bluetooth 5.0 шындыққа айналды. Bluetooth 4.0 нұсқасымен салыстырғанда жаңа нұсқасыОнда бар өткізу қабілеті екі есе, диапазон төрт есежәне тұтас сызықбасқа жақсартулар. Мысалды қоса алғанда, Bluetooth 5.0-нің алдыңғыларға қарағанда артықшылықтарын қарастырыңыз процессор CC2640R2Fбастап Texas Instruments.

Хаттаманың Bluetooth 4 нұсқасының танымалдығы, сондай-ақ оның кейбір шектеулері келесі Bluetooth 5 спецификациясын құруға себеп болды. Әзірлеушілер өз алдына бірқатар мақсаттар қойды: ауқымды кеңейту, өсу. өткізу қабілетіхабар тарату пакеттерін жіберу кезінде, шуға қарсы иммунитетті жақсарту және т.б.

Енді бірінші Bluetooth 5 құрылғылары пайда бола бастағаннан кейін пайдаланушылар мен әзірлеушілерде сұрақтар туындайды: бұрын жарияланған уәделердің қайсысы орындалды? Диапазон және деректерді беру жылдамдығы қаншалықты өсті? Бұл тұтынуға қалай әсер етті? Трансляция пакеттерін қалыптастыру тәсілі қалай өзгерді? Шуға төзімділікті арттыру үшін қандай жақсартулар жасалды? Және, әрине, негізгі сұрақ Bluetooth 5 және Bluetooth 4 арасында кері үйлесімділік бар ма? Осы және басқа да сұрақтарға жауап беріп, Bluetooth 5.0-дің алдыңғыларға қарағанда негізгі артықшылықтарын, соның ішінде компания шығарған Bluetooth 5.0 қолдауы бар нақты процессордың мысалын қарастырайық. Texas Instruments.

Bluetooth 4.x нұсқасымен кері үйлесімділік туралы жиі қойылатын сұраққа жауап беру арқылы Bluetooth 5.0 шолуды бастайық.

Bluetooth 5.0 Bluetooth 4.x нұсқасымен кері үйлесімді ме?

Иә, солай. Bluetooth 5 Bluetooth 4.1 және 4.2 мүмкіндіктері мен жақсартуларының көпшілігін қабылдады. Мысалы, Bluetooth 5 құрылғылары Bluetooth 4.2 деректер қауіпсіздігінің барлық жақсартуларын сақтайды және LE деректер ұзындығы кеңейтімін қолдайды. Еске сала кетейік, LE Data Length Extension арқасында, Bluetooth 4.2 бастап, деректер пакетінің өлшемі (пакеттік деректер бірлігі, PDU) орнатылған байланыс 27-ден 251 байтқа дейін ұлғайтылуы мүмкін, бұл деректер алмасу жылдамдығын 2,5 есе арттыруға мүмкіндік береді.

Протокол нұсқалары арасындағы айырмашылықтардың үлкен санына байланысты қосылымдарды орнату кезінде құрылғылар арасында параметрлерді келісудің дәстүрлі механизмі сақталады. Бұл дегеніміз, деректер алмасуды бастамас бұрын құрылғылар «танысады» және деректерді берудің максималды жиілігін, хабарлама ұзындығын және т.б. Әдепкі параметрлер - Bluetooth 4.0. Bluetooth 5 параметрлеріне көшу жұптастыру процесі кезінде екі құрылғы да протоколдың кейінгі нұсқасын қолдайтыны анықталған жағдайда ғана орын алады.

Әзірлеушілер үшін қол жетімді құралдар туралы айта отырып, атап өткен жөн жаңа процессор CC2640R2F және Texas Instruments тегін BLE5-стек. Әзірлеушілердің қуанышына орай, BLE5-Stack негізделген алдыңғы нұсқасы BLE-Stack және оны пайдаланудағы өзгерістер тек жаңасына әсер етті Bluetooth мүмкіндіктері 5.0.

Bluetooth 5 жүйесінде деректерді тасымалдау жылдамдығы қалай өсті?

Bluetooth 5 пайдаланады сымсыз қосылым 2 Мбит/с дейінгі физикалық деректерді беру жылдамдығымен, бұл Bluetooth 4.x-тен екі есе жоғары. Бұл жерде айта кететін жайт, тиімді деректер алмасу жылдамдығы тек тасымалдау арнасының физикалық өткізу қабілетіне ғана емес, сонымен қатар қызмет көрсету мен пайдалы ақпаратпакетте, сондай-ақ байланысты «үстеме» шығындардан, мысалы, пакеттер арасындағы уақыттың жоғалуы (1-кесте).

1-кесте. Әртүрлі нұсқалар үшін байланыс жылдамдығыблютуз

Bluetooth 4.0 және 4.1 нұсқаларында арнаның физикалық өткізу қабілеттілігі 1 Мбит/с болды, бұл PDU деректер пакетінің ұзындығы 27 байт болса, 305 кбит/с дейінгі алмасу жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік берді. Bluetooth 4.2 LE деректер ұзындығы кеңейтімін ұсынды. Оның арқасында құрылғылар арасында байланыс орнатқаннан кейін пакет ұзындығын 251 байтқа дейін ұлғайту мүмкін болды, бұл деректер алмасу жылдамдығын 2,5 есеге – 780 кбит/с дейін арттыруға әкелді.

Bluetooth 5 нұсқасы LE Data Length Extension қолдауын сақтайды, ол физикалық өткізу қабілеттілігін 2 Мбит/с дейін арттырумен бірге 1,4 Мбит/с дейінгі деректер алмасу жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Тәжірибе көрсеткендей, деректерді беруді мұндай жеделдету шек емес. Мысалы, CC2640R2F сымсыз микроконтроллері 5 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істей алады.

Өткізу қабілеттілігін 2 Мбит/с дейін арттыру диапазонды азайту арқылы қол жеткізілді деген кең таралған қате пікірді айта кеткен жөн. Әрине, физикалық тұрғыдан алғанда, 2 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істегенде қабылдағыш чипінің (PHY) сезімталдығы 1 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істегенге қарағанда 5 дБм аз. Дегенмен, сезімталдықтан басқа, диапазонның ұлғаюына ықпал ететін басқа факторлар бар, мысалы, деректерді кодтауға көшу. Осы себепті, басқа нәрселер бірдей болса, Bluetooth 5 сенімдірек және Bluetooth 4.0-ге қарағанда үлкенірек ауқымға ие. Бұл мақаланың келесі бөлімдерінің бірінде толығырақ қарастырылады.

Bluetooth 5 жүйесінде жоғары жылдамдықты деректер режимін қалай қосуға болады?

Екеуінің арасында байланыс орнатылған кезде Bluetooth құрылғылары Bluetooth 4.0 параметрлері бастапқыда пайдаланылады. Бұл бірінші кезеңде құрылғылардың 1 Мбит/с жылдамдықпен деректер алмасуын білдіреді. Байланыс орнатылғаннан кейін, Bluetooth 5.0 қосылған шебері PHY жаңарту процедурасын іске қоса алады, ол ең жоғары 2 Мбит/с жылдамдықты орнатуға бағытталған. Бұл операция құл Bluetooth 5.0 қолдайтын болса ғана сәтті болады. Әйтпесе, жылдамдық 1 Мбит/с деңгейінде қалады.

Бұрын Texas Instruments компаниясының BLE-Stack қолданбасын пайдаланған әзірлеушілер үшін жақсы жаңалық, жаңа BLE5-Stack ішінде жоғарыдағы процедураны орындау үшін жалғыз HCI_LE_SetDefaultPhyCmd() функциясы бөлінген. Осылайша, Bluetooth 5.0 нұсқасына жаңарту кезінде TI өнімдерін пайдаланушылар бастапқы инициализациялауда қиындықтарға тап болмайды. Сондай-ақ, GitHub порталында жарияланған мысал әзірлеушілер үшін пайдалы болады, ол CC2640R2 LaunchPads бөлігі ретінде жұмыс істейтін екі CC2640R2F микроконтроллерінің жұмысын жоғары жылдамдықты және ұзақ қашықтық режимдерінде бағалауға мүмкіндік береді.

Bluetooth 5 диапазоны қалай өсті?

Bluetooth 5.0 спецификациясы Bluetooth 4.0-мен салыстырғанда төрт есе ауқымды айтады. Бұл өте нәзік сұрақ, оған толығырақ тоқталу керек.

Біріншіден, «төрт рет» ұғымы салыстырмалы және метр немесе километрдегі белгілі бір әрекет радиусына байланысты емес. Өйткені, радиотарату диапазоны бірқатар факторларға өте тәуелді: қоршаған ортаның күйі, кедергі деңгейі, бір уақытта тарататын құрылғылардың саны және т.б. Нәтижесінде ешбір өндіруші, сондай-ақ Bluetooth SIG стандартын әзірлеуші ​​нақты мәндерді бермейді. Ауқымның ұлғаюы Bluetooth 4.0-мен салыстырғанда бағаланады.

Әрі қарай талдау үшін кейбір математикалық есептеулерді орындау және радиоарнаның қуат бюджетін бағалау қажет. Логарифмдік мәндерді пайдаланған кезде радиоарна бюджеті (дБ) таратқыш қуаты (дБм) мен қабылдағыш сезімталдығы (дБм) арасындағы айырмашылыққа тең:

Радиоарна бюджеті = қуатT X(дБм) – сезімталдықR X(дБм)

Bluetooth 4.0 үшін стандартты қабылдағыш сезімталдығы -93 дБм. Таратқыштың қуатын 0 дБм деп алсақ, бюджет 93 дБ құрайды.

Ауқымның төрт есе ұлғаюы бюджетті 12 дБ арттыруды талап етеді, нәтижесінде 105 дБ мәні болады. Бұл мәнге қалай жету керек? Екі жол бар:

• таратқыш қуатын арттыру;
• қабылдағыштардың сезімталдығын арттыру.

Егер сіз бірінші жолды ұстанатын болсаңыз және таратқыштың қуатын арттырсаңыз, бұл сөзсіз тұтынуды арттырады. Мысалы, CC2640R2F үшін өзгерту шығыс қуаты 5 дБм ток тұтынудың 9 мА дейін артуына әкеледі (1-сурет). 10 дБм қуатта ток күші 20 мА дейін артады. Бұл тәсіл аккумулятормен жұмыс істейтін сымсыз құрылғылардың көпшілігі үшін тартымды болып көрінбейді және IoT үшін әрқашан қолайлы бола бермейді және бұл Bluetooth 5.0 ең алдымен назар аударған аймақ. Осы себепті, екінші шешім қолайлырақ сияқты.

Қабылдағыштың сезімталдығын арттырудың екі жолы бар:

• жіберу жылдамдығының төмендеуі;
• Coded PHY деректерін кодтауды пайдалану.

Деректер жылдамдығын сегіз есе азайту теориялық тұрғыдан қабылдағыштың сезімталдығын 9 дБ арттырады. Осылайша, қымбат мәнге тек 3 дБ жеткіліксіз.

Қажетті 3 дБ-ны Coded PHY қосымша кодтауының көмегімен алуға болады. Бұрын Bluetooth 4.x нұсқаларында биттік кодтау бір мәнді 1:1 болды. Бұл деректер ағыны тікелей дифференциалды демодуляторға жіберілгенін білдіреді. Bluetooth 5.0 жүйесінде Coded PHY пайдалану кезінде екі қосымша жіберу пішімі бар:

• 1:2 кодтауымен, онда әрбір деректер бит радио деректер ағынында екі бит тағайындалады. Мысалы, логикалық «1» «10» тізбегі ретінде берілген. Бұл жағдайда физикалық жылдамдық 1 Мбит/с тең болып қалады, ал нақты деректерді беру жылдамдығы 500 кбит/с дейін төмендейді.
• 1:4 кодтауымен. Мысалы, логикалық «1» «1100» тізбегі арқылы берілген. Содан кейін деректерді беру жылдамдығы 125 кбит/с дейін төмендейді.

Сипатталған тәсіл Forward Error Correction (FEC) деп аталады және Bluetooth 4.0-дегідей пакеттерді қайта жіберуді сұраудың орнына қабылдаушы жағындағы қателерді анықтауға және түзетуге мүмкіндік береді.

Қағазда бәрі жақсы көрінеді. Бұл теориялық есептеулердің шындыққа қаншалықты сәйкес келетінін анықтау ғана қалады. Мысал ретінде бірдей CC2640R2F микроконтроллерін алайық. Түрлі жақсартулар мен жаңа Bluetooth 5.0 модуляция режимдерінің арқасында бұл процессордың трансивері 1Мбит/с жылдамдықта -97дБм және Coded PHY және 125кбит/с кезінде -103дБм сезімталдыққа ие. Осылайша, соңғы жағдайда 105 дБ деңгейіне тек 2 дБм жетіспейді.

CC2640R2F диапазонын бағалау үшін Texas Instruments инженерлері Ослода далалық тәжірибе жүргізді. Сонымен қатар, шу деңгейі тұрғысынан бұл эксперименттегі ортаны «қолайлы» деп атауға болмайды, өйткені қаланың іскерлік бөлігі тікелей жақын жерде болды.

105 дБ-ден жоғары қуат бюджетін алу үшін таратқыштың қуатын 5 дБм-ге дейін арттыру туралы шешім қабылданды. Бұл 108 дБм әсерлі соңғы мәнге қол жеткізуге мүмкіндік берді (2-сурет). Тәжірибені орындау кезінде диапазон 1,6 км болды, бұл өте әсерлі нәтиже, әсіресе радиотаратқыштарды тұтынудың ең төменгі деңгейін ескерсек.

Bluetooth 5 хабарларын тарату тәсілі қалай өзгерді?

Бұрын Bluetooth 4.x құрылғылар арасында байланыс орнату үшін арнайы үш деректер арнасын (37, 38, 39) пайдаланған. Олардың көмегімен құрылғылар бір-бірін тауып, алмасты ресми ақпарат. Сондай-ақ олар арқылы таратылатын деректер пакеттерін жіберу мүмкін болды. Бұл тәсілдің кемшіліктері бар:

• сағ көп мөлшердебелсенді таратқыштар, бұл арналар жай ғана шамадан тыс жүктелуі мүмкін;
• барған сайын көбірек құрылғылар таратуды нүктеден нүктеге қосылмай пайдаланады. Бұл әсіресе IoT үшін маңызды;
• жаңа Coded PHY кодтау жүйесі байланыс орнату үшін сегіз есе ұзағырақ уақыт алады, ол қосымша хабар тарату арналарын жүктейді.

Bluetooth 5.0-де бұл мәселелерді шешу үшін деректер барлық 37 деректер арналары арқылы берілетін схемаға көшу туралы шешім қабылданды, ал көрсеткіштерді беру үшін 37, 38, 39 қызмет көрсету арналары қолданылады. Көрсеткіш таратылатын хабар жіберілетін арнаға сілтеме жасайды. Бұл жағдайда деректер тек бір рет беріледі. Нәтижесінде қызмет көрсету арналарын айтарлықтай босатуға және бұл тар жолды жоюға болады.

Сондай-ақ, қазір таратылатын пакеттің деректер ұзындығы Bluetooth 4.x жүйесіндегі PDU 6…37 байт орнына 255 байтқа жетуі мүмкін екенін атап өткен жөн. Бұл IoT қолданбалары үшін өте маңызды, өйткені ол тасымалдаудың үстеме шығындарын азайтады және қосылымды орнатуды болдырмайды, сондықтан тұтынуды азайтады.

Bluetooth 5 тор желілерін қолдайды ма?

Bluetooth 5 үшін Texas Instruments шешімдері

Bluetooth 5.0 бар ең алғашқы микроконтроллерлердің бірі Texas Instruments фирмасының өнімділігі жоғары CC2640R2F процессоры болды.

CC2640R2F жұмыс жиілігі 48 МГц-ке дейінгі заманауи 32-биттік ARM Cortex-M3 ядросына негізделген. Радио таратқыштың жұмысы екінші 32 разрядты ARM Cortex-M0 ядросымен басқарылады (3-сурет). Сонымен қатар, CC2640R2F бай сандық және аналогтық перифериялық құрылғылармен ерекшеленеді.

CC2640R2F микроконтроллерінің артықшылығы да тұтынудың төмен деңгейі болып табылады (2-кесте). Бұл барлық жұмыс режимдеріне қатысты. Мысалы, белсенді режимде радиоарна арқылы деректерді қабылдау кезінде тұтыну 5,9 мА, ал жіберу кезінде 6,1 мА (0 дБм) немесе 9,1 мА (5 дБм) құрайды. Ұйқы режиміне ауысқан кезде қоректендіру тогы 1 мкА-ға дейін төмендейді.

Bluetooth 5.0 қолдауы, төмен тұтыну және жоғары ең жоғары өнімділік сияқты үш маңызды сапаның үйлесімі CC2640R2F-ны заттар интернеті үшін өте қызықты шешімге айналдырады. Бұл ретте, көмегімен бұл микроконтроллер IoT құрылғыларының бүкіл ауқымын жасауға болады: бір батареяда бірнеше жыл жұмыс істейтін автономды сенсорлар, қосымша басқару процессоры мен Bluetooth 5.0 арнасы арасындағы көпірлер, жоғары есептеу қуатын қажет ететін күрделі қолданбалар.

2-кесте. Сымсыз микроконтроллерді тұтынуCC2640 Р2 Фқолдауыменbluetooth 5

CC2640R2F құрылғысымен жылдам бастау үшін Texas Instruments дәстүрлі жөндеу жинағын дайындады (4-сурет). Осындай құрылғылардың жұбын пайдалана отырып, Bluetooth 5.0 арқылы радио тарату жылдамдығы мен ауқымын бағалауға болады. Мұны істеу үшін сіз дайын мысалдарды пайдалана аласыз немесе тегін BLE 5 стек 1.0 протоколы (www.ti.com/ble) негізінде өзіңіздің қосымшаңызды жасай аласыз.

Қорытынды

Bluetooth 5.0 хаттамасының жаңа нұсқасы заттар интернетінің (IoT) қажеттіліктеріне барынша сәйкес келуге бағытталған. Bluetooth 4.0 нұсқасымен салыстырғанда оның бірқатар сапаны жақсартулары бар:

• деректерді беру жылдамдығы екі есе өсті және 2 Мбит / с жетті;
• Coded PHY және Forward Error Correction (FEC) деректерді кодтау арқылы беру ауқымы төрт есеге ұлғайған;
• Хабарламаны тарату 8 есеге артты.

Сонымен қатар, Bluetooth 5.0 қамтамасыз етеді кері үйлесімді Bluetooth 4.x құрылғыларымен, сонымен қатар протоколдың кейінгі нұсқаларының көптеген кеңейтімдерін қолдайды.

Бағалау Bluetooth мүмкіндіктері 5.0 қазір Texas Instruments құралдарымен бірге қол жетімді. Компания өнімділігі жоғары және төмен қуатты CC2640R2F микроконтроллерін шығарады, тегін BLE 5 стек 1.0 және көптеген нұсқаларды ұсынады. дайын мысалдар LAUNCHXL-CC2640R2 жөндеу жинағы үшін.

Әдебиет

1. Bluetooth негізгі спецификациясы 5.0 ЖҚС. 2016. Bluetooth SIG.
2. TI SimpleLink CC2640R2 SDK 1.35.00.33. https://github.com/ti-simplelink/ble_examples.

bluetooth 5.0 шындыққа айналды. Bluetooth 4.0-мен салыстырғанда жаңа нұсқада бар өткізу қабілеті екі есе, диапазон төрт есежәне басқа да көптеген жақсартулар. Мысалды қоса алғанда, Bluetooth 5.0-нің алдыңғыларға қарағанда артықшылықтарын қарастырыңыз процессор CC2640R2Fбастап Texas Instruments.

Bluetooth 4 протоколының нұсқасының танымалдылығы, сондай-ақ оның кейбір шектеулері келесі Bluetooth 5 спецификациясын құруға себеп болды. Әзірлеушілер өз алдына бірқатар мақсаттар қойды: диапазонды кеңейту, хабар тарату пакеттерін жіберу кезінде өткізу қабілеттілігін арттыру, шуға қарсы иммунитет және т.б.

Енді бірінші Bluetooth 5 құрылғылары пайда бола бастағаннан кейін пайдаланушылар мен әзірлеушілерде сұрақтар туындайды: бұрын жарияланған уәделердің қайсысы орындалды? Диапазон және деректерді беру жылдамдығы қаншалықты өсті? Бұл тұтынуға қалай әсер етті? Трансляция пакеттерін қалыптастыру тәсілі қалай өзгерді? Шуға төзімділікті арттыру үшін қандай жақсартулар жасалды? Және, әрине, басты сұрақ - Bluetooth 5 және Bluetooth 4 арасында кері үйлесімділік бар ма? Осы және басқа да сұрақтарға жауап беріп, Bluetooth 5.0-дің алдыңғыларға қарағанда негізгі артықшылықтарын, соның ішінде компания шығарған Bluetooth 5.0 қолдауы бар нақты процессордың мысалын қарастырайық. Texas Instruments.

Bluetooth 4.x нұсқасымен кері үйлесімділік туралы жиі қойылатын сұраққа жауап беру арқылы Bluetooth 5.0 шолуды бастайық.

Bluetooth 5.0 Bluetooth 4.x нұсқасымен кері үйлесімді ме?

Иә, солай. Bluetooth 5 Bluetooth 4.1 және 4.2 мүмкіндіктері мен жақсартуларының көпшілігін қабылдады. Мысалы, Bluetooth 5 құрылғылары Bluetooth 4.2 деректер қауіпсіздігінің барлық жақсартуларын сақтайды және LE деректер ұзындығы кеңейтімін қолдайды. Еске сала кетейік, LE Data Length Extension арқасында, Bluetooth 4.2 бастап, орнатылған қосылымы бар деректер пакетінің өлшемін (пакеттік деректер блогы, PDU) 27-ден 251 байтқа дейін ұлғайтуға болады, бұл ұлғайтуға мүмкіндік береді. деректер алмасу жылдамдығы 2,5 есеге өсті.

Протокол нұсқалары арасындағы айырмашылықтардың үлкен санына байланысты қосылымдарды орнату кезінде құрылғылар арасында параметрлерді келісудің дәстүрлі механизмі сақталады. Бұл дегеніміз, деректер алмасуды бастамас бұрын құрылғылар «танысады» және деректерді берудің максималды жиілігін, хабарлама ұзындығын және т.б. Әдепкі параметрлер - Bluetooth 4.0. Bluetooth 5 параметрлеріне көшу жұптастыру процесі кезінде екі құрылғы да протоколдың кейінгі нұсқасын қолдайтыны анықталған жағдайда ғана орын алады.

Әзірлеушілер үшін қол жетімді құралдар туралы айтатын болсақ, жаңа CC2640R2F процессорын және Texas Instruments тегін BLE5-Stack-ті атап өткен жөн. Әзірлеушілердің қуанышына орай, BLE5-Stack BLE-Stack-тің алдыңғы нұсқасына негізделген және оны пайдалану кезінде тек Bluetooth 5.0 жаңа мүмкіндіктері ғана өзгертілді.

Bluetooth 5 жүйесінде деректерді тасымалдау жылдамдығы қалай өсті?

Bluetooth 5 2 Мбит/с дейінгі физикалық деректерді тасымалдау жылдамдығымен сымсыз қосылымды пайдаланады, бұл Bluetooth 4.x-тен екі есе жоғары. Осы жерде айта кететін жайт, тиімді деректер алмасу жылдамдығы беру арнасының физикалық өткізу қабілетіне ғана емес, сонымен қатар пакеттегі үстеме және пайдалы ақпараттың арақатынасына, сондай-ақ байланысты «үстеме» шығындарға, мысалы , пакеттер арасындағы уақыттың жоғалуы (1-кесте).

1-кесте. Әртүрлі нұсқалар үшін байланыс жылдамдығыблютуз

Bluetooth 4.0 және 4.1 нұсқаларында арнаның физикалық өткізу қабілеттілігі 1 Мбит/с болды, бұл PDU деректер пакетінің ұзындығы 27 байт болса, 305 кбит/с дейінгі алмасу жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік берді. Bluetooth 4.2 LE деректер ұзындығы кеңейтімін ұсынды. Оның арқасында құрылғылар арасында байланыс орнатқаннан кейін пакет ұзындығын 251 байтқа дейін ұлғайту мүмкін болды, бұл деректер алмасу жылдамдығын 2,5 есеге – 780 кбит/с дейін арттыруға әкелді.

Bluetooth 5 нұсқасы LE Data Length Extension қолдауын сақтайды, ол физикалық өткізу қабілеттілігін 2 Мбит/с дейін арттырумен бірге 1,4 Мбит/с дейінгі деректер алмасу жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Тәжірибе көрсеткендей, деректерді беруді мұндай жеделдету шек емес. Мысалы, CC2640R2F сымсыз микроконтроллері 5 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істей алады.

Өткізу қабілеттілігін 2 Мбит/с дейін арттыру диапазонды азайту арқылы қол жеткізілді деген кең таралған қате пікірді айта кеткен жөн. Әрине, физикалық тұрғыдан алғанда, 2 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істегенде қабылдағыш чипінің (PHY) сезімталдығы 1 Мбит/с жылдамдықпен жұмыс істегенге қарағанда 5 дБм аз. Дегенмен, сезімталдықтан басқа, диапазонның ұлғаюына ықпал ететін басқа факторлар бар, мысалы, деректерді кодтауға көшу. Осы себепті, басқа нәрселер бірдей болса, Bluetooth 5 сенімдірек және Bluetooth 4.0-ге қарағанда үлкенірек ауқымға ие. Бұл мақаланың келесі бөлімдерінің бірінде толығырақ қарастырылады.

Bluetooth 5 жүйесінде жоғары жылдамдықты деректер режимін қалай қосуға болады?

Екі Bluetooth құрылғысы арасында байланыс орнату кезінде Bluetooth 4.0 параметрлері бастапқыда пайдаланылады. Бұл бірінші кезеңде құрылғылардың 1 Мбит/с жылдамдықпен деректер алмасуын білдіреді. Байланыс орнатылғаннан кейін, Bluetooth 5.0 қосылған шебері PHY жаңарту процедурасын іске қоса алады, ол 2 Мбит/с максималды жылдамдықты орнатуға бағытталған. Бұл операция құл Bluetooth 5.0 қолдайтын болса ғана сәтті болады. Әйтпесе, жылдамдық 1 Мбит/с деңгейінде қалады.

Бұрын Texas Instruments компаниясының BLE-Stack қолданбасын пайдаланған әзірлеушілер үшін жақсы жаңалық, жаңа BLE5-Stack ішінде жоғарыдағы процедураны орындау үшін жалғыз HCI_LE_SetDefaultPhyCmd() функциясы бөлінген. Осылайша, Bluetooth 5.0 нұсқасына жаңарту кезінде TI өнімдерін пайдаланушылар бастапқы инициализациялауда қиындықтарға тап болмайды. Сондай-ақ, GitHub порталында жарияланған мысал әзірлеушілер үшін пайдалы болады, ол CC2640R2 LaunchPads бөлігі ретінде жұмыс істейтін екі CC2640R2F микроконтроллерінің жұмысын жоғары жылдамдықты және ұзақ қашықтық режимдерінде бағалауға мүмкіндік береді.

Bluetooth 5 диапазоны қалай өсті?

Bluetooth 5.0 спецификациясы Bluetooth 4.0-мен салыстырғанда төрт есе ауқымды айтады. Бұл өте нәзік сұрақ, оған толығырақ тоқталу керек.

Біріншіден, «төрт рет» ұғымы салыстырмалы және метр немесе километрдегі белгілі бір әрекет радиусына байланысты емес. Өйткені, радиотарату диапазоны бірқатар факторларға өте тәуелді: қоршаған ортаның күйі, кедергі деңгейі, бір уақытта тарататын құрылғылардың саны және т.б. Нәтижесінде ешбір өндіруші, сондай-ақ Bluetooth SIG стандартын әзірлеуші ​​нақты мәндерді бермейді. Ауқымның ұлғаюы Bluetooth 4.0-мен салыстырғанда бағаланады.

Әрі қарай талдау үшін кейбір математикалық есептеулерді орындау және радиоарнаның қуат бюджетін бағалау қажет. Логарифмдік мәндерді пайдаланған кезде радиоарна бюджеті (дБ) таратқыш қуаты (дБм) мен қабылдағыш сезімталдығы (дБм) арасындағы айырмашылыққа тең:

Радиоарна бюджеті = қуатT X(дБм) – сезімталдықR X(дБм)

Bluetooth 4.0 үшін стандартты қабылдағыш сезімталдығы -93 дБм. Таратқыштың қуатын 0 дБм деп алсақ, бюджет 93 дБ құрайды.

Ауқымның төрт есе ұлғаюы бюджетті 12 дБ арттыруды талап етеді, нәтижесінде 105 дБ мәні болады. Бұл мәнге қалай жету керек? Екі жол бар:

• таратқыш қуатын арттыру;
• қабылдағыштардың сезімталдығын арттыру.

Егер сіз бірінші жолды ұстанатын болсаңыз және таратқыштың қуатын арттырсаңыз, бұл сөзсіз тұтынуды арттырады. Мысалы, CC2640R2F үшін 5 дБм шығыс қуатына ауысу ток тұтынуының 9 мА дейін ұлғаюына әкеледі (1-сурет). 10 дБм қуатта ток күші 20 мА дейін артады. Бұл тәсіл аккумулятормен жұмыс істейтін сымсыз құрылғылардың көпшілігі үшін тартымды болып көрінбейді және IoT үшін әрқашан қолайлы бола бермейді және бұл Bluetooth 5.0 ең алдымен назар аударатын аймақ. Осы себепті, екінші шешім қолайлырақ сияқты.

Қабылдағыштың сезімталдығын арттырудың екі жолы бар:

• жіберу жылдамдығының төмендеуі;
• Coded PHY деректерін кодтауды пайдалану.

Деректер жылдамдығын сегіз есе азайту теориялық тұрғыдан қабылдағыштың сезімталдығын 9 дБ арттырады. Осылайша, қымбат мәнге тек 3 дБ жеткіліксіз.

Қажетті 3 дБ-ны Coded PHY қосымша кодтауының көмегімен алуға болады. Бұрын Bluetooth 4.x нұсқаларында биттік кодтау бір мәнді 1:1 болды. Бұл деректер ағыны тікелей дифференциалды демодуляторға жіберілгенін білдіреді. Bluetooth 5.0 жүйесінде Coded PHY пайдалану кезінде екі қосымша жіберу пішімі бар:

• 1:2 кодтауымен, онда әрбір деректер бит радио деректер ағынында екі бит тағайындалады. Мысалы, логикалық «1» «10» тізбегі ретінде берілген. Бұл жағдайда физикалық жылдамдық 1 Мбит/с тең болып қалады, ал нақты деректерді беру жылдамдығы 500 кбит/с дейін төмендейді.
• 1:4 кодтауымен. Мысалы, логикалық «1» «1100» тізбегі арқылы берілген. Содан кейін деректерді беру жылдамдығы 125 кбит/с дейін төмендейді.

Сипатталған тәсіл Forward Error Correction (FEC) деп аталады және Bluetooth 4.0-дегідей пакеттерді қайта жіберуді сұраудың орнына қабылдаушы жағындағы қателерді анықтауға және түзетуге мүмкіндік береді.

Қағазда бәрі жақсы көрінеді. Бұл теориялық есептеулердің шындыққа қаншалықты сәйкес келетінін анықтау ғана қалады. Мысал ретінде бірдей CC2640R2F микроконтроллерін алайық. Түрлі жақсартулар мен жаңа Bluetooth 5.0 модуляция режимдерінің арқасында бұл процессордың трансивері 1Мбит/с жылдамдықта -97дБм және Coded PHY және 125кбит/с кезінде -103дБм сезімталдыққа ие. Осылайша, соңғы жағдайда 105 дБ деңгейіне тек 2 дБм жетіспейді.

CC2640R2F диапазонын бағалау үшін Texas Instruments инженерлері Ослода далалық тәжірибе жүргізді. Сонымен қатар, шу деңгейі тұрғысынан бұл эксперименттегі ортаны «қолайлы» деп атауға болмайды, өйткені қаланың іскерлік бөлігі тікелей жақын жерде болды.

105 дБ-ден жоғары қуат бюджетін алу үшін таратқыштың қуатын 5 дБм-ге дейін арттыру туралы шешім қабылданды. Бұл 108 дБм әсерлі соңғы мәнге қол жеткізуге мүмкіндік берді (2-сурет). Тәжірибені орындау кезінде диапазон 1,6 км болды, бұл өте әсерлі нәтиже, әсіресе радиотаратқыштарды тұтынудың ең төменгі деңгейін ескерсек.

Bluetooth 5 хабарларын тарату тәсілі қалай өзгерді?

Бұрын Bluetooth 4.x құрылғылар арасында байланыс орнату үшін арнайы үш деректер арнасын (37, 38, 39) пайдаланған. Олардың көмегімен құрылғылар бір-бірін тауып, қызметтік ақпаратпен алмасты. Сондай-ақ олар арқылы таратылатын деректер пакеттерін жіберу мүмкін болды. Бұл тәсілдің кемшіліктері бар:

• белсенді таратқыштардың көп санымен бұл арналарды жай ғана шамадан тыс жүктеуге болады;
• барған сайын көбірек құрылғылар таратуды нүктеден нүктеге қосылмай пайдаланады. Бұл әсіресе IoT үшін маңызды;
• жаңа Coded PHY кодтау жүйесі байланыс орнату үшін сегіз есе ұзағырақ уақыт алады, ол қосымша хабар тарату арналарын жүктейді.

Bluetooth 5.0-де бұл мәселелерді шешу үшін деректер барлық 37 деректер арналары арқылы берілетін схемаға көшу туралы шешім қабылданды, ал көрсеткіштерді беру үшін 37, 38, 39 қызмет көрсету арналары қолданылады. Көрсеткіш таратылатын хабар жіберілетін арнаға сілтеме жасайды. Бұл жағдайда деректер тек бір рет беріледі. Нәтижесінде қызмет көрсету арналарын айтарлықтай босатуға және бұл тар жолды жоюға болады.

Сондай-ақ, қазір таратылатын пакеттің деректер ұзындығы Bluetooth 4.x жүйесіндегі PDU 6…37 байт орнына 255 байтқа жетуі мүмкін екенін атап өткен жөн. Бұл IoT қолданбалары үшін өте маңызды, өйткені ол тасымалдаудың үстеме шығындарын азайтады және қосылымды орнатуды болдырмайды, сондықтан тұтынуды азайтады.

Bluetooth 5 тор желілерін қолдайды ма?

Bluetooth 5 үшін Texas Instruments шешімдері

Bluetooth 5.0 бар ең алғашқы микроконтроллерлердің бірі Texas Instruments фирмасының өнімділігі жоғары CC2640R2F процессоры болды.

CC2640R2F жұмыс жиілігі 48 МГц-ке дейінгі заманауи 32-биттік ARM Cortex-M3 ядросына негізделген. Радио таратқыштың жұмысы екінші 32 разрядты ARM Cortex-M0 ядросымен басқарылады (3-сурет). Сонымен қатар, CC2640R2F бай сандық және аналогтық перифериялық құрылғылармен ерекшеленеді.

CC2640R2F микроконтроллерінің артықшылығы да тұтынудың төмен деңгейі болып табылады (2-кесте). Бұл барлық жұмыс режимдеріне қатысты. Мысалы, белсенді режимде радиоарна арқылы деректерді қабылдау кезінде тұтыну 5,9 мА, ал жіберу кезінде 6,1 мА (0 дБм) немесе 9,1 мА (5 дБм) құрайды. Ұйқы режиміне ауысқан кезде қоректендіру тогы 1 мкА-ға дейін төмендейді.

Bluetooth 5.0 қолдауы, төмен тұтыну және ең жоғары өнімділік сияқты үш маңызды сапаның үйлесімі CC2640R2F-ны заттар интернеті үшін өте қызықты шешімге айналдырады. Сонымен қатар, осы микроконтроллерді пайдалана отырып, IoT құрылғыларының барлық ауқымын жасауға болады: бір батареяда бірнеше жыл жұмыс істейтін автономды сенсорлар, қосымша басқару процессоры мен Bluetooth 5.0 арнасы арасындағы көпірлер, жоғары есептеу қуатын қажет ететін күрделі қолданбалар. .

2-кесте. Сымсыз микроконтроллерді тұтынуCC2640 Р2 Фқолдауыменbluetooth 5

CC2640R2F құрылғысымен жылдам бастау үшін Texas Instruments дәстүрлі жөндеу жинағын дайындады (4-сурет). Осындай құрылғылардың жұбын пайдалана отырып, Bluetooth 5.0 арқылы радио тарату жылдамдығы мен ауқымын бағалауға болады. Мұны істеу үшін сіз дайын мысалдарды пайдалана аласыз немесе тегін BLE 5 стек 1.0 протоколы (www.ti.com/ble) негізінде өзіңіздің қосымшаңызды жасай аласыз.

Қорытынды

Bluetooth 5.0 хаттамасының жаңа нұсқасы заттар интернетінің (IoT) қажеттіліктеріне барынша сәйкес келуге бағытталған. Bluetooth 4.0 нұсқасымен салыстырғанда оның бірқатар сапаны жақсартулары бар:

• деректерді беру жылдамдығы екі есе өсті және 2 Мбит / с жетті;
• Coded PHY және Forward Error Correction (FEC) деректерді кодтау арқылы беру ауқымы төрт есеге ұлғайған;
• Хабарламаны тарату 8 есеге артты.

Бұған қоса, Bluetooth 5.0 Bluetooth 4.x құрылғыларымен кері үйлесімділікті қамтамасыз етеді және сонымен қатар протоколдың кейінгі нұсқаларының кеңейтімдерінің көпшілігін қолдайды.

Bluetooth 5.0 мүмкіндіктерін қазір Texas Instruments шығарған құралдардың көмегімен бағалай аласыз. Компания өнімділігі жоғары және төмен қуатты CC2640R2F микроконтроллерін шығарады, тегін BLE 5 стек 1.0 стекін және LAUNCHXL-CC2640R2 жөндеу жинағына көптеген дайын мысалдарды ұсынады.

Әдебиет

1. Bluetooth негізгі спецификациясы 5.0 ЖҚС. 2016. Bluetooth SIG.
2. TI SimpleLink CC2640R2 SDK 1.35.00.33. https://github.com/ti-simplelink/ble_examples.

Bluetooth технологиясы үшін берік бекітілген байланыс стандарты сымсыз байланысқысқа қашықтықта, құрылғыларды бір әмбебап қысқа қашықтықтағы радиобайланыс арқылы қосу. Бастапқыда радиоинтерфейс диапазоны 10 метрге тең болды, бірақ қазір екінші аймақ Bluetooth спецификациялары бойынша анықталған - шамамен 100 м.Сонымен бірге қосылған құрылғылардың желіде болуының қажеті жоқ. бір-бірін көру. Сонымен қатар, өзара әрекеттесетін құрылғылар қозғалыста болуы мүмкін.

Есімнің шығу тарихы

Технология даниялық және норвегиялық жерлерді біріктірумен танымал болған Скандинавия королі Харальд Bluetooth (Harald Bluetooth) құрметіне өз атауын алды. 1994 жылы Эриксон Швецияның Лунд қаласында Харальдқа ескерткіш тұрғызып, дүниежүзілік тарихтың эпизодтары туралы ұрпақтардың жадын жаңартып, ұялы байланысқа арналған жаңа сымсыз технология монархының есімін берді.

Технологияның құрылуы және дамуы

1994

2014: Bluetooth 4.2

2014 жылдың желтоқсан айының басында Bluetooth Special Interest Group Bluetooth 4.2 сымсыз технологиясының сипаттамасын шығарды. Стандарт жылдамдық өнімділігі мен ақпараттық қауіпсіздік тұрғысынан айтарлықтай жетілдірілді.

Олар стандартқа Интернетке тікелей қосылу мүмкіндігін ресми түрде қосуға уәде береді. Яғни, Bluetooth 4.2 қолдауы бар құрылғылар бір-бірімен тікелей әрекеттесіп қана қоймайды, сонымен қатар сәйкес кіру нүктелері арқылы Интернетке (IPv6 / 6LoWPAN протоколының қолдауының арқасында) қосыла алады.

Стандартты әзірлеудің негізгі идеясы болып табылады Bluetooth арқылыкез келген құрылғыларды бір-бірімен қосу мүмкін болды. Яғни, шын мәнінде, біз заттар интернеті (Internet of Things, IoT) деп аталатын туралы айтып отырмыз. Harvard Business Review және Goldman Sachs 2020 жылы Интернет заттарына 28 миллиард «зат» қосылады деп есептейді. Bluetooth әзірлеушілері бұл бәліштің белгілі бір бөлігін (шамасы маңызды) талап етеді. Bluetooth технологиясының энергияны үнемдейтінін ескерсек, табысқа жету мүмкіндігі жоғары.

Сондай-ақ, Bluetooth спецификациясы қауіпсіз болды. Бұдан былай белсенді Bluetooth құрылғыларын пайдаланушы параметрлерде бұған дербес рұқсат бермейінше, сәйкес трафикті қадағалау немесе ұстау қиынырақ болады. Жаңа Bluetooth гаджеттері хаттаманың алдыңғы нұсқасын пайдаланғаннан гөрі деректерді 2,5 есе жылдам жылдамдықпен тасымалдай алады. Бұған стандартты деректер пакетінің көлемін ұлғайту арқылы қол жеткізілді.

Алғашқы Bluetooth 4.2 құрылғылары 2015 жылдың басында енгізіледі деп күтілуде. Өндірушілер нақты күндерін әлі жариялаған жоқ.

2016: Bluetooth 5

2016 жылдың 17 маусымында Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) Bluetooth стандартының келесі нұсқасын көрсетті 5. Ол коммерциялық нарыққа 2016 жылдың аяғында немесе 2017 жылдың басында шығуы жоспарлануда.

Bluetooth 5 контактісіз радиохабар таратудан төрт есе ауқымды, екі есе деректер жылдамдығын және сегіз есе хабар сыйымдылығын ұсынады.

Бұл Bluetooth 4 ауаны көрген 2009 жылдан бері стандарттың бірінші маңызды жаңартуы.

Радиохабарламалардың сыйымдылығы артқан сайын күрделі, интеллектуалды ақпаратты беру мүмкін болады. Бұл Bluetooth құрылғыларының ақпаратты жіберу жолын өзгертеді. Жұптастыру үлгісі өткеннің еншісінде қалады. Оның орнына Bluetooth SIG сәйкес контактісіз қосылым келеді.

ABI Research бағалауы бойынша, 2020 жылға қарай Bluetooth қолдайтын құрылғылардың жаһандық жеткізілімі 371 миллион бірлікке жетеді. Bluetooth 5 радиохабарламасының сыйымдылығының сегіз есе артуы автоматтандыруда, өнеркәсіпте және кәсіпорында маяктар мен гео-сілтеме қызметтерін таратуға мүмкіндік береді.

2017

BlueBorne Bluetooth вирусы жақын маңдағы құрылғыны 10 секундта аша алды

Armis Labs мамандары 2017 жылдың қыркүйегінде смартфондар мен басқа құрылғыларды Bluetooth арқылы қолданушының араласуынсыз таратып, жұқтыратын вирусты анықтады, деп жазады Wired.

Бұл әдісБұзушылыққа BlueBorne деген атау берілді, ол Bluetooth протоколындағы осалдықтарды пайдаланады, бір құрылғыдан екіншісіне беріледі және вирус пайдаланушылар олардың жүйесі бұзылды деп күдіктенбейтіндей әрекет етеді.

Armis Labs зерттеу жетекшісі Бен Серидің айтуынша, BlueBorne WannaCry вирусы сияқты жаппай инфекцияға әкелуі мүмкін. Маңайдағы Bluetooth қосылған құрылғыларды сканерлеу кезінде бағдарлама осалдықты анықтағаннан кейін инфекция он секунд ішінде пайда болуы мүмкін.

Үш операциялық жүйе жеткізушісі осалдықтарды жою үшін жаңартуларды шығарғанын хабарлады. Apple компаниясы BlueBorne iOS 10 немесе одан жаңа нұсқасы бар жүйелерде қауіпсіз екенін, Windows шілдеде патч шығарғанын және Google тамызда жаңартуды шығарғанын айтты, бірақ орнатуға біраз уақыт кетуі мүмкін. Linux сонымен қатар жаңа вирустан қорғау әдісін әзірлеуде, бірақ оның бақылауында операциялық жүйежаңартуларды қабылдамайтын немесе тым сирек жасайтын көптеген құрылғылар (мысалы, теледидарлар) бар.

bluetooth торы

Шілде айының ортасында сымсыз технологияны дамытатын Bluetooth SIG Bluetooth көп ұялы форматын жариялады.

тапсырылды bluetooth стандартыдеректерді беру үшін бірнеше ұяшықтардың виртуалды желісін пайдаланады. Желідегі деректер бір ұяшықтан екінші ұяшыққа тағайындалған жерге жеткенше беріледі.

Bluetooth Mesh стандартын, мысалы, бір бөлмедегі сенсордан деректерді бір пәтердегі басқа компьютерге жібергіңіз келсе, пайдалануға болады. Ақпарат аралық түйіндер арқылы тасымалданады: смартфондар, планшеттер, компьютерлер және технологияны қолдайтын кез келген басқа құрылғылар.

Соның ішінде Bluetooth Mesh смарт үйге арналған заттар интернеті (IoT) құрылғыларының өзара әрекеттесуін ұйымдастыруда пайдалы болуы мүмкін. Датчиктер мен сенсорлар орталық түйінмен ұзақ қашықтықта байланыса алады. Сол сияқты, сигналды тікелей қабылдағышқа жіберу оны ең жақын ұяшыққа жіберуге қарағанда көбірек энергияны қажет етеді. Нәтижесінде IoT құрылғылары сымды қосылымды қажет етпестен бір батареяда ұзағырақ жұмыс істей алады.

Bluetooth Mesh ерекшелігі құрылғының аппараттық «толтыруын» өзгертуді қажет етпейді. Стандарт Bluetooth 4.0 және 5.0 бар барлық құрылғыларда жұмыс істей алады, бірақ бағдарламалық құралды жаңарту қажет болады.

Toshiba Bluetooth Low Energy өнімдер сериясы Bluetooth Mesh стандартын қолдайды

Toshiba тор желілік шешімдері кеңейтілген ауқымды және Bluetooth байланысының жоғары сенімділігін қамтамасыз етеді.

MYCE мәліметтері бойынша, құпия құжат Bluetooth LE немесе Bluetooth деп болжайды төмен энергия, ең кішкентай құрылғылар үшін батареяның қызмет ету мерзімін ұзартуға бағытталған негізгі трендтердің бірі болуы мүмкін.

«Дебютке жоспарланған негізгі мүмкіндіктердің ішінде ең қызықтысы Apple-дің жақында Wi-Fi стандартына негізделген «ішкі GPS» технологиясын жасаған WiFiSLAM шағын фирмасын сатып алуымен қатар жүретін позициялау мүмкіндіктері», - деді ол. AppleInsider түсіндірді.

«Bluetooth-тың жаңа итерациясы 2014 жылы дайын болады деп күтілуде және ол бағытты анықтауға, қозғалысты бақылауға және «ішкі GPS» позициясын анықтауға мүмкіндік беретін кеңейтілген пакет құрылымына негізделеді.

Сонымен қатар, инженерлер IPv6-ны Bluetooth LE-ге біріктіру бойынша жұмыс істеуде - бұл Bluetooth қолдайтын әрбір құрылғыға бірегей идентификаторды (IP мекенжайын) тағайындауға мүмкіндік береді, бұл нақты әлемдегі нысандарды табуға және Интернет арқылы қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Таңқаларлық емес, Bluetooth-тың болашақ нұсқалары да жылдамырақ тасымалдау жылдамдығын, аз қуат тұтынуды, кеңейтілген диапазонды және құпиялылықты арттырады.

Бәсекелес технологиялар

• Wi-Fi Direct (Wi-Di) - Протокол сымсыз жіберу Wi-Fi негізіндегі деректер, бірақ орнату оңайырақ. Оның басты артықшылығы – қосылу жылдамдығы Bluetooth-қа қарағанда 12 есе жоғары, байланыс ауқымы 100 метрге дейін, ең бастысы қауіпсіздіктің жақсы болуы.

• Visible Light Communication (VLC) – 2011 жылы белгілі бір жиілікте модуляцияланатын ақ жарықдиодты көздері шығаратын жарық толқындарын пайдалана отырып, Германия ғалымдары файлды бір компьютерден екіншісіне секундына 10 мегабит жылдамдықпен тасымалдай алды. Кабельдер немесе сымсыз маршрутизаторлар пайдаланылмаған. Тербелісі адам көзімен сезілмейтін жарық толқындары ғана. Visible Light Communication немесе жай ғана VLC деп аталатын технологияның ауқымы шамамен 5 метрді құрайды. Әзірлеушілер ұстап алудан деректерді берудің керемет қауіпсіздігіне баса назар аударады.

Bluetooth: технологиясы және оны қолдану

…және ол: «Олардың бәрі қайта қосылсын», - деді.

Дәл осы сөздермен ортағасырлық Дания королі Харальд II Blue-toothed (Harald II Bluetooth) оның басқа лақап аты – «біріктіргіш» қосылған болуы әбден мүмкін, ол 1000 жылдан кейін жаңа сымсыз байланыс интерфейсінің атауы болды.

Bluetooth дегеніміз не? Бұл 1998 жылы Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba компаниялар тобы жасаған сымсыз байланыс технологиясы. Қазіргі уақытта Bluetooth саласындағы әзірлемелер Bluetooth SIG (Special Interest Group) арқылы жүзеге асырылады, оның құрамына Lucent, Microsoft және басқа да көптеген компаниялар кіреді.

Bluetooth-тың негізгі мақсаты - үнемді (ағымдағы тұтыну тұрғысынан) және арасындағы арзан радиобайланысты қамтамасыз ету әртүрлі түрлеріэлектронды құрылғылар, ал электронды компоненттердің ықшамдығына үлкен мән беріледі, бұл Bluetooth-ты сағат өлшеміндегі шағын құрылғыларда пайдалануға мүмкіндік береді.

Bluetooth интерфейсі дауысты да (64 Кбит/с жылдамдықпен) және деректерді тасымалдауға мүмкіндік береді. Мәліметтерді беру үшін асимметриялық (бір бағытта 721 Кбит/с және екінші бағытта 57,6 Кбит/с) және симметриялық әдістерді (екі бағытта 432,6 Кбит/с) қолдануға болады. Bluetooth чипі болып табылатын 2,4 ГГц жиілікте жұмыс істейтін трансивер қуат дәрежесіне қарай 10 немесе 100 метр қашықтықта байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Қашықтықтағы айырмашылық, әрине, үлкен, дегенмен, 10 м шегіндегі байланыс аз қуат тұтынуды, ықшам өлшемді және құрамдас бөліктердің салыстырмалы түрде төмен құнын сақтауға мүмкіндік береді. Сонымен, төмен қуатты таратқыш күту режимінде тек 0,3 мА және ақпарат алмасу кезінде орта есеппен 30 мА тұтынады.

Bluetooth FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) принципі бойынша жұмыс істейді. Қысқаша айтқанда, мұны келесідей түсіндіруге болады: таратқыш деректерді пакеттерге бөледі және оларды псевдокездейсоқ жиілікті секіру алгоритмі (секундына 1600 рет) немесе 79 ішкі жиіліктен тұратын үлгі (үлгі) арқылы жібереді. Бір беріліс үлгісіне бапталған құрылғылар ғана бірін-бірі «түсінуі» мүмкін – шетелдік құрылғылар үшін берілетін ақпарат кәдімгі шу болады.

Негізгі құрылымдық элемент Bluetooth желісі «piconet» (piconet) деп аталады - бір үлгіде жұмыс істейтін 2-ден 8-ге дейінгі құрылғылар жиынтығы. Әрбір пиконетте бір құрылғы шебер, ал қалғандары құл ретінде жұмыс істейді. Шебер өзінің пиконетінің барлық қосалқы құрылғылары жұмыс істейтін үлгіні анықтайды және оның жұмысын синхрондайды. Bluetooth стандарты тәуелсіз және тіпті синхрондалмаған пиконеттерді (10-ға дейін) «scatternet» деп аталатынға қосуды қарастырады (мен бұл терминнің орысша дұрыс аудармасын әлі көрмедім, бірақ шашырау етістігінің аудармаларының бірі. «шашырау» сияқты естіледі). Ол үшін пиконеттердің әрбір жұбында кем дегенде бір ортақ құрылғы болуы керек, ол біреуінде шебер, екіншісінде бағынышты болады. Осылайша, бөлек шашыраңқы желі ішінде Bluetooth интерфейсіне бір уақытта ең көбі 71 құрылғы қосылуы мүмкін, дегенмен, ұзақ байланыс үшін бір Интернетті пайдаланатын қақпа құрылғыларын пайдалануды ешкім шектемейді.

Bluetooth жиілік диапазоны көптеген елдерде лицензиясыз, бірақ Францияда, Испанияда және Жапонияда заңды шектеулерге байланысты жоғарыда көрсетілгеннен басқа жиіліктерді пайдалану керек.

Сымсыз байланыс туралы айтатын болсақ, мұндай қосылымның қауіпсіздігі мәселесіне тоқталмай кетуге болмайды. Жиілік үлгілеріне және қабылдағышты синхрондау қажеттілігіне назар аударудан басқа, Bluetooth стандарты 8-ден 128 битке дейінгі тиімді кілт ұзындығымен жіберілетін деректерді шифрлауды және бір жақты немесе екі жақты аутентификацияны таңдау мүмкіндігін қамтамасыз етеді (әрине , сіз аутентификациясыз мүлдем жасай аласыз), бұл әрбір жеке елдің заңнамасына сәйкес алынған шифрлаудың күшін орнатуға мүмкіндік береді (кейбір елдерде күшті криптографияны қолдануға тыйым салынады :). Хаттама деңгейінде шифрлаудан басқа, қолданба деңгейінде шифрлауды қолдануға болады - мұнда ешкім ерікті күшті алгоритмдерді пайдалануды шектемейді.

Ауқымдағы Bluetooth құрылғылары жай ғана жұптасып, үшінші тараптың құлақтары мен көздеріне арналмаған ақпарат алмасуды бастауы мүмкін деген түсінік жиі кездеседі. Шын мәнінде, Bluetooth құрылғылары арасында ақпараттың автоматты алмасуы тек аппараттық деңгейде жүзеге асырылады, яғни. қосылу фактісін анықтау үшін ғана. Бірақ қолданба деңгейінде автоматты байланысты енгізу немесе өшіру туралы пайдаланушы өзі шешеді. Осылайша, Bluetooth-ды пайдалану барлық түйіндер электрмен қосылған Интернетке қосылудан қауіпті емес, бірақ бұл кез келген ресурсқа сөзсіз қол жеткізуді білдірмейді.

Сондай-ақ, Bluetooth стандарты төмен қуатты ескере отырып жасалғанын атап өткен жөн, сондықтан оның адам ағзасына әсері барынша азайтылады.

негізгі бағыты Bluetooth пайдаланудеп аталатын құру болуы керек жеке желілер(PAN немесе жеке аймақтық желілер), олар ұялы телефондар, PDA, MP3 ойнатқыштары, компьютерлер және тіпті әртүрлі құрылғыларды қамтиды. микротолқынды пештертоңазытқыштармен (бұл желіге ұзақ уақыт қосылмаған нәрсе). Дауысты жіберу мүмкіндігі Bluetooth интерфейсін біріктіруге мүмкіндік береді сымсыз телефондарнемесе, мысалы, ұялы телефондарға арналған сымсыз гарнитуралар. Іс жүзінде Bluetooth пайдалану мүмкіндіктері шексіз: PDA-ны жұмыс үстелі компьютерімен синхрондау немесе пернетақталар немесе тышқандар сияқты салыстырмалы түрде төмен жылдамдықты перифериялық құрылғыларды қосудан басқа, интерфейс ұйымдастыруды өте оңай және үнемді етеді. үй желісі. Сонымен қатар, бұл желінің түйіндері ақпаратқа мұқтаж немесе қажетті ақпараты бар кез келген құрылғылар болуы мүмкін.

Bluetooth-ті басқа бірдей танымал сымсыз интерфейспен салыстырайық - IEEE 802.11, әсіресе екі шешім де жалпы нарықта қол жетімді болғандықтан. Олардың арасындағы негізгі айырмашылықтарды келесідей қорытындылауға болады:

Көріп отырғаныңыздай, Bluetooth интерфейсі оларда пайдалану үшін әлдеқайда қолайлы сымсыз құрылғыларқажет болған жағдайда коммуникациялар төмен баға, жоғары жылдамдықтардың қажеті жоқ және аз қуат тұтынуы қажет. Дегенмен, жоғарыда айтылғандай, біріктірілген желілерді құруға болады, әсіресе IEEE 802.11 жіберілетін деректерді кодтау үшін мүлде басқа принцип бойынша жұмыс істейтіндіктен, бір жұмыс жиілігінде бола отырып, екі стандарт бір-бірін физикалық түрде естиді, бірақ басқа адамдардың сигналдары. олардың әрқайсысы бөгде шу ретінде қарастырылады.

Bluetooth дамытудың маңызды аспектісі - бұл технология лицензиялауға жатпайды және оны пайдалану ешқандай лицензиялық алымдарды төлеуді қажет етпейді (бірақ ол тегін келісімге қол қоюды талап етеді). Бұл саясат көптеген компанияларға CeBIT 2001 көрмесінде көптеп көрсетілген Bluetooth құрылғыларын әзірлеуге белсенді түрде қатысуға мүмкіндік берді.

Әрине, ең үлкен қызығушылық бар интерфейстерден Bluetooth-ға өтуді қамтамасыз ететін құрылғылармен байланысты. Олардың бірі шведтік connectBlue компаниясының Industrial Bluetooth Serial Port Adapter адаптері болды. Аты айтып тұрғандай, бұл құрылғы өнеркәсіптік пайдалануға арналған және сериялық портпен жабдықталған кез келген құрылғыларды Bluetooth желісіне қосуға мүмкіндік береді:

Әдеттегі пайдалану жағдайы, мысалы, ноутбукты пайдаланып өнеркәсіптік зауыттарды конфигурациялау болады.

Техникалық сипаттамалар:

• диапазон - 10 м дейін,
• тарату жылдамдығы - 300-115200 Кбит/с,
• қоректендіру кернеуі - 9-30 вольт.

Белкин, әсіресе өзінің USB автобус өнімдерімен танымал, Bluetooth құрылғыларының толық спектрін ұсынды:

Бұл PCMCIA Type II пішім картасы ұқсас ұясы бар барлық құрылғыларға 721 Кбит/с жылдамдықпен Bluetooth интерфейсін алуға мүмкіндік береді. Диапазон - 10 м.

Мұнда біз тамаша көреміз USB шешіміжұмыс үстелі (тек емес) компьютерлер үшін: сипаттамалары алдыңғы жағдайдағыдай, сонымен қатар бұл құрылғы дауыстық арналар арқылы деректер алмасуға мүмкіндік береді.

Тіпті Palm V үшін адаптер бар: пальма оған стандартты бесіктегідей жай орналастырылған, содан кейін сіз жұмыс үстелі компьютерімен синхрондауға немесе Интернетке кіруге болады. ұялы телефон, сонымен қатар Bluetooth интерфейсімен жабдықталған. Бұл адаптер Пальма батареясының өзінен қуат алады.

Көрмеде тіпті табуға болады bluetooth адаптеріықшам жарқыл үшін:

Troy XCD Centronics интерфейсі бар принтерді Bluetooth-ке қосуға арналған адаптерді ұсынды:

Компания оны жаздың басында нарыққа шығаруға уәде береді, шамамен құны шамамен $195 құрайды.

Bluetooth технологиясын пайдаланудың бірдей қызықты нұсқасы ұйым болуы мүмкін сымсыз қол жеткізу v жергілікті желіжәне/немесе шағын кеңседегі немесе үйдегі құрылғыларға арналған Интернет. Бұл саладағы сөзсіз көшбасшы Red-M болды, ол өз шешімін ұсынды - Red-M 3000AS сервері:

Міне, оның жұмыс істеп тұрған прототипінің фотосы:

3000AS - бұл жергілікті желіге немесе Интернетке шлюз ретінде де әрекет ете алатын Linux сервері. Басқа Bluetooth құрылғыларының көпшілігінен айырмашылығы, 3000AS 100 м қашықтықта байланысты қамтамасыз ететін қуатты қабылдағышқа ие және сыртқы кедергі болған кезде байланыс сенімділігін арттыру үшін сыртқы антенна қосылған. Қосылымдарды ISDN (әрдайым онлайн немесе сұраныс бойынша опциялар), 10/100 Мбит/с Ethernet және қызметтік қолданбаларға арналған RS-232 арқылы жасауға болады. Серверді UPS арқылы да қуаттандыруға болады.

Серверге қол жеткізуді кеңейту үшін Red-M 1000AP шағын өлшемді кіру нүктелерін пайдалануға болады:

Сервер өз ауқымындағы барлық кіру нүктелерін автоматты түрде анықтайды және конфигурациялайды. Сыртқы құрылғылар 10/100 Мбит/с Ethernet арқылы кіру нүктесіне қосылуға болады.

MiTAC ұқсас жүйені ұсынды: олардың Bluetooth кіру нүктесінде 750 МГц Transmeta Crusoe TM5400 процессоры, кірістірілген NAT және DHCP сервері және алдыңғы үлгідегідей 100 м-ге дейінгі диапазондағы қуатты қабылдағыш бар:

Мұндай жүйеге тамаша қосымша Canon құрылғысы болуы мүмкін - bluetooth модулісандық камера үшін:

Елестетіп көріңізші - камера Bluetooth қақпасы арқылы суреттерді автоматты түрде сіздің телефоныңызға түсіре алады жұмыс станциясы, немесе сол қосалқы жазу кітапшасы немесе тіпті Интернет қосылымы арқылы ұялы телефон Bluetooth қосылған... жақсы, мүмкіндіктер шексіз.

Жалпы опция стандартты енгізу құрылғыларын Bluetooth арқылы қосу болып табылады, мысалы:

Sony CeBIT-те InfoStick деп аталатын арнайы Memory Stick модулін ұсынды:

Өте жақсы идея, әсіресе Compact Flash үшін ұқсас құрылғының болуын ескере отырып.

Айта кету керек, Bluetooth қолдауын лицензиялау ақысыз және тек сауда белгісі туралы келісімге отыру үшін қажет. Сондықтан жақын арада біз шамдар мен үтіктерде Bluetooth пайда болуын күтуіміз мүмкін :). Дегенмен, Bluetooth технологиясы жеке коммуникациялар әлемінде және жалпы адам өмірінде нағыз революция жасай алады. Бірақ бізге тағы бір революция қаншалықты қажет - бұл әлі шешілу керек.

Bluetooth қосылымының технологиясы өте ескі және бүкіл әлемде өте кең таралғанына қарамастан, көпшілігі әлі де Bluetooth қалай жұмыс істейтінін білмейді. Осы қосылым арқылы файлдарды ортақ пайдалануға, бірге ойындар ойнауға (мысалы, телефондарда), перифериялық жабдықты компьютерге қосуға, дыбысты аудио жүйеге жіберуге және т.б. болады.

Бірақ байланыстарды қалай жасау керектігін және технологияны пайдалануды білу үшін сіз принципті түсінуіңіз керек Bluetooth жұмысы. Технология өте қарапайым және түсінікті. Оның үстіне ол арзан. Осының арқасында Bluetooth байланысы барлығына қол жетімді. Әрбір телефонда, смартфонда, планшетте және ноутбукте кірістірілген сымсыз адаптер бар.

Bluetooth дегеніміз не: Бейне

Bluetooth қалай жұмыс істейді

Көптеген адамдар сұрақ қояды, Bluetooth қаншалықты жұмыс істейді? Мұның бәрі технология нұсқасына байланысты. Бірақ, қамту аймағына көшпес бұрын, деректерді беру үшін өте кішкентай таратқыштар (қабылдағыштар) қолданылатынын атап өткен жөн. Олар іс жүзінде орын алмайды.

Осының арқасында адаптер ең кішкентай телефондарға салынған. Бұл ретте Bluetooth диапазоны 10 метрге жетеді. Егер біз жаңа стандарттар туралы айтатын болсақ, мысалы, Bluetooth 4.0, онда диапазон одан да үлкен, көру сызығында шамамен 100 метр.

Қабылдағыш 2,4-2,48 ГГц диапазонында жұмыс істейді. Яғни, бұл нұсқасына байланысты деректерді беру жылдамдығында жұмыс істейтін әдеттегі радиобайланыс 721 Кбит/с (1,1) пен 24 Мбит/с (3,0 және 4,0) аралығында өзгеруі мүмкін. Бұл технологиябірнеше құрылғыларды топтарға біріктіру арқылы жеке желілерді құруға мүмкіндік береді. Бұл жағдайда файлдарды тасымалдауға ғана емес, сонымен қатар жабдықты қашықтан басқаруға болады.

Сұраққа жауап, Bluetooth қандай қашықтықта жұмыс істейді - көру сызығымен 50 метрге дейін және ғимараттарда шамамен 10-20 метр. Әрине, өндіруші 3.0 нұсқасынан бастап диапазон 100 метрге жетуі мүмкін деп мәлімдейді, бірақ іс жүзінде қамту аймағы кем дегенде екі есе көп.

Бұл жағдайда қосылым автоматты түрде пайда болады. Пайдаланушыларға ештеңе конфигурациялаудың қажеті жоқ. көп екенін атап өткен жөн заманауи құрылғыларосы байланыспен жұмыс жасаңыз. Мысалы, ең көп таралғаны - телефонға немесе компьютерге қосылуға болатын сымсыз гарнитура.

Әрбір қосылым үшін жиіліктер арасында ауысу үшін псевдокездейсоқ тізбек қолданылады, ол тек таратқыш пен қабылдағышқа белгілі. Олар, өз кезегінде, әрбір 625 мкс синхронды түрде бір жиіліктен екіншісіне ауысады. 625 мкс – бір уақыт аралығы.

Осы алгоритмнің арқасында жақын жерде бірнеше жұп (қабылдағыш-таратқыш) жұмыс істесе, олар бір-біріне кедергі жасамайды. Сондықтан сіз қосылған кезде синхрондау орындалады. Сонымен қатар, бұл мүмкіндік қауіпсіздік деңгейін арттыруға мүмкіндік береді және құрылғылар арасында берілетін ақпараттың құпиялылығын қорғайды.

Bluetooth нұсқасын қалай тексеруге болады: Бейне

Сымсыз Bluetooth құлаққаптары қалай жұмыс істейді

Кең таралғанына рахмет сымсыз гарнитураБарған сайын жиі кездесетін сұрақ: Bluetooth құлаққаптары қалай жұмыс істейді?

Мұнда өте қарапайым. Гарнитура телефонмен (немесе басқа дыбыс көзімен) синхрондалады және қабылданғанды ​​ойнатады дыбыстық сигнал. Қорытындысы: адаптер цифрлық сигналды аналогқа түрлендіреді және оны радиотолқындар арқылы береді. В Bluetooth құлаққаптарымодуль радиотолқындарды қабылдайды және оларды цифрлық сигналға түрлендіреді.

Құлаққапты телефонға қалай қосуға болады? Мұны істеу үшін құлаққаптағы қуат түймесін басып тұрып, индикатор көк және қызыл болып жыпылықтай бастағанша ұстап тұрыңыз (түстер үлгіге байланысты әр түрлі болуы мүмкін).

таңдау қалаған құрылғыжәне «Қосылу» түймесін басыңыз. Осыдан кейін құрылғылар синхрондалады.