Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи

Что такое Bluetooth?

Bluetooth 5.0 является последней версией стандарта беспроводной связи Bluetooth. Он обычно используется для беспроводных наушников и другого аудиооборудования, а также для беспроводных клавиатур, мышей и игровых контроллеров. Bluetooth также используется для связи между различными устройствами умного дома и Интернета вещей (IoT).

Новая версия стандарта Bluetooth означает различные улучшения, но только при использовании с совместимыми периферийными устройствами. Другими словами, Вы не увидите никакой выгоды от обновления телефона с Bluetooth 5.0, если все Ваши аксессуары Bluetooth были разработаны для более старой версии Bluetooth. Однако Bluetooth обладает обратной совместимостью, поэтому Вы можете продолжать использовать существующие Bluetooth 4.2 и более старые устройства с телефоном Bluetooth 5.0. И когда Вы покупаете новые периферийные устройства с поддержкой Bluetooth 5.0, они будут работать лучше благодаря Вашему телефону с Bluetooth 5.0.

Обзоры

Bluetooth. Технология, которая двадцать лет тому назад полностью перевернула представления о возможностях передачи данных. В далеком 1998 году группа компаний, специализирующихся на разработке и выпуске мобильных телефонов, мультимедийных гаджетов и программного обеспечения (Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba) представила на суд общественности уникальную технологию экономной и чрезвычайно удобной радиосвязи, позволяющей на небольшом расстоянии обмениваться протоколами данных с помощью компактных персональных устройств.

Сам термин Bluetooth появился с легкой руки шведов из Ericsson. Одного из легендарных правителей Скандинавии звали Харальд I Синезубый по прозвищу Объединитель, отсюда же и логотип нового стандарта (две руны — «хаглаз»и «беркана» ).

Как это работает

Технология Bluetooth позволяет передавать изображения, голосовые, видео, аудио, текстовые сообщения (со скоростью до 64 Кбит/сек). Для беспроводной передачи информации используются асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) или же симметричный (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях) методы. По сути, встроенное в гаджет Bluetooth-устройство, представляет собой радиопередатчик (частота 2.4 ГГц), способный устанавливать связь между гаджетами на максимальной дистанции до 100 метров. Чаще всего мощность Bluetooth-чипа рассчитана на 10 метров. Такой радиус действия обеспечивает низкое потребление энергоресурсов аккумулятора или батареи гаджета, что, в свою очередь, гарантирует относительно небольшие габариты устройства и невысокую стоимость его комплектующих.

Передатчик работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Эта технология кластеризирует передаваемые данные в отдельные пакеты, а затем транслирует их по псевдо рендомному принципу, периодически меняя частоту передачи (изменения совершаются до 1,6 тысячи раз в секунду). Передавать и принимать информацию в данном случае могут только те гаджеты, которые настроены на один шаблон, так называемый pattern передачи. При этом любые другие устройства смогут воспринимать передачу данных только лишь как белый шум.

Немного истории

Истоки этой технологии отслеживаются еще в далеком 1994 году. Именно тогда, на заре мультимедиа, ведущий на тот момент производитель технических средств для мобильной связи компания Ericsson предлагает Bluetooth как альтернативу кабельному способу передачи данных. Предполагалось (и не безосновательно), что эта технология будет активно применяться для высокоскоростного обмена данными между персональными компьютерами, а также различными периферийными гаджетами, игровыми терминалами и джойстиками, мобильными телефонами и гарнитурами и т.д.

За всю достаточно долгую историю этой оригинальной беспроводной технологии, появилось немало различных версий, которые каждый раз удивляли своими новыми возможностями. Первая ласточка – технология Bluetooth стандарта 1.0 и 1.0 B, появившаяся еще в 1998 году. В силу того, что эти версии были пионерами в этом направлении, обмен данных был недостаточно корректен в работе. Коммуникабельность между оборудованием от разных компаний-производителей желала лучшего. Обязательное предоставление адреса устройства при установлении контакта не смогла обеспечить безопасность соединения по протоколу.

Учтя огрехи и пожелания пользователей, разработчики немного модернизировали версию и предложили новый стандарт — Bluetooth 1.1. В него были добавлены опции для нешифрованного канала и возможность определения степени мощности для принимаемого сигнала. При создании Bluetooth 1.2 производители пошли еще дальше и добавили возможность быстрого контакта и обнаружения сигнала. Эта версия, в отличие от более ранних, характеризовалась неплохими показателями скорости передачи данных и стойкостью к импульсивным радиоэлектронным помехам. Поэтому версия 1.2 была утверждена как стандарт для беспроводного обмена информацией в 2005 году.

В Bluetooth стандарта 2.0 была частично решена проблема не высокой скорости обмена файлами между устройствами. Содействие платформы Enhanced Data and Response (EDR) позволило поднять скорость до 3-х Мбит/с. Правда, на выходе передача информации достигала всего лишь — 2,1 Мбит/с. Подразумевается, что технология EDR поддерживает Bluetooth версии 2.0, являясь только дополняющей функцией. Кроме этой поддержки существуют также другие апгрейты, направленные на ускорение и передачи данных, однако именно Enhanced Data and Response обеспечивает быстрый контакт устройств (в 3 раза быстрее для базовой версии), минимизируя трудности одномоментного подключения нескольких устройств. Версия Bluetooth 2.1 позволила расширить перечень характеристик для обмена данными между устройствами. К тому же, появилась возможность энергосбережения с помощью новой технологии для коммуникаций Sniff Subrating, что позволило увеличить длительность беспрерывной работы прибора от одного заряда батареи в несколько раз.

В 2004 году специально для Bluetooth выходит спецификация Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate). Спецификация EDR для серии Bluetooth 2.1 позиционируется как защита данных и помощник в идентификации и присоединении сторонних Bluetooth-устройств. Это становится возможным благодаря сокращению количества действий при передаче данных. Производительность используемых устройств при этом увеличивается, а количество потенциальных ошибок при передаче данных уменьшается.

На современном этапе

Основные модификации для обмена данных, которые применимы сегодня к подавляющему большинству оборудований — Bluetooth стандарта 3.0 и версии 4.0. Стандарт 3.0 поддерживает скорость передачу и обмен пакетами данных до 24 Мбит/с. Таких результатов удалось достичь с помощью объединения обычного Bluetooth 2.0 с протоколом IEEE 802.11, который больше известен как локальная беспроводная сеть Wi-Fi. Передача информации при этом происходит следующим образом: медленный канал используется для передачи компактных файлов, а высокоскоростной, в свою очередь, обеспечивает передачу пакета информации большего размера.

Основным недостатком для Bluetooth 3.0 является неоправданно большое энергопотребление устройства, поддерживающее эту технологию. Казалось бы, что в предыдущих интерфейсах уже решали вопрос, касающийся энергосбережения. Однако решительный прогресс в скорости для стандарта Bluetooth 3.0, обернулся высокими энергетическими затратами. При этом в версии Bluetooth 3.0 всё-таки становится возможным скачивать в относительно короткие сроки данные DVD-объема. В версия 4.0, в отличие от третьего поколения, разработчикам наконец то удалось решить вопрос с уменьшением энергозатрат. При этом данная версия позволяет увеличить скорость до 1 Мб/с, а максимально расстояние стабильной передачи информации увеличилось до отметки в 100 метров. Уровень защиты конфиденциальности обеспечивает стандарт Advanced Encryption с характеристикой в 128 бит.

С помощью использования уникального алгоритма работы, потребление энергии значительно сокращается. Устройство передачи данных активирует свою работу только во время отправления информации. Эта версия позволяет установить соединение устройств менее чем за 0,05 секунд.Протокол Bluetooth версии 4.0 в первую очередь предназначен для достаточно широкого семейства небольших датчиков и миниатюрных сенсоров. В частности, в этот перечень входят датчики движения, температуры и влажности воздуха. Устройства, работающие на базе Bluetooth версии 4.0, способны беспрепятственно передавать и обмениваться информацией с такими гаджетами, как смартфоны, фаблеты, мобильные телефоны, персональные компьютеры или планшеты.

Special Interest Group в конце зимы 2013 года продемонстрировала улучшенную версию предыдущей модели — Bluetooth стандарта 4.1. Примечательно, что улучшение коснулось одновременной и слаженной работы беспроводной технологии и стандарта сотовой связи Long Term Evolution. Решение автоматического регулирования передачи файлов подразумевает и защиту от взаимных препятствий.В последующей версии Bluetooth 4.2, которая появилась на рынке в начале декабря 2014 года, разработчики усовершенствовали параметры конфиденциальности и немного увеличили скорость передачи информационного материала от устройства к устройству.

Следует отметить, что разные гаджеты и девайсы, поддерживающие Bluetooth, при передаче данных используют самую низкую из всех возможных версий и самый простой протокол из предоставленных. Другими словами, смартфон с Bluetooth версии 4.0 и беспроводные наушники стандарта 2.1, при технологии EDR, произведут подключение именно по Bluetooth версии 2.1.

Встречайте, Bluetooth 5.0

!
В середине июня 2020 года Bluetooth Special Interest Group (SIG) знакомит нас с улучшенной беспроводной технологией Bluetooth версии 5.0, которая по своим базовым характеристикам выигрывает у всех своих предшественников. Что же тут принципиально нового и какие улучшения нам предлагают разработчики? Обо всем по порядку.
Скорость передачи пакета данных с помощью новых подходов Coded PHY и Forward Error Correction (FEC) увеличена в несколько раз, а расстояние, на котором может осуществляться работа, сдвинулась с отметки в 10 метров до 40 в помещении. На улице этот показатель достигает поражающих результатов для беспроводной технологии — 200 метров. Данная версия предполагает использование канала вещания на частоте 2,4 МГц. А максимальная скорость передачи информации увеличилась до 6 Мбит/с. Безусловно, скорость еще далека от возможностей проводного вида передачи пакета данных (например, USB 2.0 – до 60 МБ/с). Но для беспроводных технологий — это колоссальный прорыв!

Вследствие увеличения скорости передачи данных, синхронизация отдельных устройств происходит значительно надежнее, чем в предшествующих версиях. Отметим также низкое потребление энергии при работе устройств, обеспеченных Bluetooth версии 5.0. По сравнению с предыдущим поколением, энергозатраты снижены в 2,5 раз.

Выгоды для пользователей очевидны. Теперь не придется путаться в наушниках при беге на стадионе. Смартфон передает информацию (в нашем примере — музыку) непосредственно в каналы наушников. При этом пользователю нет необходимости постоянно останавливаться с целью переустановить или перезагрузить соединение с телефоном и смарт-часами. Надежные Bluetooth-наушники и беспроводные колонки в течение последних двух лет — одно из самых показательных достижений Bluetooth пятого поколения.

Увеличенный радиус действия обеспечил эффективную организацию Интернет-соединения в условиях современной квартиры или дома, что позволяет управлять бытовой техникой и любыми электрическими приборами удаленно (в случае их подключения к системе «умный дом») с единого пульта или мультимедийного устройства. Естественно, эта возможность существует только при наличии поддержки нужного протокола и сервера. Передавать и скачивать данные можно теперь в практически неограниченном объеме в максимально короткие сроки. Такая возможность обеспечивается благодаря наличию широковещательных каналов передачи, устанавливающими и поддерживающими контакт между разными Bluetooth-устройствами со сторонними гаджетами без предварительного подключения.

Еще одно важное преимущество – все, устройство, оборудованные чипами Bluetooth 5.0 совместимы с девайсами, работающими со старыми протоколами и предыдущими версиями этой технологии. Таким образом наличие в новой версии интерфейса определенной программы позволяет продолжать работать с более старым устройством без значительной модификации или перенастройки.

В заключении

Итак, подытожим. По сравнению со своими предыдущими версиями технология Bluetooth 5.0 обладает целым рядом преимуществ:

• скорость передачи информации выросла до 2 Мбит/с;
• дальность передачи с помощью Coded PHY и Forward Error Correction (FEC) увеличилась в 4 раза;
• пропускная способность выросла в 8 раз.

В условиях стремительного развития рынка беспроводных гаджетов, Bluetooth 5.0 в течение ближайшего времени может дополняться новыми апгрейдами, направленными на стабилизацию соединения между подключаемыми устройствами.

Ну и напоследок, хотелось бы привести вам сравнительную таблицу версий bluetooth:

Bluetooth 5.1

Низкое энергопотребление Bluetooth для беспроводных наушников (и многое другое)

Важно отметить, что все усовершенствования Bluetooth относятся к спецификации Bluetooth Low Energy, которая была введена с Bluetooth 4.0, а не к классическому Bluetooth-радио, которое использует больше энергии. Технология Bluetooth Low Energy предназначена для снижения энергопотребления периферийных устройств Bluetooth. Первоначально он использовался для носителей, маяков и других маломощных устройств, но имел некоторые серьезные ограничения.

Например, беспроводные наушники не могли общаться через Bluetooth Low Energy, поэтому вместо этого им пришлось использовать более мощный голосовой стандарт Bluetooth. С Bluetooth 5.0 все аудиоустройства обмениваются данными по Bluetooth Low Energy, что означает снижение потребления энергии и увеличение срока службы батареи. В будущем многие другие типы устройств смогут связываться с Bluetooth Low Energy.

Примечательно, что AirPods от Apple не используют Bluetooth 5.0. Они используют Bluetooth 4.2 и специальный чип Apple W1 для улучшения соединения. На Android Bluetooth 5.0 должен помочь сделать Bluetooth-наушники чем-то, что Вы хотите использовать.

Гибкие соединения с Bluetooth 4.1

Архитектура соединений Bluetooth 4.1 функционирует в соответствии с принципом Master-Slave. Одно устройство при этом действует как ведущее (Master), а второе — как ведомое (Slave). Все устройства могут работать как в качестве ведущих, так и в качестве ведомых.

Таким образом, данные фитнес-браслета или пульсомера теперь можно передавать непосредственно в смартфон, который затем произведет их анализ. Ранее прямое взаимодействие фитнес-браслета и смартфона было невозможным.

Два преимущества обновления Bluetooth: во-первых, не нужно беспокоиться о совместимости. Bluetooth 4.0 и Bluetooth 4.1 абсолютно совместимы. Новый чип для Bluetooth 4.1 тоже не нужен. Bluetooth 4.1 будет доступен при помощи обновления прошивки Bluetooth 4.0.

Эксперты также прогнозируют, что Bluetooth 4.1 будет поддерживать IPv6. Сейчас этого нет. Поскольку новая версия Bluetooth полностью поддерживает IPv6, всем устройствам Bluetooth будет присвоен IP-адрес, и к ним будет открыт доступ через Интернет. Так что можно говорить о том, что революция Bluetooth уже началась.

Dual Audio

Bluetooth 5.0 также обеспечивает отличную новую функцию, позволяющую одновременно воспроизводить звук на двух подключенных устройствах. Другими словами, у Вас могут быть две пары беспроводных наушников, подключенные к Вашему телефону, и они одновременно передают звук обоим из них через стандартный Bluetooth. Или Вы можете воспроизводить аудио на двух разных динамиках в разных комнатах. Вы могли бы одновременно передавать два разных аудиоисточника на два разных аудиоустройства одновременно, поэтому два человека могли слушать две разные части музыки, но транслировались бы они с одного телефона.

Больше скорости, расстояния и пропускной способности

Основными преимуществами Bluetooth 5.0 являются улучшенная скорость и больший диапазон. Другими словами, он работает быстрее и может работать на больших расстояниях, чем более старые версии Bluetooth.

Официальный маркетинговый материал Bluetooth от организации стандарта Bluetooth сообщает, что Bluetooth 5.0 имеет в четыре раза больше диапазона, в два раза больше скорости и в восемь раз больше пропускной способности чем более старых версий Bluetooth. Опять же, эти улучшения применимы к Bluetooth Low Energy, гарантируя, что устройства смогут использовать их при экономии энергии.

С Bluetooth 5.0 устройства могут использовать скорость передачи данных до 2 Мбит/с, что вдвое больше, чем поддерживает Bluetooth 4.2. Устройства также могут общаться на расстоянии до 240 метров, что в четыре раза превышает 60 метров, разрешенных Bluetooth 4.2. Однако стены и другие препятствия ослабит сигнал, как и Wi-Fi.

Стандарт сжатия aptX уже обещает качество CD аудио на более низких скоростях 1 Мбит/с, поэтому скорость 2 Мбит/с должна обеспечить еще лучшее качество беспроводного звука.

Технически, устройства могут выбирать между большей скоростью или большим диапазоном. Это преимущество «в два раза быстрее» полезно при работе на коротком расстоянии и отправке данных вперед и назад. Увеличенный диапазон был бы оптимальным для Bluetooth-маяков и других устройств, которым требуется только отправить небольшой объем данных или может отправлять данные медленно, но хотят общаться на больших расстояниях. Оба варианта обеспечивают низкое энергопотребление.

Устройства могут выбирать, что имеет наибольший смысл. Например, беспроводные наушники могут использовать скорость увеличения для потокового аудио высокой четкости, в то время как беспроводные датчики и устройства умного дома, которые просто должны сообщать о своем состоянии, могут выбирать увеличенное расстояние, чтобы они могли общаться на больших расстояниях. И, поскольку они могут использовать Bluetooth Low Energy и все еще получают эти преимущества, они могут работать от аккумулятора намного дольше, чем с более мощным классическим стандартом Bluetooth.

Профили Bluetooth

Технология Bluetooth поддерживает различные профили. Они отвечают за то, как и могут ли вообще устройства общаться друг с другом с помощью Bluetooth.

Существует множество различных профилей, которые предназначены для конкретных применений. Ниже приведены самые популярные из них:

• A2DP – расширенный профиль распространения звука в стерео.
• AVCTP – Audio/Video Control Transport, служит для передачи звука и изображения.
• AVRCP – профиль дистанционного управления аудио-видео, выполняет функцию пульта управления, который для связи использует связь Bluetooth.
• BPP – Basic Printing Profile, используется для печати документов с мобильного телефона с помощью Bluetooth, в настоящее время практически не используется, его роль взял на себя Wi-Fi.
• BIP – Basic Image Profile, служит для передачи, отображения и печати файлов в формате JPEG (фото).
• GAVDP – Generic AV Distribution Profile – контролирует передачу данных, аудио и видео.
• HSP – Handset Profile, используется для работы с клавишами управления мультимедиа в наушниках.
• HFP – Hands Free Profile предназначен для осуществления телефонных звонков в режиме hands-free.
• PBAP – Phonebook Access Profile – служит для доступа к телефонной книге на подключенном устройстве, например, комплект громкой связи.
• SYNC – Synchronisation, используется для синхронизации данных, обеспечивает передачу данных на/с ПК.

Когда Вы его получите?

Сегодня Вы можете получить устройства, поддерживающие Bluetooth 5.0, такие как iPhone 8 и 8 Plus, iPhone X, Samsung Galaxy S8 и S9 и будущие телефоны Android. Однако, Вам также понадобятся Bluetooth 5.0. Они еще не получили широкого распространения, но многие производители обещают выпускать устройства Bluetooth 5.0 в 2018 году.

Поскольку Bluetooth поддерживает обратную совместимость, Ваши Bluetooth 5.0 и более старые устройства Bluetooth будут работать вместе. Это немного похоже на переход на новый, более быстрый стандарт Wi-Fi. Даже после того, как Вы получите новый маршрутизатор, поддерживающий более быстрый Wi-Fi, Вам также необходимо обновить все остальные устройства. Но Ваши более старые устройства с поддержкой Wi-Fi все еще могут подключаться к Вашему новому маршрутизатору, причем на более медленной скорости, чем маршрутизатор поддерживает.

Если Вы можете получить доступ к телефону Android с Bluetooth 5.0 и наушникам с Bluetooth 5.0, у Вас, скорее всего, будет намного лучший беспроводной звук, чем у старого стандарта Bluetooth.

Пользователи iPhone могут получить хороший опыт работы с собственными наушниками AirPods или Beats от Apple благодаря чипу W1, но теперь на Android получить хороший Bluetooth-звук. Bluetooth 5.0 должен даже улучшить беспроводные наушники на iPhone, если Вы решите перейти на сторонние наушники Bluetooth 5.0 вместо наушников Apple с чипом W1.

Однако мы не рекомендуем обновлять каждую мелочь. Даже если у Вас ноутбук с поддержкой Bluetooth 5.0, например, обновление мыши с поддержкой Bluetooth 5.0, вероятно, не будет большим улучшением. Но, поскольку поддержка Bluetooth 5.0 находит свое отражение в каждом новом устройстве Bluetooth, Bluetooth-периферия станет лучше, а Bluetooth станет более надежным и энергоэффективным.

Bluetooth 5 — это будущее

Через четыре года в мире будет более 48 миллиардов смарт-устройств, из которых около трети будет иметь Bluetooth-соединение. Другими словами, на наши смартфоны будет подключено несколько миллиардов устройств. Очевидно, что стандарт Bluetooth будет одним из ведущих игроков в Интернете вещей (IoT).

Это уже король связи среди носимых, и многие устройства Smart Home также общаются с этой «голубой» волной. Поэтому единственное, что остается в будущем, это раздвинуть границы.

Очевидное будущее — это тот случай, когда мы можем контролировать больше устройств, чем в настоящее время с нашими смартфонами. Скоро мы сможем менять каналы через Bluetooth, а также увеличивать и уменьшать температуру на термостате или яркость света в нашей гостиной.

Bluetooth обладает большим потенциалом в области виртуальной реальности с этой новой скоростью. Благодаря крепкой связи между гарнитурами VR и другими устройствами нам больше не придется помещать наши смартфоны в мини гарнитуру. Телефонные дисплеи могли иметь четкое разрешение, не жертвуя временем автономной работы, и гарнитуры VR могли иметь свой собственный экран с правильным разрешением для своей цели. Это также значительно снизит вес устройства.