range RF на практике часто пересекаются друг с другом, иногда объединяясь с целью завоевания новых ниш на рынке, иногда вступая в конкуренцию на уже существующих его сегментах. Например, ZigBee «старается» увеличить свою скорость передачи данных и повысить дальность связи, Wi-Fi «стремится» повысить дальность связи и снизить энергопотребление и т. д. Поэтому на практике достаточно сложно провести границу между различными стандартами Short Range RF.

Bluetooth

Стандарт Bluetooth является компромиссным с точки зрения соотношения параметров экономичность/дальность/скорость. По своей функциональности и возможности применения в различных приложениях он имеет наибольшее число пересечений с другими стандартами группы Short Range RF. Поэтому для начала рассмотрим именно его.

Основная идея Bluetooth заключалась в создании универсального, надежного и очень дешевого радиоинтерфейса беспроводного доступа. Технология Bluetooth позволяет обеспечить сопряжение с различным профессиональным и бытовым оборудованием в режимах передачи речи, данных и мультимедиа, при этом гарантируется его электромагнитная совместимость с другим домашним или офисным оборудованием. Как было указано в таблице, существует всего три класса устройств Bluetooth, если градировать их по излучаемой мощности: 1-й — до 100 метров (до 100 мВт); 2-й — до 10 метров (до 2,5 мВт); 3-й — до 1 метра (до 1 мВт).

Для определения модели поведения при установлении соединения между различными типами устройств в технологии Bluetooth введено понятие профиль. Этим термином обозначается набор функций и возможностей, которые использует Bluetooth в качестве механизма транспортировки. Профили гарантируют возможность обмена информацией между устройствами разных производителей. Bluetooth SIG определяет 15 стандартных профилей:

  • Generic Access Profile (GAP);
  • Service Discover Application Profile (SDAP);
  • Serial Port Profile (SPP);
  • Dial-up Networking Profile (DUNP);
  • Generic Object Exchange Profile (GOEP);
  • Object Push Profile (OPP);
  • File Transfer Profile (FTP);
  • Synchronization Profile (SP);
  • AV Control, Headset Profile (HSP);
  • Advanced Audio Distribution Profile (A2DP);
  • Basic Imaging Profile (BIP);
  • Handsfree Profile (HFP);
  • Human Interface Device Profile (HID);
  • LAN Access Profile (LAP);
  • Sim-Card Access Profile (SAP).

По характеру взаимодействия со внешними устройствами и приложениями архитектура всех существующих модулей Bluetooth может быть разделена на три вида (рис. 1). Модули с двухпроцессорной архитектурой (рис. 1а) не содержат в себе программного высокоуровневого стека Bluetooth с поддержкой стандартных профилей. Это значит, что необходимые профили Bluetooth должны быть реализованы на внешнем процессоре. Взаимодействие внешнего процессора с модулем происходит через виртуальный интерфейс HCI (Host Controller Interface). В частном случае HCI может быть реализован через аппаратный интерфейс SPI или UART.

Рис. 1. Разновидности архитектуры модулей стандарта Bluetooth: а) двухпроцессорная; б) встроенная двухпроцессорная; в) однопроцессорная

Модули Bluetooth со встроенной двухпроцессорной архитектурой (рис. 1б) являются наиболее распространенными. Данная разновидность архитектуры подразумевает наличие стека Bluetooth высокого уровня с поддержкой стандартных профилей непосредственно во внутреннем процессоре модуля. В этом случае приложение, работающее на внешнем процессоре, взаимодействует с модулем Bluetooth через аппаратные интерфейсы.

Однопроцессорная архитектура (рис. 1в) является наименее распространенной. Для ее реализации разработчик должен создать специальное приложение, которое будет работать на внутреннем процессоре модуля Bluetooth. В этом случае модуль превращается в автономное устройство, доступ к которому через внешние аппаратные интерфейсы закрыт.

Принадлежность модуля к той или иной архитектуре может определяться как его аппаратной реализацией, так и внутренним программным обеспечением. Например, в частном случае один и тот же модуль Bluetooth может быть отнесен к любой из трех разновидностей архитектуры в зависимости от типа прошивки, загруженной во внутренний процессор модуля. Такой подход пользуется наибольшей популярностью среди зарубежных производителей.

Немного истории

Чтобы получить наиболее полное представление о роли Bluetooth среди других представителей группы Short Range RF, обратимся к истории (рис. 2). Развитие Bluetooth с самого начала шло по пути увеличения скорости обмена данными, снижения энергопотребления, повышения безопасности и надежности соединения. Вплоть до версии 3.0 сохранялась обратная совместимость всех версий Bluetooth между собой. До сих пор в эксплуатации встречаются устройства Bluetooth версий 1.1 и 1.2, которые успешно используются совместно с 2.0 и 2.1.

Рис. 2. Хронология развития стандарта Bluetooth

Bluetooth 3.0 является чем-то средним между Bluetooth и Wi-Fi. Модули с ее поддержкой соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных в 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление; вторая совместима со стандартом 802.11 (Wi-Fi) и обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с (сравнима со скоростью сетей Wi-Fi). Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера передаваемого файла. Это один из наиболее ярких примеров объединения двух разных технологий для завоевания новых сегментов рынка. Правда, успеха эта попытка не имела: распространения Bluetooth 3.0 не получил.

Bluetooth 4.0 не имеет обратной совместимости с предыдущими версиями. Сверхнизкое энергопотребление достигается за счет использования специального алгоритма работы. Передатчик включается только на время отправки данных, что обеспечивает возможность работы от одной батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет. Стандарт предоставляет скорость передачи данных в 1 Мбит/с при размере пакета 8-27 байт. В новой версии два Bluetooth-устройства смогут устанавливать соединение менее чем за 5 мс и поддерживать его на расстоянии до 100 м. Для этого используется усовершенствованная коррекция ошибок, а необходимый уровень безопасности обеспечивает 128-битное шифрование.

Предполагается, что Bluetooth 4.0 будет конкурировать и вытеснять ZigBee в классе малопотребляющих радиочастотных устройств с поддержкой сложных сетей. Это также является ярким примером пересечения двух разных технологий, в данном случае — ZigBee и Bluetooth.

Плюсы и минусы

Проанализировав современное состояние технологии Bluetooth, можно обозначить плюсы и минусы. К достоинствам стандарта относятся:

  • высокий уровень стандартизации и совместимость между устройствами Bluetooth разных производителей;
  • защита передаваемых данных;
  • низкая стоимость;
  • высокая дальность действия (до 1000 м);
  • универсальность и большое разнообразие модулей под разные задачи.

Среди недостатков отметим:

  • Относительно высокое энергопотребление (работа от автономных источников питания не всегда возможна). Предполагается, что этого недостатка будет лишена новая версия спецификации Bluetooth 4.0.
  • Относительно невысокая скорость обмена данными (до 1 Мбит/с). Как правило, реальная скорость обмена данными ограничивается пропускной способностью внешних аппаратных интерфейсов модуля.

Одно из основных преимуществ стандарта Bluetooth заключается в его высоком уровне стандартизации и широчайшем распространении в составе пользовательских электронных устройств. Это позволяет в ряде случаев практически в два раза сэкономить время и затраты на разработку при проектировании некоторой системы сбора данных, телеметрии или управления на основе Bluetooth, поскольку в качестве одной из сторон беспроводного обмена данными может выступать, например, обычный серийно выпускаемый ноутбук или коммуникатор с поддержкой данной технологии.

Области применения

Исходя из характерных особенностей модулей Bluetooth, сформировались их области применения в России и за рубежом:

  • Автомобильная электроника. Модули Bluetooth могут использоваться в бортовых автомобильных системах контроля и управления. Эта область применения характерна для России.
  • Системы удаленного управления и телеметрии. Здесь устройства Bluetooth могут использоваться наряду с модулями технологий Wi-Fi, ZigBee, Short Range RF 434/868 МГц. Данная область применения в равной степени актуальна как для России, так и для зарубежных стран.
  • Компьютерная техника и телекоммуникационное пользовательское оборудование. Ноутбуки, сотовые телефоны, смартфоны, торговые терминалы со встроенной функцией Bluetooth. Это применение характерно в основном для зарубежных производителей.

Устройства Bluetooth

В качестве примера рассмотрим хорошо известные в России недорогие модули Bluetooth производства тайваньской компании Rainsun (табл. 2). Характерной особенностью данных изделий является то, что они имеют встроенный стек с поддержкой одного из стандартных профилей Bluetooth (выбирается по заказу) и не имеют командного интерфейса. Для перенастройки модуля необходимо специальное оборудование и программное обеспечение. В разных применениях это может быть как достоинством, так и недостатком. С одной стороны, модуль внутри конечного устройства клиента полностью защищен от внешних несанкционированных воздействий. Настройки его не могут быть сбиты или нарушены без применения специальной аппаратуры. Но с другой стороны, пользователь не может оперативно вмешаться в настройки модуля, если есть такая необходимость.

Таблица 2. Модули Bluetooth производства компании Rainsun

Модуль Описание Профили Фото
BTM-222 Класс 1. Размер 28,0×15×2,2 мм По выбору: SPP; HCI

BTM-370 Класс 2. Аудио кодек. Контроллер аккумулятора. Размер 16,5×13×2,2 мм По выбору: HeadSet/HandsFree; SPP; HCI

BTM-111 Класс 2. Размер 25,0×14,5×2,2 мм По выбору: SPP; HCI

BTM-160 Класс 2. Размер 14,0×12,0×2,2 мм По выбору: SPP; HCI

Финская компания Bluegiga предлагает обширную линейку модулей [ - ] (табл. 3), которая перекрывает практически весь диапазон возможных применений Bluetooth. В линейке продукции этой компании можно выделить модуль WT41. За счет высококачественной радиочастотной части, собранной на дискретных компонентах, и специальной встроенной антенны с высоким коэффициентом усиления он обеспечивает дальность связи до 1000 метров. Это значит, что модуль может успешно конкурировать с технологиями 434/868 МГц. Это еще один типичный пример пересечения двух технологий группы Short Range RF.

Таблица 3. Модули компании Bluegiga

Модуль Описание Профили Фото
WT11/WT11i Класс 1. Размер 35×14×2,3 мм

WT12 Класс 2. Размер 26×14×2,4 мм 16 стандартных профилей iWRAP

WT21 Класс 1. Размер 17,1×11,6×2,6 мм Только HCI

WT32 Класс 2. Аудиокодек. Размер 17,9×15,0×2,5 мм 16 стандартных профилей iWRAP

WT41 Класс 1. Дальность до 1000 м. Размер 35,3×14×5,65 мм 16 стандартных профилей iWRAP

BLE112 Класс 2. Размер 18,1×12×2,3 мм SPP, Bluetooth 4.0

Модуль BLE112 — самый новый в линейке . Он поддерживает стандарт Bluetooth версии 4.0 и не имеет обратной совместимости с предыдущими версиями. BLE112 предназначается для конкуренции с модулями ZigBee в классе малопотребляющих радиочастотных устройств с поддержкой сложных сетей.

Wi-Fi

Стандарт беспроводной передачи данных Wi-Fi был создан специально для объединения нескольких компьютеров в единую локальную сеть. Обычные проводные сети требуют прокладки множества кабелей через стены, потолки и перегородки внутри помещений. Также имеются определенные ограничения на расположение устройств в пространстве. Беспроводные сети Wi-Fi лишены этих недостатков: можно добавлять компьютеры и прочие беспроводные устройства с минимальными физическими, временными и материальными затратами. Для передачи информации беспроводные устройства Wi-Fi используют радиоволны из спектра частот, определенных стандартом IEEE 802.11. Существует четыре разновидности стандарта Wi-Fi (табл. 4). 802.11n поддерживает работу сразу в двух частотных диапазонах одновременно на четыре антенны. Суммарная скорость передачи данных при этом достигается 150-600 Мбит/с.

Таблица 4. Разновидности стандарта Wi-Fi

Плюсы и минусы

Сформулируем некоторые ключевые особенности стандарта Wi-Fi. К его достоинствам относятся:

  • высокая скорость передачи данных;
  • компактность;
  • большое разнообразие модулей под разные задачи;
  • высокий уровень стандартизации и совместимость между устройствами Wi-Fi разных производителей;
  • защита передаваемых данных.

Основные недостатки таковы:

  • большое энергопотребление и невозможность работы в течение длительного времени от автономных источников питания;
  • относительно высокая стоимость (по сравнению с Bluetooth и ZigBee).

Области применения

Характерные особенности стандарта Wi-Fi диктуют основные области его применения. Это:

  • Автомобильная электроника. Модули Wi-Fi могут применяться в системах мониторинга автотранспорта и в бортовых автомобильных системах, поскольку тут практически отсутствуют ограничения по потреблению энергии.
  • Системы удаленного управления и телеметрии. Модули Wi-Fi могут применяться наряду с модулями технологий Bluetooth, ZigBee, Short Range RF 434/868 МГц. Главные преимущества — высокая скорость передачи данных и высокий уровень стандартизации.
  • Компьютерная и офисная техника. Построение компьютерных сетей для обмена большими потоками данных с высоким уровнем безопасности.

Все перечисленные применения в одинаковой мере актуальны для России и других стран с достаточным уровнем технического оснащения.

Устройства Wi-Fi

Одним из наиболее популярных в России производителей модулей Wi-Fi является тайваньская компания WIZnet. В линейке ее продукции присутствует четыре их основных разновидности (табл. 5). Модуль WIZ610wi был одной из первых разработок компании. В нем имеется богатый функционал, предоставляемый встроенным стеком Wi-Fi высокого уровня с поддержкой командного интерфейса. Но модуль имел некоторые технические проблемы: очень высокое энергопотребление, сильный нагрев во время работы и большое время загрузки после включения питания. Большинство этих проблем было устранено в модуле WIZ620wi , который, по сути, представляет собой улучшенную и усовершенствованную версию модуля WIZ610wi. Кроме того, WIZ620wi стал поддерживать Wi-Fi 802.11n (2,4 ГГц), на что не был способен его предшественник.

Таблица 5. Модули компании WIZnet

Модуль Описание Режимы Фото
Wiz610wi IEEE 802.11b/g 20 дБм; штырьковый разъем.

Wiz620wi Доработанный и улучшенный аналог WIZ610wi. Не pin-to-pin. Serial-Wi-Fi; точка доступа; узел беспроводной сети; шлюз.

WizFi210 IEEE 802.11b/g
8 дБм; под пайку. 		Только Serial-Wi-Fi.

WizFi220 Pin-to-pin аналог WizFi210, но с увеличенной мощностью (до 17 дБм). Только Serial-Wi-Fi.

Модуль WizFi210 — самый новый и самый перспективный в линейке. Функционал его ограничен только поддержкой режима работы Serial-Wi-Fi, благодаря чему удалось значительно снизить энергопотребление устройства. Добавлены режимы пониженного энергопотребления (в режиме Standby всего 5 мкА). По этим показателям модуль приближается к некоторым разновидностям модулей Bluetooth и даже ZigBee. Это еще один пример попытки нескольких беспроводных стандартов Short Range RF вступить в конкуренцию.

Модуль WizFi220 — полный аналог модуля WizFi210, но с увеличенной выходной мощностью. Дальность связи может достигать нескольких сотен метров, что позволит ему в ряде случаев конкурировать с модулями, поддерживающими радиосвязь в частотных диапазонах 434/868 МГц и с Bluetooth-модулем WT41 компании Bluegiga (табл. 3).

ZigBee

В случаях, когда дальность радиосвязи в прямой видимости оказывается недостаточно большой и возникает необходимость ее наращивания при сохранении энергопотребления на низком уровне, целесообразно обратить внимание на стандарт беспроводной связи ZigBee. Характерные особенности данного стандарта позволяют:

  • Создавать сложные сетевые решения с автоматической маршрутизацией, ретрансляцией пакетов данных и автоматическим восстановлением сети в случае выхода из строя отдельных узлов.
  • Обеспечивать высокий уровень защиты передаваемых данных.
  • Гибко настраивать узлы сети.
  • Поддерживать в одной сети от нескольких сотен до нескольких тысяч узлов.
  • Получить скорость обмена данными 250 кбит/с по радиоканалу.

Для облегчения процесса разработки и обеспечения максимальной совместимости устройств ZigBee разных производителей между собой была разработана библиотека ZigBee-кластеров (ZigBee Cluster Library, ZCL) . Этот документ вводит понятие стандартных типов устройств, стандартных команд для этих устройств, наборы стандартных атрибутов, диапазоны значений этих атрибутов, типы данных для задания значений атрибутов и т. д. ZCL группирует кластеры по целевому предназначению: общего назначения; для работы с датчиками; для управления осветительными устройствами, вентиляцией и т. д. Использование стандартных кластеров для пересылки сообщений является обязательным требованием всех новых спецификаций ZigBee с 2007 г.

Для стандартных типов устройств существуют стандартные профили приложения . Спецификация профиля определяет параметры, необходимые для совместной работы устройств в одной сети. Существует по крайней мере два основных профиля:

  • Home Automation. Этот профиль дает возможность производителям беспроводных систем домашней автоматизации во всем мире разрабатывать совместимые устройства класса «Умный дом». Он регламентирует работу устройств управления осветительным оборудованием, системами кондиционирования, отопления, вентиляции и т. д.
  • Smart Energy. Этот профиль позволяет обеспечить беспроводную связь между устройствами домашней автоматизации и устройствами измерительной инфраструктуры коммунальной службы, занимающейся учетом энергоресурсов.

Плюсы и минусы

Исходя из особенностей стандарта ZigBee, сформулируем его плюсы и минусы.

Достоинства:

  • защита передаваемых данных;
  • поддержка сложных беспроводных сетей;
  • ультранизкое энергопотребление (возможна автономная работа от батарейки до 10 лет).

Недостатки:

  • недостаточно высокий уровень стандартизации и отсутствие единой программно-аппаратной платформы для разработки сложных приложений;
  • невысокая скорость передачи данных. Большая часть трафика ZigBee тратится на передачу пакетов, содержащих адресную информацию, пакеты синхронизации и т. д. Полезная скорость передачи данных составляет около 30 кбит/с.

Области применения

Основные области применения технологии ZigBee:

  • Домашние развлечения и контроль — рациональное освещение, продвинутый температурный контроль, охрана и безопасность, фильмы и музыка.
  • Домашнее оповещение — датчики воды и энергии, мониторинг энергии, датчики задымления и пожара, рациональные датчики доступа и переговоров.
  • Мобильные службы — мобильные оплата, мониторинг и контроль, охрана и контроль доступа, охрана здоровья и телепомощь.
  • Коммерческое строительство — мониторинг энергии, света, контроль доступа.
  • Промышленное оборудование — контроль процессов, промышленных устройств, управление энергией и имуществом.

Устройства ZigBee

В качестве примера рассмотрим линейку модулей стандарта ZigBee известной итальянской компании Telit, построенных на основе чипа CC2430 от TI [ - ] (табл. 6). Размеры всех указанных модулей 21×14,2×2,2 мм.

Таблица 6. Модули компании Telit

Модули ZE50 и ZE60 на данный момент считаются достаточно устаревшими. Вместо них во всех новых проектах рекомендуется использовать ZE51 и ZE61 соответственно. Немаловажно то, что компания Telit является членом ассоциации ZigBee Alliance. Вся линейка модулей может предоставляться со встроенным стеком ZigBee, поддерживающим стандартные профили этой технологии. Также существует возможность поставки модулей без стека. Такой вариант будет стоить дешевле, но конечному разработчику придется взять на себя все затраты, связанные с разработкой собственной модификации ZigBee-стека и его лицензированием в ассоциации ZigBee Alliance.

В развитии линейки модулей компании Telit прослеживается явная тенденция к увеличению дальности радиосвязи при сохранении низкого энергопотребления. Налицо явная попытка стандарта ZigBee конкурировать с технологиями частотных диапазонов 434/868 МГц, предназначенными для радиосвязи на больших расстояниях.

434/868 МГц

Иногда на практике встречаются ситуации, когда ни один из существующих стандартов беспроводной связи Short Range RF не удовлетворяет требованиям приложения разработчика. Специально для таких случаев во всем мире существует группа радиочастотных диапазонов 434/868 МГц, открытых для свободного использования, в которых не существует стандартов беспроводной связи. Устройства для передачи данных на этих РЧ имеют следующие отличительные особенности:

  • Отсутствие стандартизации. Каждый разработчик может создавать свой стек протоколов взаимодействия между устройствами радиосети.
  • Большое разнообразие компонентов. Разработчик всегда может подобрать компоненты, оптимальным образом соответствующие требованиям проекта по цене, степени интеграции, способу монтажа и т. д.
  • Большая дальность действия по сравнению с устройствами диапазона 2,4 ГГц. Радиоволны ВЧ-диапазона менее интенсивно затухают при распространении в различных средах и лучше огибают физические препятствия.
  • Относительно невысокая скорость по сравнению с устройствами диапазона 2,4 ГГц.

Плюсы и минусы

Бесспорные достоинства Short Range RF 434/868 МГц:

  • высокая дальность (до 10 км);
  • ультранизкое энергопотребление (возможна автономная работа от батарейки до 10 лет);
  • возможность беспрепятственной разработки собственного стека.

Недостатки:

  • невысокая скорость передачи данных (до нескольких десятков кбит/с).

Области применения

Характерные особенности технологий 434/868 МГц ограничивают их применение следующими областями:

  • Системы контроля доступа и безопасности:
    - бесконтактные ключи и карты доступа;
    - автомобильные сигнализации.
  • Бытовая электроника:
    - пульты дистанционного управления;
    - беспроводные станции погодного мониторинга;
    - радиоуправляемые игрушки;
    - персональные пейджеры.
  • Системы домашней автоматизации.

Устройства для РЧ-диапазона 434/868 МГц

Telit пошла по пути стандартизации радиосвязи в частотных диапазонах 434/868 МГц [

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.

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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:

  1. Совмещает в себе предшествующие протоколы. Поддерживает основные функции предыдущих протоколов.
  2. Увеличение скорости.
  3. 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.