Bluetooth-grensesnitt: la oss finne ut nyansene. Alt du trenger å vite om Bluetooth-teknologi

Til tross for at Bluetooth-teknologien er ganske gammel og har en enorm distribusjon over hele verden, er det fortsatt mange som ikke vet hvordan Bluetooth fungerer. Ved å bruke en slik tilkobling kan du utveksle filer, spille felles spill (for eksempel på telefoner), koble tilleggsutstyr til en PC, overføre lyd til et lydanlegg og mye mer.

Men for å vite hvordan du oppretter tilkoblinger og bruker teknologien, må du forstå hvordan Bluetooth fungerer. Teknologien er ganske enkel og grei. Dessuten er det billig. Takket være dette er Bluetooth-kommunikasjon tilgjengelig for absolutt alle. Hver telefon, smarttelefon, nettbrett og bærbar PC har en innebygd trådløs adapter.

Hva er Bluetooth: Video

Hvordan Bluetooth fungerer

Mange stiller spørsmålet, på hvilken avstand fungerer Bluetooth? Alt avhenger av versjonen av teknologien. Men før du går videre til dekningsområdet, er det verdt å merke seg at sendere (mottakere) av svært små størrelser brukes til dataoverføring. De tar praktisk talt ikke plass.

Takket være dette er adapteren innebygd i de minste telefonene. I dette tilfellet når handlingsradiusen til Bluetooth 10 meter. Snakker vi om nyere standarder, for eksempel Bluetooth 4.0, så er rekkevidden enda større, cirka 100 meter i sikte.

Mottakeren fungerer i området 2,4-2,48 GHz. Det vil si at dette er en vanlig radiokommunikasjon, som opererer i dataoverføringshastigheten, avhengig av versjonen, kan variere fra 721 Kbps (1.1) til 24 Mbps (3.0 og 4.0). Denne teknologien lar deg lage private nettverk ved å kombinere flere enheter i grupper. I dette tilfellet kan du ikke bare overføre filer, men også fjernstyre utstyret.

Svaret på spørsmålet, på hvilken avstand Bluetooth fungerer - opptil 50 meter med direkte sikte og omtrent 10-20 meter i bygninger. Produsenten hevder selvfølgelig at fra og med versjon 3.0 kan rekkevidden nå 100 meter, men faktisk er dekningsområdet minst halvparten av det.

I dette tilfellet skjer tilkoblingen automatisk. Brukere trenger ikke konfigurere nesten hva som helst. Det skal bemerkes at mange moderne enheter fungerer med en slik tilkobling. Det vanligste er for eksempel et trådløst headset som kan kobles til en telefon eller datamaskin.

For å bytte mellom frekvenser for hver tilkobling brukes en pseudo-tilfeldig sekvens som kun er kjent for sender og mottaker. De bytter på sin side synkront fra en frekvens til en annen hver 625 μs. 625 μs er én tidsluke.

Takket være denne algoritmen, hvis mer enn ett par (mottaker-sender) fungerer i nærheten, forstyrrer de ikke hverandre. Det er derfor synkronisering utføres når den er tilkoblet. Dessuten lar denne funksjonen deg øke sikkerhetsnivået og beskytter konfidensialitetssystemet for informasjon som overføres mellom enheter.

Slik finner du ut Bluetooth-versjonen: Video

Slik fungerer trådløse Bluetooth-hodetelefoner

Med den utbredte bruken av trådløse hodetelefoner, spørsmålet om hvordan fungerer Bluetooth-hodetelefoner?

Det er veldig enkelt her. Hodesettet synkroniserer med telefonen (eller annen lydkilde) og spiller av det resulterende lydsignalet. Poenget er at adapteren konverterer et digitalt signal til analogt og sender det over radiobølger. I Bluetooth-hodetelefoner mottar modulen radiobølger og konverterer dem til et digitalt signal.

Hvordan kobler jeg et headset til telefonen? For å gjøre dette holder du nede strømknappen på hodetelefonene og holder den til indikatoren blinker blått og rødt (fargene kan variere avhengig av modell).

Velg ønsket enhet og klikk "Koble til". Etter det blir enhetene synkronisert.

Bluetooth 5.0 ble en realitet. Sammenlignet med Bluetooth 4.0 har den nye versjonen doble båndbredden, firedoble rekkevidden og en hel rekke andre forbedringer. Vurder fordelene med Bluetooth 5.0 i forhold til forgjengerne, inkludert et eksempel CPU CC2640R2F fra Texas Instruments.

Populariteten til Bluetooth 4-protokollversjonen, så vel som noen av dens begrensninger, ble årsakene til opprettelsen av den neste Bluetooth 5-spesifikasjonen. Utviklerne satte seg en rekke mål: utvide rekkevidden, øke båndbredden ved sending av kringkastingspakker , forbedre støyimmunitet og så videre.

Nå som de første enhetene med Bluetooth 5 har begynt å dukke opp, har brukere og utviklere med rette spørsmål: hvilke av de tidligere annonserte løftene har gått i oppfyllelse? Hvor mye har rekkevidden og dataoverføringshastigheten økt? Hvordan påvirket dette forbruksnivået? Hvordan har tilnærmingen til dannelsen av kringkastingspakker endret seg? Hvilke forbedringer er gjort for å forbedre støyimmunitet? Og selvfølgelig er hovedspørsmålet - er det bakoverkompatibilitet mellom Bluetooth 5 og Bluetooth 4? La oss svare på disse og noen andre spørsmål og vurdere hovedfordelene med Bluetooth 5.0 i forhold til forgjengerne, inkludert eksemplet på en ekte prosessor med Bluetooth 5.0-støtte fra selskapet. Texas Instruments.

La oss starte vår gjennomgang av Bluetooth 5.0 ved å svare på det oftest stilte spørsmålet om bakoverkompatibilitet med Bluetooth 4.x

Er Bluetooth 5.0 bakoverkompatibel med Bluetooth 4.x?

Ja det gjør det. Bluetooth 5 har overtatt de fleste funksjonene og utvidelsene til Bluetooth 4.1 og 4.2. For eksempel beholder Bluetooth 5-enheter alle Bluetooth 4.2 datasikkerhetsforbedringer og støtter LE Data Length Extension. Det er verdt å huske på at takket være LE Data Length Extension, fra Bluetooth 4.2, kan størrelsen på pakkedataenheten (PDU) med en etablert tilkobling økes fra 27 til 251 byte, noe som lar deg øke datautvekslingshastigheten 2,5 ganger.

På grunn av det store antallet forskjeller mellom protokollversjonene, er den tradisjonelle mekanismen for å forhandle parametere mellom enheter ved etablering av tilkoblinger bevart. Dette betyr at før du begynner å utveksle data, "blir enhetene kjent" og bestemmer maksimal dataoverføringsfrekvens, meldingslengde og så videre. Standardinnstillingene er Bluetooth 4.0. Overgangen til Bluetooth 5-parametrene skjer bare hvis det under forhandlingsprosessen viser seg at begge enhetene støtter den senere versjonen av protokollen.

Når vi snakker om verktøyene som allerede er tilgjengelige for utviklere, er den nye CC2640R2F-prosessoren og den gratis BLE5-Stacken fra Texas Instruments verdt å merke seg. Til glede for utviklerne er BLE5-Stack basert på den forrige versjonen av BLE-Stack, og endringer i bruken påvirket kun de nye funksjonene til Bluetooth 5.0.

Hvordan har dataoverføringshastigheten økt i Bluetooth 5?

Bluetooth 5 bruker en trådløs tilkobling med en fysisk dataoverføringshastighet på opptil 2 Mbps, som er det dobbelte av Bluetooth 4.x. Det skal bemerkes her at den effektive datautvekslingshastigheten ikke bare avhenger av den fysiske båndbredden til overføringskanalen, men også av forholdet mellom tjeneste og nyttig informasjon i pakken, så vel som av de medfølgende "overhead"-kostnadene, for eksempel. , tap av tid mellom pakker (tabell 1).

Tabell 1. Datautvekslingskurs for ulike versjonerblåtann

I Bluetooth-versjoner 4.0 og 4.1 var den fysiske båndbredden til kanalen 1 Mbit/s, som med en PDU-datapakkelengde på 27 byte gjorde det mulig å oppnå en vekslingskurs på opptil 305 kbit/s. Bluetooth 4.2 introduserer LE Data Length Extension. Takket være ham, etter å ha opprettet en forbindelse mellom enheter, ble det mulig å øke pakkelengden til 251 byte, noe som førte til en økning i datautvekslingshastigheten med 2,5 ganger - opptil 780 kbit / s.

Bluetooth-versjon 5 beholder støtte for LE Data Length Extension, som sammen med en økning i fysisk båndbredde på opptil 2 Mbps gjør det mulig å oppnå datautvekslingshastigheter på opptil 1,4 Mbps.

Som praksis viser, er en slik akselerasjon av dataoverføring ikke grensen. For eksempel er den trådløse mikrokontrolleren CC2640R2F i stand til å operere med hastigheter på opptil 5 Mbps.

Det er verdt å nevne en vanlig misforståelse om at økningen i gjennomstrømming opp til 2 Mbps ble oppnådd ved å redusere rekkevidden. Selvfølgelig, fysisk har transceiver-brikken (PHY) ved drift med 2 Mbit/s 5 dBm mindre følsomhet enn ved drift med 1 Mbit/s. Men i tillegg til sensitivitet er det andre faktorer som bidrar til en økning i rekkevidden, for eksempel overgangen til datakoding. Av denne grunn, alt annet likt, er Bluetooth 5 mer pålitelig og har lengre rekkevidde enn Bluetooth 4.0. Dette diskuteres i detalj i en av de følgende delene av artikkelen.

Hvordan aktivere høyhastighets dataoverføringsmodus i Bluetooth 5?

Når en tilkobling opprettes mellom to Bluetooth-enheter, brukes Bluetooth 4.0-innstillingene til å begynne med. Dette betyr at i det første trinnet utveksler enhetene data med en hastighet på 1 Mbps. Når tilkoblingen er opprettet, kan den Bluetooth 5.0-aktiverte veiviseren starte PHY-oppdateringsprosedyren for å sette maksimalhastigheten til 2 Mbps. Denne operasjonen vil bare lykkes hvis slaven også støtter Bluetooth 5.0. Ellers forblir hastigheten på 1 Mbps.

For utviklere som tidligere har brukt BLE-Stack fra Texas Instruments, er den gode nyheten at den nye BLE5-Stacken har en enkelt funksjon, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd (), tildelt for å utføre prosedyren ovenfor. Når du oppgraderer til Bluetooth 5.0, vil TI-brukere derfor ikke ha noe problem med den første initialiseringen. Et eksempel lagt ut på GitHub-portalen vil også være nyttig for utviklere, som lar deg evaluere driften av to CC2640R2F-mikrokontrollere som opererer som en del av CC2640R2 LaunchPads i høyhastighets- og lang rekkevidde-modus.

Hvordan har rekkevidden til Bluetooth 5 økt?

Bluetooth 5.0-spesifikasjonen sier at den har fire ganger rekkevidden til Bluetooth 4.0. Dette er et ganske subtilt spørsmål, som det er verdt å dvele ved mer detaljert.

For det første er konseptet "fire ganger" relativt og er ikke knyttet til en bestemt rekkevidde i meter eller kilometer. Faktum er at radiooverføringsrekkevidden er sterkt avhengig av en rekke faktorer: miljøtilstanden, interferensnivået, antall enheter som sender samtidig, og så videre. Som et resultat gir ikke en eneste produsent, så vel som utvikleren av Bluetooth SIG-standarden selv, spesifikke verdier. Økningen i rekkevidde er estimert sammenlignet med Bluetooth 4.0.

For videre analyse er det nødvendig å utføre noen matematiske beregninger og estimere kraftbudsjettet til radiokanalen. Når du bruker logaritmiske verdier, er radiokanalbudsjettet (dB) lik forskjellen mellom sendereffekten (dBm) og mottakerfølsomheten (dBm):

Radiokanalbudsjett = kraftT X(dBm) - følsomhetR X(dBm)

For Bluetooth 4.0 er standard mottakerfølsomhet -93 dBm. Forutsatt en sendereffekt på 0 dBm er budsjettet 93 dB.

Å øke rekkevidden med fire ganger vil kreve en budsjettøkning på 12 dB, som gir en verdi på 105 dB. Hvordan skal denne verdien oppnås? Det er to måter:

• øke kraften til sendere;
• øke følsomheten til mottakerne.

Hvis du går langs den første veien og øker sendereffekten, vil dette uunngåelig føre til en økning i forbruket. For eksempel, for CC2640R2F, vil bytte til en utgangseffekt på 5 dBm føre til en økning i strømforbruket opp til 9 mA (Figur 1). Ved en effekt på 10 dBm vil strømmen øke til 20 mA. Denne tilnærmingen ser ikke attraktiv ut for de fleste batteridrevne trådløse enheter og er ikke alltid egnet for IoT, og dette er området der Bluetooth 5.0 først og fremst var orientert. Av denne grunn ser den andre løsningen ut til å være å foretrekke.

Det er to måter å øke mottakerens følsomhet på:

• reduksjon i overføringshastighet;
• ved hjelp av datakoding kodet PHY.

Å redusere datahastigheten med en faktor på åtte øker teoretisk mottakerens følsomhet med 9 dB. Dermed mangler kun 3 dB til den ettertraktede verdien.

De nødvendige 3 dB kan oppnås ved å bruke ekstra kodet PHY-koding. Tidligere, i Bluetooth 4.x-versjoner, var bitkodingen 1:1 entydig. Dette betyr at datastrømmen ble rettet direkte til differensialdemodulatoren. I Bluetooth 5.0 når du bruker kodet PHY, er det to ekstra overføringsformater:

• med 1:2-koding, der hver databit er kartlagt til to biter i radiodatastrømmen. For eksempel er en logisk "1" representert som sekvensen "10". Samtidig forblir den fysiske hastigheten lik 1 Mbit/s, mens den reelle dataoverføringshastigheten synker til 500 kbit/s.
• Med 1:4-koding. For eksempel er logisk "1" representert av sekvensen "1100". I dette tilfellet reduseres dataoverføringshastigheten til 125 kbps.

Den beskrevne tilnærmingen kalles Forward Error Correction (FEC) og lar deg oppdage og korrigere feil på mottakersiden, i stedet for å be om reoverføring av pakker, slik tilfellet var i Bluetooth 4.0.

Alt ser bra ut på papiret. Det gjenstår bare å finne ut i hvilken grad disse teoretiske beregningene samsvarer med virkeligheten. La oss ta den samme CC2640R2F mikrokontrolleren som et eksempel. Takket være ulike forbedringer og nye modulasjonsmoduser for Bluetooth 5.0, har transceiveren til denne prosessoren en følsomhet på -97 dBm ved 1 Mbps og -103 dBm ved bruk av Coded PHY og 125 kbps. I sistnevnte tilfelle er altså bare 2 dBm ikke nok til å nå 105 dB.

For å estimere rekkevidden til CC2640R2F, gjennomførte ingeniører ved Texas Instruments et felteksperiment i Oslo. Samtidig, med tanke på støynivået, kan miljøet i dette eksperimentet ikke kalles "vennlig", siden forretningsdelen av byen lå i umiddelbar nærhet.

For å få et effektbudsjett på mer enn 105 dB, ble det besluttet å øke sendereffekten til 5 dBm. Dette resulterte i imponerende 108 dBm totalt (Figur 2). Under eksperimentet var rekkevidden 1,6 km, noe som er et meget imponerende resultat, spesielt med tanke på minimumsforbruket til radiosendere.

Hvordan har tilnærmingen til Bluetooth 5-kringkastingsmeldinger endret seg?

Tidligere brukte Bluetooth 4.x tre dedikerte datakanaler for å etablere forbindelser mellom enheter (37, 38, 39). Med deres hjelp fant enhetene hverandre og utvekslet tjenesteinformasjon. De kunne også overføre kringkastede datapakker. Denne tilnærmingen har ulemper:

• med et stort antall aktive sendere kan disse kanalene ganske enkelt bli overbelastet;
• flere og flere enheter bruker punkt-til-punkt tilkoblingsløse sendinger. Dette er spesielt viktig for tingenes internett (IoT);
• det nye kodede PHY-kodesystemet vil kreve åtte ganger lengre tid for å etablere en forbindelse, som i tillegg vil laste kringkastingskanaler.

For å løse disse problemene i Bluetooth 5.0 ble det besluttet å bytte til et opplegg der data overføres på alle 37 datakanaler, og tjenestekanaler 37, 38, 39 brukes til å overføre pekere. Pekeren refererer til kanalen som kringkastingsmeldingen skal sendes på. I dette tilfellet overføres dataene bare én gang. Som et resultat er det mulig å laste ned tjenestekanaler betydelig og eliminere denne flaskehalsen.

Det er også verdt å merke seg at nå kan datalengden til en kringkastingspakke være opptil 255 byte i stedet for 6 ... 37 byte PDU i Bluetooth 4.x. Dette er ekstremt viktig for IoT-applikasjoner, siden det minimerer overføringskostnader og eliminerer behovet for tilkoblinger, og derfor reduserer forbruket.

Støtter Bluetooth 5 Mesh-nettverk?

Texas Instruments Bluetooth 5-løsninger

En av de aller første mikrokontrollerne med Bluetooth 5.0 var den høyytelses CC2640R2F-prosessoren fra Texas Instruments.

CC2640R2F er basert på en moderne 32-bits ARM Cortex-M3-kjerne med en driftsfrekvens på opptil 48 MHz. Radiosenderen styres av en andre 32-biters ARM Cortex-M0-kjerne (Figur 3). I tillegg har CC2640R2F rike digitale og analoge eksterne enheter.

Fordelen med CC2640R2F mikrokontroller er også et lavt forbruksnivå (tabell 2). Dette gjelder alle driftsformer. For eksempel, i aktiv modus, når du mottar data over en radiokanal, er forbruket 5,9 mA, og ved overføring 6,1 mA (0 dBm) eller 9,1 mA (5 dBm). Når du går inn i hvilemodus, synker forsyningsstrømmen til 1 μA totalt.

Kombinasjonen av tre så viktige egenskaper som støtte for Bluetooth 5.0, lavt strømforbruk og høy toppytelse gjør CC2640R2F til en veldig interessant løsning for tingenes internett. Samtidig, ved å bruke denne mikrokontrolleren, kan du lage hele spekteret av IoT-enheter: autonome sensorer som opererer i flere år fra ett batteri, broer mellom en ekstra kontrollprosessor og Bluetooth 5.0-kanalen, komplekse applikasjoner som krever høy datakraft.

Tabell 2. Forbruk av trådløs mikrokontrollerCC2640 R2 Fmed støttenBluetooth 5

For å komme raskt i gang med CC2640R2F, har Texas Instruments utarbeidet et tradisjonelt feilsøkingssett (Figur 4). Ved hjelp av et par slike enheter kan du evaluere hastigheten og rekkevidden for radiooverføring via Bluetooth 5.0. For å gjøre dette kan du bruke ferdige eksempler eller lage din egen applikasjon basert på den gratis BLE 5 stack 1.0-protokollen (www.ti.com/ble).

Konklusjon

Den nye versjonen av Bluetooth 5.0-protokollen er fokusert på å møte behovene til tingenes internett (IoT). Sammenlignet med Bluetooth 4.0 har den en rekke kvalitetsforbedringer:

• dataoverføringshastighet doblet og nådde 2 Mbps;
• overføringsrekkevidden har firedoblet seg på grunn av datakoding Coded PHY og Forward Error Correction (FEC);
• gjennomstrømmingen av kringkastede meldinger økte med 8 ganger.

I tillegg gir Bluetooth 5.0 bakoverkompatibilitet med Bluetooth 4.x-enheter og støtter også de fleste utvidelser av senere protokollversjoner.

Du kan nå evaluere egenskapene til Bluetooth 5.0 ved å bruke instrumenter produsert av Texas Instruments. Selskapet produserer en høyytelses og laveffekts mikrokontroller CC2640R2F, gir en gratis BLE 5 stack 1.0 og mange ferdige eksempler for LAUNCHXL-CC2640R2 feilsøkingssettet.

Litteratur

1. Vanlige spørsmål om Bluetooth Core Specifcation 5.0. 2016. Bluetooth SIG.

Slik fungerer bluetooth når du bruker datamaskiner, underholdningssystemer eller telefoner utstyrt med denne universelle trådløse tilkoblingen.

Bruken av bluetooth oppstår når enheter trenger å samhandle med hverandre uten å bruke ulike ledninger, kabler, radiosignaler, infrarøde stråler, lys. Med denne tilkoblingen trenger du ikke en rekke kontakter, plugger og installasjon av sammenkoblingsprotokoller.

Det er mange forskjellige måter elektroniske enheter kan koble til hverandre på, og dette blir mer og mer komplekst for hver dag som det utvikler seg. Men tilkoblingen via bluetooth er den enkleste med tanke på operasjonsprinsippet.

Slik fungerer bluetooth

Bluetooth-tilkobling er trådløs og automatisk, og har en rekke interessante funksjoner som kan gjøre denne typen tilkobling enklere å bruke. Når to enheter trenger å utveksle informasjon med hverandre, må de bli enige om et antall punkter før utvekslingen kan begynne. Det første punktet for enighet er fysisk: vil de "snakke" over ledninger eller en form for trådløst signal? Hvis de bruker ledninger, hvor mange kreves - en, to, åtte, 25? Etter at de fysiske egenskapene er løst, dukker det opp noen flere spørsmål:

• hvor mye data vil bli sendt på en gang? For eksempel sender serielle porter data 1 bit om gangen, mens parallellporter sender flere biter samtidig;
• hvordan vil de utveksle med hverandre? Alle parter i en elektronisk diskusjon må vite hva bitene betyr og meldingen de mottar, om det er meldingen som ble sendt. Dette betyr utviklingen og settet med kommandoer og svar kjent som en samvirkende protokoll.

Bluetooth-tilkobling er i hovedsak en nettverksstandard som opererer på to nivåer:

• gir overføring på det fysiske laget via radiofrekvens;
• gir enighet på protokollnivå.

Bluetooth-tilkobling er trådløs, billig og automatisk. Det finnes andre måter å komme seg rundt ledningene på, for eksempel infrarød kommunikasjon. Infrarød (IR) refererer til lysbølger med en lavere frekvens enn det menneskelige øyet kan motta og tolke. IR brukes i de fleste fjernkontrollsystemer for fjernsyn. Infrarød kommunikasjon er ganske pålitelig og rimelig, men det er to ulemper. For det første er IR en "line of sight"-teknologi. Den andre ulempen er fartsgrenser. Som en fordel er interferens mellom enheter sjelden.

Bluetooth-overføring

Bluetooth-overføring har ikke de problemene som IR-systemer har: kun siktlinje og fartsgrense.

Jo eldre standarden er, desto større er maksimal hastighet som kan overføres. 1.0-standarden har en maksimal dataoverføringshastighet på 1 megabit per sekund (Mbps), mens 2.0 kan håndtere opptil 3 Mbps. (2.0 og nyere er bakoverkompatible med 1.0-enheter), Bluetooth 3.0 opptil 24 Mbps, Bluetooth 4.0. hastighet - opptil 30 Mbit / s., Bluetooth 5.0. hastighet - opptil 60 Mbps

Disse trådløse nettverkene overfører data over laveffekts radiobølger på 2,45 GHz (faktisk mellom 2,402 GHz og 2,480 GHz).

Dette frekvensbåndet er tildelt på grunnlag av en internasjonal avtale for bruk av industrielt, vitenskapelig og medisinsk utstyr (ISM). En metode for ikke å forstyrre andre systemer er å sende ut svake signaler og ikke tette - ca 1 mW.

Til sammenligning kan de kraftigste mobiltelefonene overføre opptil 3 watt.

Lav strøm begrenser rekkevidden av enheter med dette systemet til 10 meter, så sjansene for forstyrrelser mellom datasystemet og telefonen eller TV-en er liten. Selv ved lav effekt krever ikke bruk av bluetooth direkte sikte mellom enheter som samhandler. Veggene i huset forstyrrer ikke signalet, noe som gjør standarden nyttig for å kontrollere flere enheter i forskjellige rom. Med dette systemet kan du koble til opptil åtte enheter samtidig.

Standarden bruker en teknologi som kalles frekvenshopping spredt spektrum, som gjør den støyfri.

I denne teknologien endrer senderne frekvens 1600 ganger per sekund, noe som betyr at et stort antall enheter kan dra full nytte av den begrensede båndbredden til radiosignalspekteret.

Siden hver Bluetooth-tilkobling automatisk bruker spredt spektrum, er det usannsynlig at to sendere vil være på samme frekvens samtidig. Den samme algoritmen minimerer risikoen for at telefoner eller hodetelefoner forstyrrer driften av enheter, siden enhver intervensjon ved en bestemt frekvens vil vare bare en liten brøkdel av et sekund. Når Bluetooth-kompatible enheter er koblet til hverandre, trenger ikke brukeren å trykke på en knapp eller gi en kommando – elektronisk dokking skjer automatisk. Så snart enhetene er koblet til, vil en del av datasystemet danne et nettverk. NS bluetooth overføring oppretter et personlig nettverk (PAN), eller offentlig nettverk, som kan fylle et rom eller dekke en kort avstand, som en mobiltelefon på beltet og et headset på hodet.

På grunnleggende enheter som telefoner, høyttalere, hodesett, bærbare datamaskiner dekkes en avstand på ca. 10 meter.

Wi-Fi og bluetooth forskjell

Wi-Fi og bluetooth, i tillegg til prinsippet om samhandling med hverandre, har mange forskjeller:

• forskjellige frekvensområde og grensesnittprotokoller
• Bluetooth-kommunikasjonsrekkevidden er kortere
• hastigheten på informasjonsoverføring, på grunn av operasjonsprinsippet, er den lavere for Bluetooth
• forskjellig antall enheter som opererer samtidig
• lavere strømforbruk og kostnader, bedre støyimmunitet for Bluetooth-enheter.

Slik overfører du trygt via bluetooth

Hvordan overføre via bluetooth tar hensyn til de ulike sikkerhetsmodusene, bestemmer enhetsprodusentene hvilken modus som skal aktiveres for å støtte gadgeten. I nesten alle tilfeller kan du installere "trusted devices" som kan kommunisere uten å spørre om tillatelse. Beskyttelsesmetoder inkluderer autorisasjons- og identifikasjonsprosedyrer som begrenser bruken av tjenester for en registrert bruker og krever at brukere tar en beslutning om å åpne en bestemt fil eller overføre data. Bluetooth-overføring i disse modusene eliminerer eller gjør uautorisert tilgang usannsynlig. Brukeren kan også ganske enkelt bytte til "usynlig" modus og unngå å koble til andre enheter helt. Datasikkerhet og bruk av bluetooth og wi-fi er et uunngåelig resultat av teknologisk innovasjon og enhetsprodusenter slipper stadig ny fastvare for å løse nye problemer som de oppstår.

Bluetooth muliggjør utveksling av informasjon mellom enheter som personlige datamaskiner (stasjonære datamaskiner, lomme-PCer, bærbare datamaskiner), mobiltelefoner, skrivere, digitale kameraer, mus, tastaturer, joysticker, hodetelefoner, hodetelefoner på en pålitelig, rimelig, allestedsnærværende radiofrekvens for kort- rekkevidde kommunikasjon.

Bluetooth gjør at disse enhetene kan kommunisere i en avstand på 1 til 100 meter fra hverandre (rekkevidden er svært avhengig av hindringer og forstyrrelser), selv i forskjellige rom.

Opprinnelsen til Bluetooth-navnet

Ordet Bluetooth er den engelske oversettelsen av det danske ordet "Blåtand". Dette kallenavnet ble båret av kong Harald I, som styrte Danmark og en del av Norge på 900-tallet og forente de krigførende danske stammene til ett rike. Implikasjonen er at Bluetooth gjør det samme med kommunikasjonsprotokoller, og kombinerer dem til en universell standard.

Hvor begynte detBlåtann?

Det første konseptet med Bluetooth-teknologi dukket opp i den lille svenske byen Lunde, i 1994, hvor Ericsson bestemte seg for å reise en ny stein (en slags ritual) der til minne om den store mannen. Inskripsjonen på dette monumentet lyder (i originalen - på gammelnorsk): "Ericsson Mobile Communications AB installerte denne steinen til ære for Harald Bluetooth, som ga navnet sitt til den nye trådløse teknologien for mobilkommunikasjon."

Så, tidlig i 1998, slo fem store selskaper - Ericsson, Nokia, IBM, Intel og Toshiba - seg sammen for å begynne arbeidet med en ny trådløs teknologi kalt Bluetooth. 20. mai samme år ble det dannet en Special Interest Group (SIG) for å fremme den nye teknologien ytterligere i telekommunikasjonsmarkedet. Ethvert selskap som planlegger å utvikle Bluetooth-enheter kan bli med i denne gruppen gratis. For tiden inkluderer SIG mer enn tre tusen selskaper, blant dem er det både gamle representanter som ga opphav til utviklingen av denne standarden, og nye - for eksempel slike giganter som Lucent, Microsoft, Motorola, etc.

Grunnleggende om Bluetooth-teknologi

Bluetooth er, som nevnt ovenfor, en moderne teknologi for trådløs dataoverføring som lar deg koble nesten alle enheter med hverandre. Du kan koble til alt som kobles til, det vil si har en innebygd Bluetooth-mikrobrikke. Teknologien er standardisert, derfor bør det ikke være noe problem med inkompatibilitet av enheter fra konkurrerende firmaer.

Bluetooth er en liten brikke (figur 1) som er en høyfrekvent (2,4 - 2,48 GHz) transceiver.

Ris. 1 brikkeblåtann

Strømforbruk (sendereffekt) bør ikke overstige 10 mW. I utgangspunktet antok teknologien muligheten for kommunikasjon i en avstand på ikke mer enn 10 meter. I dag tilbyr noen firmaer Bluetooth-brikker som kan kommunisere opptil 100 meter unna. Som en radioteknologi er Bluetooth i stand til å "unngå" hindringer, slik at de tilkoblede enhetene kan være utenfor synsvidde. Tilkoblingen skjer automatisk så snart Bluetooth-enheter er innen rekkevidde, ikke bare på punkt-til-punkt-basis (to enheter), men også på punkt-til-multipunkt-basis (en enhet fungerer med flere andre).

Ris. 2blåtann-chip og fyrstikk i nærheten

Bluetooth-brikken er implementert under hensyntagen til alle moderne trender. Brikkestørrelsen (fig. 2) er mindre enn én kvadratcentimeter. Den påførte frekvensen gjør det mulig å begrense strømforbruket til 1mW. Disse egenskapene gjør at Bluetooth-brikker kan integreres i enheter som mobiltelefoner og PDAer.

Hvordan Bluetooth fungerer

Bluetooth-teknologi forutsetter to typer kommunikasjon: synkron - SCO (Synchronous Connection Oriented) og asynkron - ACL (Asynchronous Connectionless). Den første typen, SCO, er designet for å etablere en symmetrisk punkt-til-punkt-forbindelse og brukes først og fremst til overføring av talemeldinger. SCO-baudhastigheten er 64 sett/s. Den andre, ACL, er for pakkedataoverføring. Den støtter balanserte og asymmetriske punkt-til-multipunkt-forbindelser. Pakkedataoverføringshastigheten for ACL er omtrent 721 Kbps. Datapakker er i et fast format. I begynnelsen av blokken er det en 72-biters tilgangskode. Den kan spesielt brukes til å synkronisere enheter. Den etterfølges av en 54-bits pakkeoverskrift som inneholder kontrollsummen til pakken og informasjon om dens parametere (for eksempel om reoverføring av datablokken). Lukker pakken med området som direkte inneholder informasjonen som videresendes. Størrelsen på dette området varierer fra 0 til 2745 biter.

Det grunnleggende designprinsippet for Bluetooth-systemer er bruken av metoden Frequency Hop Spread Spectrum (FHSS). Hele frekvensområdet 2.402-2.480 GHz tildelt for Bluetooth radiokommunikasjon er delt inn i N frekvenskanaler. Båndbredden til hver kanal er 1 MHz, kanalavstanden er 140-175 kHz. Frekvensskift-tasting brukes til å kode pakkeinformasjonen.

For USA og Europa N = 79. Unntaket er Spania og Frankrike, hvor 23 frekvenskanaler brukes for Bluetooth. Bytte av kanaler utføres i henhold til en pseudo-tilfeldig lov 1600 ganger per sekund. Konstant frekvensrotasjon lar Bluetooth-radiogrensesnittet kringkaste informasjon over hele ISM-båndet og unngå forstyrrelser fra enheter som opererer i samme bånd. Hvis denne kanalen er støyende, vil systemet bytte til en annen, og dette vil fortsette til en kanal som er fri for forstyrrelser er funnet.

Ris. 3. Frekvens-tidsdiagram av Bluetooth-modulene

I fig. 3 viser et tids-frekvensplan som illustrerer samtidig drift av tre Bluetooth-moduler. Moduler opererer i sykluser (spor), varighet 625 μs. Innenfor hver syklus er hver modul tildelt en tilsvarende frekvenskanal og overførings- eller mottaksmodus.

Når et par av Bluetooth-enheter er koblet til, danner de et piconet (fig. 4).

En av dem, som fungerer som en master, genererer frekvenssynkronisering og frekvensendringssignaler. Vanligvis er masteren den som er plassert i den kraftigste enheten, for eksempel en personlig datamaskin. Alle andre enheter er slaver.

Ris. 4 Piconet

Piconet er en grunnleggende form for kommunikasjon innen Bluetooth-teknologi. Et piconet kan inneholde opptil 7 aktive slaver. I tillegg kan det være inaktive slaver i nærheten (sone med godt mottak) av masteren, som også er synkronisert med den vanlige klokken og den generelle frekvenshoppsekvensen, men som ikke kan utveksle data før masteren aktiverer dem. Hvis det er mer enn 8 enheter i nettverket, vil et andre piconet bli dannet, og så videre. Flere (opptil 10) uavhengige og til og med ikke-synkroniserte pikonetter, som utveksling av informasjon er mulig mellom, kan kombineres til et såkalt stort Scatternel-nettverk. For å gjøre dette må hvert par pikonetter ha minst én felles enhet, som vil være master i den ene og slave i den andre. Dermed kan maksimalt 71 enheter kobles til samtidig innenfor et enkelt scatternett.

Bluetooth-arkitektur blokkdiagram

Ris. 5 Bluetooth-arkitektur

En viktig del av arkitekturen (fig. 5) er Host to Controller-grensesnittet (HCI), som gir interaksjon mellom Host-programvareundersystemet og Controller-maskinvareundersystemet. All interaksjon mellom de øvre nivåene av Bluetooth-systemet med maskinvaren skjer gjennom HCI-kommandoer initiert av driveren.

Hovedblokkene i arkitektur:
RF
Radioblokken er engasjert i å konvertere bitsekvensen til radiosignaler. Modulering, spektralkarakteristikker og fysikken til bithastighetssikringsprosesser er alle adressert på det lavere nivået av modellen.

Baseband Layer = Link Controller + Baseband Manager + Device Manager
Basebandlaget presenteres i form av tre blokker, som har som felles oppgave å administrere de fysiske kanalene som de fysiske forbindelsene etableres på toppen av. Bluetooth-adressering, synkronisering av enhetsgeneratorer, administrering av tilgangskoder til fysiske kanaler, søk etter enheter og etablering av en fysisk kanal mellom dem er alle oppgaver på basebåndnivå.

Link Manager

Etter at de to nederste nivåene har gitt oss en fysisk forbindelse mellom enheter, blir det et spørsmål om å organisere logiske kanaler, som senere skal bli grunnlaget for overføring av applikasjonstrafikk. Link Manager er ansvarlig for å etablere, modifisere og frigjøre logiske forbindelser mellom enheter, samt å oppdatere parametrene for fysiske forbindelser. For disse formålene bruker Link Manager Link Management Protocol (LMP).

L2CAP-lag= Channel Manager + L2CAP Resource Manager
Dette er en Bluetooth Host-blokk på høyt nivå, okkupert av L2CAP-laget. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) er en protokoll som fungerer på toppen av de opprettede logiske forbindelsene, og gir segmentering og gjenoppretting av pakkedata fra alle oppstrømsapplikasjoner.

Skachkov Maxim Konstantinovich