Bluetooth - обмен данными на небольших расстояниях

:

Еще не так давно, для того, чтобы загрузить в телефон новую мелодию, картинку или игру, необходимо было воспользоваться кабелем. В некоторых случаях это был  весьма специфичный кабель, который не подходил к другой модели от этой же фирмы. Конечно, можно было воспользоваться услугами инфракрасного порта, но это было медленно и неудобно.

Все изменилось с появлением протокола Bluetooth, предназначенным для обмена данными на небольших расстояниях - обмен информацией с ним стал и проще и быстрей.

Работы по созданию протокола еще в 1994 году начала компания Ericsson, как альтернативу проводам. Спецификация Bluetooth была разработана основанной в 1998 году группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), в которую вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia.

Протокол Bluetooth  основан на использовании радиоволн в диапазоне, не требующем получения разрешений (применяется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях). В нем применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS), который прост в реализации и обеспечивает устойчивость к помехам - несущая частота сигнала меняется 1600 раз в секунду, а последовательность переключения между частотами для каждого соединения является случайной и известна только передатчику и приёмнику. Каждые 625 микросекунд приемник и передатчик одновременно перестраиваются с одной несущей частоты на другую, так что, если рядом работает другая пара приёмник-передатчик, они не мешают друг другу.

В характеристиках разнообразных мобильных телефонов мы часто встречаем пункт с указанием версии Bluetooth и, хотя большинство из нас знает что это такое и «с чем его едят», немногие знают, чем эти протоколы различаются на практике.

 

Bluetooth 1.0

Первая версия протокола, как уже упоминалось выше, появилась еще в 1998 году. Чуть позже вышла версия 1.0B, но они имели плохую совместимость между продуктами различных производителей. В 1.0 и 1.0B на этапе установления связи была обязательной передача адреса устройства, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком данной спецификации.

В настоящее время она считается устаревшей и ни одно из выпускаемых устройств эту версию не использует.

 

Bluetooth 1.1

Версия Bluetooth 1.1 стала работой над ошибками обнаруженными в 1.0B. Помимо этого была добавлена поддержка для нешифрованных каналов и индикация уровня мощности принимаемого сигнала.

 

Bluetooth 1.2

Данная версия протокола используется в устройствах до сих пор. В версии 1.2 разработчики добавили поддержку технологии подстраиваемой  перестройки рабочей частоты, что улучшило сопротивляемость к помехам, увеличилась скорость передачи. Так же добавилась технология улучшения качества передачи голоса с помощью повторения повреждённых пакетов (eSCO).

Особенностью Bluetooth 1.2 является увеличенная скорость передачи данных, включая речь, файлы и сервисную информацию, возможность быстрого спаривания и анонимность устройств в сети

Главные улучшения включают следующее:

  • Быстрое подключение и обнаружение.
  • Адаптивная перестройка частоты с расширенным спектром (AFH),
  • Более высокие скорости передачи данных (до 721 кбит/с)
  • Расширенные Синхронные Подключения (eSCO), которые улучшают качество передачи голоса в аудиопотоке
  • В Host Controller Interface (HCI) добавлена поддержка трёхпроводного интерфейса UART.
  • Утверждён как стандарт IEEE Standard 802.15.1-2005.
  • Режимы управления потоком данных (Flow Control) и повторной передачи (Retransmission Modes) для L2CAP.

 

Bluetooth 2.0 + EDR

10 ноября 2004 г. вышел Bluetooth версии 2.0. Протокол имеет обратную совместимость с предыдущими версиями 1.x. Основное нововведение в этой версии - еще большее ускорение передачи данных благодаря технологии EDR (Enhanced Data Rate).

Теоретическая скорость EDR около 3 Мбит/с, но на практике ее применение позволило повысить скорость передачи данных только до 2,1 Мбит/с.

Bluetooth SIG опубликовала спецификацию как «Технология Bluetooth 2.0 + EDR», подразумевая, что EDR является дополнительной функцией, которую производители могут использовать по своему усмотрению - известно, что в коммуникаторе HTC TyTN Pocket PC версия Bluetooth 2.0 была без EDR.

Согласно 2.0 + EDR спецификации, EDR обеспечивала:

  • Увеличение скорости передачи до 3 раз (2,1 Мбит/с).
  • Уменьшала сложности нескольких одновременных подключений из-за дополнительной полосы пропускания.
  • Обеспечивала более низкое потребление энергии за счет уменьшения нагрузки.

 

Bluetooth 2.1 + EDR

Версия 2.1+EDR была представлена в августе 2008 года и до сих пор остается самой распространенной версией стандарта. С данным стандартом совместимы практически все устройства, включая навигаторы, беспроводные мыши, гарнитуры и другую периферию. Такой успех стал возможен за счет того, что в протоколе удалось добиться значительного снижения энергопотребления - в пять раз. Кроме того, версия Bluetooth 2.1 повышает уровень защиты данных и облегчает распознавание и соединение Bluetooth-устройств благодаря уменьшению количества шагов за которые оно выполняется, вплоть до того, поддерживает спаривание при помощи простого нажатия кнопки без ввода пароля.

 

Bluetooth 3.0 + HS

Спецификация 3.0+HS была принята Bluetooth SIG 21 апреля 2009 года и стала настоящим скоростным прорывом - теоретически она поддерживает скорость передачи данных до 24 Мбит/с. Для достижения подобных скоростей было получено за счет применения двух модулей: обычного Bluetooth 2.0 и дополнительного модуля, работающего по протоколу 802.11 со скоростью до 24 Мбит/с (аналогично Wi-Fi). Выбор модуля для передачи данных зависит от размера передаваемого файла - небольшие файлы передаются по медленному каналу, а большие — по высокоскоростному.

Недостатками протокола является то, что У Bluetooth 3.0 + HS  нет совместимости с Wi-Fi, так как используется общий стандарт 802.11 (без суффикса), несовместимый со спецификациями Wi-Fi 802.11b/g или 802.11n, а так же, повышенное энергопотребление при передаче больших файлов.

 

Bluetooth 4.0

Спецификация Bluetooth 4.0 была утверждена 30 июня 2010г и предназначалась для устранения главного недостатка технологии HS – относительно высокого энергопотребления.

Bluetooth 4.0 обеспечивает скорость передачи данных 1 Мбит/с при размере пакета данных 8—27 байт, совместимые устройства смогут устанавливать соединение менее чем за 5 миллисекунд и поддерживать его на расстоянии до 100 м, а необходимый уровень безопасности обеспечивает 128-битное AES-шифрование.

Bluetooth 4.0 включает в себя следующие протоколы:

  • Классический Bluetooth (состоит из протоколов предыдущих спецификаций Bluetooth)
  • Высокоскоростной Bluetooth (основан на Wi-Fi)
  • Bluetooth с низким энергопотреблением - достигается за счёт использования специального алгоритма работы. Алгоритм написан так, что передатчик включается только на время отправки данных. Таким образом обеспечивается возможность работы в течение нескольких лет от одной батарейки типа CR2032.

Прежде всего, Bluetooth 4.0  предназначен для миниатюрных электронных датчиков, использующихся в тренажёрах, медицинских сенсорах, сенсорах температуры, давления, влажности, скорости передвижения и т.д., но помимо этого, может использоваться в мобильных телефонах, смартфонах, ПК и т.п.

Первый чип с поддержкой Bluetooth 3.0 и Bluetooth 4.0 был выпущен компанией ST-Ericsson в конце 2009 года.

 

Подведем итоги

Профиль Bluetooth - это набор функций, основанных на протоколах Bluetooth. Каждое конкретное устройство может использовать свой набор профилей - то есть, если мобильный телефон поддерживает только профиль устройства handsfree, а гарнитура - только профиль гарнитуры, их взаимодействие невозможно.

В Bluetooth существует множество профилей. Вот лишь основные из них:

  • последовательного порта (Serial Port Profile - SPP)
  • коммутируемого доступа (dial-up networking)
  • гарнитуры
  • устройства hands-free
  • подключения к ЛВС
  • факса
  • передачи файла
  • синхронизации

Уделять внимание версии Bluetooth нужно только тогда, когда устройство способно реализовать все свои функции исключительно с данным протоколом. Если приобретаемый гаджет требует поддержки Bluetooth 4.0, он либо не сможет реализовать всю полноту своего функционала с предыдущими версиями, либо не «заведется вовсе».

Источник:  4pda.ru