Раз что такое bluetooth
Bluetooth: технология и ее применение
Что же такое Bluetooth? Это технология беспроводной связи, созданная в 1998 году группой компаний: Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba. В настоящее время разработки в области Bluetooth ведутся Bluetooth SIG (Special Interest Group), в которую входят также Lucent, Microsoft и многие другие.
Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, коим является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией.
Частотный диапазона Bluetooth в большинстве стран свободен от лицензирования, но во Франции, Испании и Японии из-за законодательных ограничений необходимо использовать отличные от указанных выше частоты.
Часто приходится сталкиваться с мнением, что находящиеся в пределах действия связи Bluetooth-устройства могут просто соединиться и начать обмениваться информацией, которая, возможно, не предназначена для сторонних ушей или глаз. На самом деле автоматический обмен информацией между Bluetooth-устройствами ведется лишь на уровне аппаратного обеспечения, т.е. исключительно для определения самого факта возможности соединения. А вот на уровне приложений пользователь сам решает, ввести или запретить автоматическую установку связи. Таким образом, использование Bluetooth становится не опаснее подключения к Интернету, в котором все узлы также соединены электрически, но это еще не означает получение безоговорочного доступа к любому ресурсу.
Стоит также заметить, что стандарт Bluetooth разрабатывался с расчетом на малую мощность, поэтому воздействие его на организм человека сведено к минимуму.
Основным направлением использования Bluetooth должно стать создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи с холодильниками (вот уж что давно не подключали в сеть ). Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подсоединения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в информации либо обладающие необходимой информацией.
Как легко заметить, интерфейс Bluetooth намного лучше приспособлен для использования в тех беспроводных устройствах связи, где требуется достаточно низкая цена, нет необходимости в высоких скоростях и желательно низкое энергопотребление. Однако, как уже отмечалось, возможно создание комбинированных сетей, тем более что IEEE 802.11 работает совершенно по другому принципу кодирования передаваемых данных, следовательно, находясь на одной и той же рабочей частоте, оба стандарта будут слышать друг друга физически, но чужие сигналы будут расценены каждым из них как посторонний шум.
Немаловажным аспектом в развитии Bluetooth является тот факт, что эта технология не подлежит лицензированию и ее использование не требует выплаты каких-либо лицензионных отчислений (хотя и требует подписания бесплатного соглашения). Такая политика позволила многим компаниям энергично включиться в процесс разработки устройств с интерфейсом Bluetooth, кои были в большом количестве продемонстрированы на выставке CeBIT 2001.
Наибольший интерес, естественно, вызывают устройства, обеспечивающие переход с уже существующих интерфейсов на Bluetooth. Одним из них стало Industrial Bluetooth Serial Port Adapter шведской компании connectBlue. Как видно из названия, это устройство предназначено для промышленного применения и позволяет подключать к Bluetooth любые приборы, оборудованные последовательным портом:
Типичным вариантом использования может стать, например, конфигурирование промышленных установок при помощи ноутбука.
Компания Belkin, знаменитая, в частности, своими продуктами для шины USB, представила целый набор устройств Bluetooth:
Здесь мы видим отличное USB решение для настольных (и не только) компьютеров: характеристики те же, что и в предыдущем случае, к тому же это устройство позволяет обмениваться данными по голосовым каналам.
Есть даже адаптер для Palm V: Palm просто кладется в него, как в стандартную кроватку, после чего можно синхронизироваться с настольным компьютером или выходить в Интернет при помощи мобильного телефона, также снабженного Bluetooth интерфейсом. Данный адаптер питается от батареи самого Palm’а.
На выставке можно было найти даже Bluetooth адаптер для Compact Flash:
Компания Troy XCD представила адаптер для подключения принтера с интерфейсом Centronics к Bluetooth:
А вот фотография его прототипа в работе:
3000AS представляет собой Linux-сервер, который может также работать как шлюз в локальную сеть или Интернет. В отличие от большинства других Bluetooth-устройств 3000AS имеет мощный приемопередатчик, обеспечивающий связь в пределах 100 м, причем в комплект входит внешняя антенна, повышающая надежность связи при наличии внешних помех. Для подключения можно использовать ISDN (с выбором вариантов «постоянно онлайн» или «подключение по требованию»), 10/100 Мбит Ethernet, а также RS-232 для сервисного применения. Сервер может также быть запитан через UPS.
Для расширения доступа к серверу могут использоваться малогабаритные точки доступа Red-M 1000AP:
Сервер автоматически определяет и конфигурирует все точки доступа, находящиеся в пределах дальности его действия. Внешние устройства могут быть подсоединены к точке доступа через 10/100 Мбит Ethernet.
Схожую систему представил MiTAC: их Bluetooth Access Point несет на борту 750МГц процессор Transmeta Crusoe TM5400, встроенный NAT и DHCP сервер и, как и предыдущий образец, мощный приемопередатчик дальностью действия до 100 м:
Распространенным вариантом является подключение стандартных устройств ввода через Bluetooth, например, вот так:
Sony представила на CeBIT специальный модуль в формате Memory Stick под названием InfoStick:
Очень неплохая идея, особенно учитывая наличие аналогичного устройства для Compact Flash.
Что такое Блютуз и для чего он нужен
Модуль или адаптер Bluetooth представляет собой миниатюрное (размером не более флешки) электронное устройство, предназначенное для дистанционной передачи информации между компьютерами, внешними устройствами, смартфонами и их аксессуарами. Он часто используется для удалённого управления (например, беспроводными наушниками, телевизором и бытовыми приборами). Использование Блютуз для передачи интернета – большая редкость.
История создания и названия
В X в. Данией правил король Харальд I по прозвищу Blåtand (Bluetooth в английской адаптации). В переводе на русский сейчас оно означает «Синезубый». Дело в том, что один из передних зубов датского короля отличался тёмным цветом, именуемым в X в. в датском языке словом Blå (со временем оно стало означать «синий»). Харальд I был известен не только оригинальным цветом зуба: ему удалось объединить разрозненные и враждовавшие датские племена в единое государство, к которому позже была присоединена и часть соседней Норвегии.
В 1994 г. шведская телекоммуникационная компания Ericsson начала работы по созданию радиоволновой связи между двумя близко расположенными устройствами. Такая технология по ассоциации с объединительной деятельностью скандинавского короля получила непонятное на первый взгляд название Bluetooth. Так анатомическая особенность Харальда I спустя тысячелетие оказалась увековеченной в наименовании популярной современной технологии.
В дальнейшем к разработке Блютуз подключились и другие именитые компании – IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Вместе с Ericsson в 1998 г. они образовали группу Bluetooth Special Interest Group, которая в дальнейшем выпустила несколько версий Bluetooth-адаптеров.
Принцип работы Bluetooth
Эта технология предназначена для беспроводной и малозатратной передачи данных между электронными устройствами. Таковые должны иметь встроенный модуль (адаптер) Bluetooth. Им, за редким исключением, снабжаются все мобильные устройства – ноутбуки, планшеты и смартфоны.
А вот на стационарных компьютерах встроенный Блютуз – редкость. Поэтому для них обычно приобретаются внешние модули Bluetooth в форме флешки, вставляемые в USB-разъём. Как правило, они распознаются автоматически. Если этого не произошло, то следует воспользоваться прилагаемым к Блютуз-адаптеру диском и инсталлировать находящиеся на нём драйверы.
Связываемые устройства должны быть расположены на умеренном (примерно 10 м) расстоянии друг от друга. По мере развития технологии и появления всё новых версий Bluetooth радиус действия увеличивается (подробнее – в разделе «Версии»).
Процесс установки связи начинается с включения Блютуз-модуля в обоих связываемых устройствах. Многие пользователи видели его условное обозначение на своих планшетах, смартфонах и аксессуарах. Непонятным может оказаться включение на ноутбуке. Как правило, для этого используется сочетание клавиш Fn + F3. Иногда на последней клавише можно увидеть изображение волны или прямое название технологии – Bluetooth. Нахождение этого модуля на стационарном компьютере рассматривается ниже (в разделе «Версии»).
После автоматического обнаружения находящихся поблизости Блютуз-устройств, от пользователя требуется лишь подтверждение выбора нужного из них.
На передающей стороне цифровые данные преобразуются в аналоговые. Активируется и передатчик радиоволн, передающий их в эфир. Частота радиоволн находится в районе 2,4–2,485 ГГц, и называется ISM – Industry, Science and Medicine (на этой частоте, в частности, работают сотовая связь, Wi-Fi и микроволновые печи). В модуле Bluetooth приёмного устройства происходит обратное преобразование аналоговых сигналов в цифровые.
Для установки связи между Блютуз-устройствами используются протоколы (алгоритмы) связи и передачи данных. Основные протоколы – LMP, L2CAP и SDP.
После взаимного обнаружения одно из двух Блютуз-устройств становится постоянным передатчиком, а другое – приёмником. Между ними устанавливается связь по помехоустойчивому псевдослучайному алгоритму FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) со скачкообразным изменением частоты (1,6 тысяч раз в секунду), или специальному шаблону (pattern), состоящему из 79 подчастот. Взаимодействовать могут только настроенные на этот алгоритм (при взаимном обнаружении) устройства. Это позволяет нескольким работающим рядом парам «передатчик-приёмник» не мешать друг другу.
После установки связи между Блютуз-устройствами обмен данными между ними происходит по определённым стандартам, называемыми профилями.
Следует отметить, что передатчик, называемый master («ведущее устройство») может иметь не только одно, но и до семи приёмников slave («ведомых устройств»), работающих по одному шаблону. Их совокупность принято называть piconet («пикосеть»). Master задаёт шаблон пикосети и синхронизирует её работу.
В свою очередь, до 10 пикосетей может быть объединено в сеть более высокого уровня, называемую scatternet. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь минимум одно общее устройство, которое будет ведущим устройством в одной и ведомым – в другой. Таким образом, в Блютус-соединение может входить до 71 устройства.
Версии Bluetooth
В процессе эволюции Bluetooth-технологии было разработано несколько её версий и редакций. В каждой из них улучшался один или несколько параметров адаптера.
Выпущенная в 1998 г. версия 1.0 имела много недостатков. В частности, не все устройства устанавливали между собой связь. Оставляла желать лучшего и безопасность соединения. В редакциях 1.1 и, особенно, 1.2, эти недостатки были устранены.
В следующей версии 2.0 (2004 г.), удалось более чем вдвое увеличить быстродействие, подняв скорость обмена информацией с 721 Кбит/с до 2,1 Мбит/с. В её редакции 2.1 дополнительно было существенно снижено энергопотребление. Эта редакция до сих пор используется в недорогих Блютус-устройствах.
В версии 3.0 (2009 г.) скорость передачи данных достигла 3 Мбит/с. Однако эта версия не получила широкого распространения, поскольку увеличение скорости сопровождалось значительно возросшим энергопотреблением. Вернуть его к прежнему уровню удалось только в следующей, версии 4.0 (выпущенной в 2010 г.). Одновременно в ней радиус действия достиг 100 м при таком же быстродействии. В редакциях 4.1 и 4.2 этой версии произошли незначительные улучшения.
В версии 5.0 (2016 г.) радиус действия на улице увеличился вдвое, достигнув 200 м. А в помещении значение 40 м вместо прежних 10 существенно облегчило реализацию концепции «умного дома». Скорость передачи данных возросла до 6 Мбит/с, а энергозатраты снизились более чем в два раза. В редакциях 5.1 и 5.2 (2020 г.) этой версии были улучшены некоторые другие параметры.
Большинство современных устройств оснащено блютус-адаптерами версий 4.0 и 5.0. Следует иметь в виду, что если пара «Передатчик/приёмник» составлена из разных версий Блютус-устройств, то после соединения она будет работать с параметрами низшей версии.
Как же узнать, какая версия блютуз-модуля установлена на ноутбуке или компьютере? Для этого необходимо проделать следующую последовательность действий (в Windows 10).
Для раскодировки используется следующая таблица. Как видно, на данном ноутбуке установлена устаревшая версия, которая больше не поддерживается. 
Применение и профили
Первоначальное применение Bluetooth – передача фотографий между двумя смартфонами, расположенными близко друг от друга. Сейчас между связываемыми устройствами передаются самые разные данные – фотографии, аудио- и видеофайлы, документы.
Следует отметить, что для каждого типа информации предназначены отдельные профили. Поэтому наличие модулей Bluetooth в обоих связываемых устройствах – необходимое, но недостаточное условие для передачи данных. Например, в телевизоре с Блютус может быть профиль для передачи с устройств ввода и дистанционного пульта, но не звука. Профили Блютуз-устройств можно сравнить с языками, которыми владеют люди. Для полноценного общения оба собеседника должны владеть языком общения.
При покупке Bluetooth-устройства необходимо знать профили, которые они поддерживают. Продавцам невыгодно информировать об этом потенциальных покупателей, поэтому тем рекомендуется делать покупки в сопровождении опытных друзей или тщательно знакомиться с документацией.
Ниже приводятся основные профили Bluetooth-технологии:
Протоколы Bluetooth
При работе Bluetooth-устройств применяются как общие протоколы (алгоритмы работы) телекоммуникационных систем, так и собственные оригинальные протоколы. Стек протоколов условно делится на четыре слоя:
Протоколы ядра Bluetooth-устройств являются основой и применяются в большинстве устройств. Остальные три слоя протоколов добавляются к ним в тех приложениях, в которых они нужны.
✍ Корневые протоколы
К корневым протоколам относятся:
Протокол Baseband предназначен для установки SCO и ACL соединений.
Протокол управляющего соединениями (Bluetooth-устройств) LMP (упоминавшийся выше) имеет высший приоритет. Его функции отражены в названии.
Протокол управления логическими связями L2CAP, являясь базовым для Bluetooth, адаптирует протоколы верхнего уровня над Baseband. L2CAP работает только с ACL соединениями.
Протокол обнаружения обслуживания SDP предназначен для предварительного (перед установкой Bluetooth-соединения) запроса о характеристиках устройства.
✍ Другие протоколы
Протокол замены кабеля RFCOM выполняет несколько функций. Он эмулирует кабельное соединение, соединение PPP (point-to-point) по последовательному порту и обеспечивает транспортировку при выполнении услуг, использующих последовательную линию.
Протокол управления телефонией осуществляет контроль сигнализации вызова между устройствами Bluetooth, управляет процедурами мобильности и набором АТ-команд для мобильного телефона или модема.
Остальные протоколы являются заимствованными.
Протокол «точка-точка» работает поверх RFCOMM. Внедрение протоколов TCP/UDP/IP в Bluetooth-устройства позволяет подсоединять их к любым другим устройствам, подключённым к Internet. Протокол OBEX, использующий модель «клиент-сервер», предназначен для поэтапного обмена объектами. Протоколы vCard и vCalendar правильнее называть форматами, поскольку они только определяют форматы транспортируемых данных, не участвуя в их транспортировке. Протокол беспроводных приложений WAP распространяет на смартфоны телефонные интернет-услуги.
Заключение
Bluetooth иногда путают с Wi–fi соединением, посредством которого создаётся локальная компьютерная сеть и реализуется удалённый доступ в интернет. Блютуз уступает Wi–fi в быстродействии, но потребляет меньше энергии и превосходит в помехозащищённости.
Коротко об истории Bluetooth: четверть века для путешествия от 1.0 до 5.2
Беспроводные технологии появились несколько десятков лет назад. Не так давно мы писали в своем блоге об истории WiFI, а теперь самое время вспомнить о «родственнике» — технологии Bluetooth.
Без WiFi и Bluetooth, вероятно, современный мир выглядел бы несколько иначе, и не обязательно — лучше. Нам повезло — раз став популярной, технология Bluetooth продолжала развиваться, получая все новые возможности.
Как все начиналось
Идея о создании беспроводной технологии передачи данных, кроме WIFi, появилась не вдруг. Пробовали реализовать ее такие крупные игроки IT-рынка, как Ericsson, Nokia, Intel, Toshiba и несколько других компаний.
Для концентрации и фокусирования их усилий в марте 1998 года была создана группа SIG — Special Interest Group, куда и вошли все эти и другие компании. У участников было несколько критически важных пожеланий к Bluetooth:
Развитие происходило и происходит бурными темпами. В настоящий момент в состав группы SIG входит более 30 тысяч компаний со всего мира.
Первое поколение
Первая версия протокола так и называлась — Bluetooth 1.0, она появилась в 1998 году. К ней предъявляли претензии — как компании, так и обычные пользователи, которые жаловались на совместимость устройств, сложность в настройке и т.п.
К сожалению, насчет совместимости действительно были проблемы — далеко не все гаджеты быстро и оперативно выявляли все Bluetooth-устройства поблизости. Кроме того, у разных девайсов были различные версии беспроводного модуля, так что вполне могло случиться так, что два устройства с вроде бы одинаковыми версиями Bluetooth не видели друг друга.
Чуть позже появилась обновленная версия — 1.0В. И в 2000 году появилась версия Bluetooth 1.1 с большим количеством улучшений — теперь пользователи получили возможность определять уровень сигнала беспроводного соединения и передавать данные по незашифрованным каналам. А устройства в большинстве случаев видели друг друга. Конечно, проблемы случались, но в большинстве случаев все работало как надо.
Ну и «в люди» Bluetooth вышел уже начиная с версии 1.2. Она отличалась повышенной пропускной способностью канала (вплоть до 1 Мбит/с) и улучшения помехоустойчивости. Плюс появилась поддержка профиля A2DP, что означало возможность передавать стереозвук.
Версия 2.0
Спустя четыре года после выхода версии Bluetooth 1.1 появился Bluetooth 2.0. Конечно, по сравнению с предыдущим поколением улучшений была масса. Вот главные:
В последнем варианте версии 2.1 энергопотребление удалось снизить в пять раз, плюс значительно улучшить защиту передаваемых данных.
А теперь — версия 3.0
Здесь вообще улучшили все и вся. Особенно отличились разработчики в плане улучшения скорости передачи данных. Теоретический предел ширины канала — 24 Мб/с. На практике получалось несколько ниже, но все равно гораздо больше, чем у версии 2.0.
Интересно, что версия 3.0 включала и 2.0. Более новая использовалась в том случае, если нужно было передать большой объем данных. Предыдущая — в том случае, если файл маленький высокая скорость передачи данных не особо нужна.
Через год — Bluetooth 4.0
Каждая новая версия Bluetooth появлялась быстрее, чем предыдущая. Так, «четверка» вышла всего через год после «тройки». Производители мобильных устройств не успели еще освоить закупленные чипы с Bluetooth 3.0, а уже надо было выпускать модели устройств с обновленным стандартом.
Огромный плюс 4.0 — в низком энергопотреблении. Оно настолько небольшое, что модули Bluetooth стало возможным устанавливать в небольшие датчики, сенсоры и прочие устройства. Экономия энергии стала возможной благодаря тому, что чип активируется лишь в момент отправки или приема данных.
В итоге обычной батарейки CR2032 хватает для нескольких лет работы модуля 4.0. Именно благодаря этой особенности четвертого поколения беспроводной связи стало возможным выпускать поисковые метки для ключей, кошельков и т.п. Раньше такое и представить было невозможно.
В четвертой версии значительно увеличен радиус действия — вплоть до 100 метров.
Эта версия продержалась несколько лет, с разными улучшениями, добавляемыми в апдейтах протокола — 4.1 и 4.2.
И, наконец, Bluetooth 5.0
16 июня 2016 года Bluetooth Special Interest Group (SIG) представила спецификацию Bluetooth 5.0. Радиус увеличили еще в четыре раза, до 300 метров, а скорость, по сравнению с «четверкой» — в два, до 48 Мбит / с. В помещении радиус действия беспроводной связи уменьшается до 40 метров, что тоже очень неплохо.
Кроме того, в этой версии удалось избавиться от проблем в протоколе, которые приводили к эксплуатации уязвимостей злоумышленниками. Речь идет о проблеме BlueBorne, которая привела к компрометации большого количества устройств.
Bluetooth 5 идеально подходит для IoT устройств благодаря низкому энергопотреблению и высокой скорости передачи данных. Одно из достоинств этой версии беспроводной связи — то, что она может работать в очень загруженных с точки зрения радиоизлучения местах.
Bluetooth 5 используется в большом количестве устройств, включая промышленный IoT, любые носимые устройства, от трекеров до умных часов, смартфонах, медиацентрах, ноутбуках и т.п.
А еще — звук можно транслировать сразу на несколько устройств, так что к одному источнику может подключиться сразу несколько пользователей. Эта возможность была усовершенствована в версии Bluetooth 5.2. Она включает LE Isochronous Channels — функцию для поддержки нового стандарта передачи аудио LE Audio. Она дает возможность передавать данные с привязкой ко времени на одно или несколько устройств для синхронизированной по времени обработки (пример: беспроводные наушники с раздельными приёмниками), а также для параллельной трансляции на неограниченное количество устройств. Версия 5.2 появилась в начале января 2020 года.
Что касается Bluetooth 6.0, то, вероятно, разработка новой спецификации уже ведется, но информации по ней пока нет, так что ждем.