Sve o Bluetoothu. Istinita priča o Bluetoothu. Kako se razvijao i što će se dogoditi sljedeći raspon Bluetooth 4.0

Teško da se predviđa da će ijedna tehnologija umrijeti češće od Bluetootha. Istodobno, nemoguće je ne prepoznati ideju bežične komunikacije kao prilično uspješnu: verzija Bluetooth 1.0 pojavila se na tržištu prije više od 15 godina, a Bluetooth se nikad nije koristio u toliko uređaja koliko je sada sada. Sve zahvaljujući verziji Bluetooth 4.0, koji sada, međutim, izgleda dosta sporo.

Nadogradite na 4.1

Svake godine proda se jedna milijarda Bluetooth uređaja. Ali još uvijek postoji nekoliko gadgeta s Bluetooth 4.1. Trenutno je najavljena pametna narukvica Huawei TalkBand B1. Mnogi moderni skupovi čipova, poput onih u pametnom telefonu OnePlus, također će biti nadograđeni na 4.1.

Zamjenjuje Bluetooth Low Energy(ili Bluetooth Smart) - verzija za uštedu baterije. U ovom je slučaju domet djelovanja ograničen na 10 m, a brzina prijenosa podataka je 1 Mbit/s, ali se tijekom prijenosa ne troši više od 10 mA.

A sada dolazi sljedeća faza: Bluetooth Special Interest Group, koja uključuje više od 8000 tvrtki, priprema specifikaciju za . Naravno, ne treba očekivati ​​neke revolucionarne promjene, ali korisnici mobilnih uređaja mogu očekivati ​​neke važne inovacije. CHIP je odlučio razjasniti neka tehnička pitanja.

Većina inovacija u Bluetooth 4.1 odnosi se na zaštitu od smetnji. Bluetooth je sada standardna komponenta pametnih telefona i tableta; LTE moduli će se uskoro početi uvoditi u ove uređaje.

Nažalost, Bluetooth koristi nelicencirani frekvencijski pojas od 2,45 GHz (zajedno s 2,6 GHz), kao i LTE pojas u Rusiji i drugim zemljama. To može dovesti do međusobnih smetnji (vidi dijagram). Problem je što korisnik nema nikakav utjecaj na LTE signal.

Bluetooth programeri morali su učiniti određene stvari kako bi izbjegli smetnje. I upravo je to učinjeno u novoj verziji.

Kako bi se smetnje svele na najmanju moguću mjeru, Bluetooth 4.1 će imati ugrađen LTE pojasni filter. Ako LTE odašiljač ometa podatke koji se prenose putem Bluetootha, Bluetooth 4.1 će odmah reagirati

Takozvani Bluetooth 4.1 adaptivni komutacijski sustav tražit će drugi kanal gdje ima manje smetnji, odašiljati i primati podatke na drugoj frekvenciji. Dok s Bluetoothom 4.0 LTE uzrokuje smetnje u 75% slučajeva, s Bluetoothom 4.1 ta brojka pada na 25%.

Primajte i prenosite podatke bez smetnji

Uređaji s Bluetooth Low Energy sada su posebno popularni. Posebno za ovaj način rada za uštedu energije, verzija 4.1 ima novu metodu prijenosa podataka koja produljuje trajanje baterije.

Korisnici Bluetootha naučili su iz teškog iskustva o problemu prekida veze. Često se događalo da ako korisnik ode u drugu prostoriju dođe do prekida veze. Nakon toga sam morao ručno konfigurirati vezu.

Manje prekida veze s novim Bluetoothom

Ako dva Bluetooth uređaja izađu iz dometa, veza će se prekinuti. Uz Bluetooth 4.0, uređaji se moraju vratiti u roku od 30 sekundi da bi se automatski povezali. U verziji 4.1 to se vrijeme povećava na tri minute.

Uz Bluetooth 4.1, proizvođači mogu postaviti fiksne intervale tako da korisnik ne mora postavljati novu vezu svaki put nakon prekida veze. Bluetooth 4.1 može raditi s prekinutom vezom do tri minute - ranije ta brojka nije bila duža od 30 sekundi.

Činjenicu da ne morate biti povezani s računalom da biste koristili Bluetooth dokazuje inovacija dizajnirana posebno za 3D naočale koje rade u kombinaciji s TV-om. Obično je to zahtijevalo spajanje na više uređaja odjednom, pa je slika na televizorima često kasnila. Sada bi sve trebalo bolje funkcionirati.

Beskontaktno Slave Broadcast u Bluetooth 4.1 druga je nova značajka od koje će obožavatelji 3D filmova imati koristi. Bluetooth veza je samo u jednom smjeru, TV šalje podatke u fiksnim intervalima, 3D naočale primaju podatke, ali ne šalju nikakav odgovor na TV.

Fleksibilne veze s Bluetooth 4.1

Bluetooth 4.1 arhitektura povezivanja radi prema principu Master-Slave. Jedan uređaj djeluje kao master, a drugi kao slave. Svi uređaji mogu raditi i kao glavni i kao podređeni.

Tako se podaci s fitness narukvice ili mjerača otkucaja srca sada mogu izravno prenijeti na pametni telefon koji će ih zatim analizirati. Ranije je izravna interakcija između fitness narukvice i pametnog telefona bila nemoguća.

Dvije prednosti nadogradnje Bluetootha: Prvo, ne morate brinuti o kompatibilnosti. Bluetooth 4.0 i Bluetooth 4.1 potpuno su kompatibilni. Novi čip za Bluetooth 4.1 također nije potreban. Bluetooth 4.1 bit će dostupan putem ažuriranja firmvera Bluetooth 4.0.

Stručnjaci također predviđaju da će Bluetooth 4.1 podržavati IPv6. Sada to nije slučaj. Budući da nova verzija Bluetootha u potpunosti podržava IPv6, svim Bluetooth uređajima bit će dodijeljena IP adresa i bit će dostupni putem interneta. Stoga možemo reći da je Bluetooth revolucija već počela.

Bluetooth u usporedbi

Bluetooth postoji već 15 godina, a nove verzije izlaze svake dvije godine. Verzija 4.0 uvela je profil niske potrošnje. Budući da ga njegovi prethodnici nemaju, protokoli 4.0 i 4.1 nisu kompatibilni s prethodnim verzijama. U 4.1 je planiran rad po IPv6 protokolu.

Fotografije u članku: proizvodne tvrtke

Svaki zvuk počinje od izvora. Danas postoji mnogo bežičnih protokola za prijenos zvuka. Neki od njih mnogo su zanimljiviji od Bluetootha, ali još nisu dobili pravu distribuciju. Danas su gotovo svi pametni telefoni, prijenosna računala i tableti opremljeni Bluetoothom, a opremiti uređaj njegovom podrškom ako ima USB izlaz stvar je pet minuta.

Stoga ćemo se danas ograničiti na uređaje za reprodukciju zvuka koji koriste "plavi zub" (vodič je sasvim prikladan za odabir Bluetooth zvučnika). Ova tehnologija ima prilično dugu povijest i puno zamki, čije postojanje nije uvijek poznato korisnicima.

Prisutnost Bluetooth odašiljača ne znači da se uređaj može koristiti kao izvor zvuka za bežičnu audio opremu. Neće vam svaki Bluetooth omogućiti slušanje visokokvalitetne glazbe bez izobličenja. Nije svatko prikladan za slušanje datoteka s visokim brzinama prijenosa i formatima bez gubitaka.

Na što treba obratiti pozornost kako biste bežično slušali glazbu - bilo da je to samo MP3 ili visokokvalitetni rip s vinilne ploče, reći ćemo vam u ovom članku.

Počnimo s najvažnijom stvari: ovaj parametar izravno označava možete li slušati glazbu pomoću uređaja.

VerzijaBluetooth

U modernim uređajima najčešće možete pronaći podršku za Bluetooth 3.0 ili 4.0, u nekim vrhunskim pametnim telefonima i drugim gadgetima - 4.1. U ovom slučaju može se ispostaviti da kupljene slušalice podržavaju vezu samo putem verzije protokola 2.1. Adapteri su unatrag kompatibilni, ali kada su povezani, radi najsporiji protokol od ta dva.

Razlike između verzija protokola za prosječnog korisnika su minimalne zbog kompatibilnosti sa prethodnim verzijama. Ono što upada u oči je da se svakom novom verzijom smanjuje potrošnja energije uređaja, a počevši od 3.0 dodan je drugi modul za brzi prijenos podataka brzinom od 24 Mbit/s.

Verzija 2.1 + EDR prenosi podatke brzinom ne većom od 2,1 Mbit/s. Ovo je dovoljno za reprodukciju audio streama niske brzine prijenosa. Za reprodukciju audio i video streamova, preporučuje se korištenje Bluetooth verzije ne niže od 3.0.

Potrebno je uzeti u obzir da je za potpuno korištenje uređaja kao igrača vrlo poželjno imati Bluetooth verziju 4.0 ili noviju, ili još bolje, sa smanjenom potrošnjom energije.

Takav adapter možete prepoznati zahvaljujući sljedećim kategorijama.

ProfiliBluetooth

Profili su skup specifičnih funkcija koje podržavaju uređaji. Od svih koji se koriste u Bluetoothu za slušanje glazbe, zanimljivi su sljedeći:

1. Profil slušalica (HSP) neophodan za povezivanje slušalica i pametnog telefona te bežični prijenos mono zvuka s bitrateom od 64 kbit/s.
2. Hands-free profil (HFP) također pruža samo mono prijenos, ali više kvalitete.
3. Napredni profil distribucije zvuka (A2DP) potreban za prijenos dvokanalnog audio toka.
4. Audio/Video Remote Control Profil (AVRCP) omogućuje kontrolu nad funkcijama uređaja za reprodukciju (bez toga čak ni promjena glasnoće glazbe nije moguća).

Za potpuno slušanje glazbe potreban je A2DP. Ne samo da osigurava prijenos audio streama, već također upravlja kompresijom podataka prije prijenosa.

Međutim, čak i ako su i uređaj za prijenos i reprodukciju (na primjer, pametni telefon i bežične slušalice) opremljeni Bluetoothom 3.0 ili 4.0 i podržavaju traženi protokol, morate obratiti pozornost na kodek koji se koristi.

KodeciBluetooth

Najvažnija stvar za reprodukciju glazbe pomoću A2DP protokola je kodek, koji komprimira audio stream koji se prenosi na slušalice. Trenutno postoje tri kodeka:

1. Kodiranje podpojasa (SBC)- kodek koji koristi A2DP prema zadanim postavkama i kreiran od strane programera profila. Nažalost, SBC je mnogo grublji od MP3. Stoga nije pogodan za slušanje glazbe.
2. Napredno audio kodiranje (AAC)- napredniji kodek koji koristi različite algoritme kompresije. Zvuči puno bolje od SBC-a.
3. AptX- evo ga, pravi izbor! Barem zbog mogućnosti prijenosa datoteka u MP3 i AAC bez dodatnih manipulacija i transkodiranja. To znači da nema pogoršanja zvuka. Međutim, vrijedi rezervirati. Postoji nekoliko verzija aptX-a za reprodukciju različitih brzina prijenosa. Svaki od njih dizajniran je za vlastiti protok zvuka.

»
Glavne značajke posljednje dvije verzije kodeka su najsmanjena latencija reprodukcije zvuka i smanjeno opterećenje procesora tijekom kodiranja. Verzija s niskom latencijom omogućuje postizanje kašnjenja od 32 ms između izvora audio streama i uređaja za reprodukciju. Ovo će smanjiti izobličenje koje stvara oprema prilikom slušanja glazbe.

Dakle, uz određene postavke, možete odabrati određeni kodek. Ako se ne očekuje reprodukcija streama bez gubitaka, a velika latencija zvuka nije kritična, trebali biste se ograničiti na standardni aptX i ne preplaćivati ​​podršku uređaja za sljedeće verzije.

Vrijedno je zapamtiti da potrebni profil i kodek moraju podržavati i pametni telefon (ili drugi izvor audio streama) i same slušalice (ili Bluetooth zvučnik). U suprotnom, algoritam A2DP automatski će početi raditi koristeći SBC.

Uz Bluetooth, bilo koja dva uređaja uvijek rade koristeći najnižu verziju, najjednostavniji kodek i protokol. Dakle, ako jedan od njih ne podržava potrebnu tehnologiju, nećete moći u potpunosti uživati ​​u kvaliteti zvuka.

Za dugotrajno slušanje glazbe potrebna vam je podrška za Bluetooth verziju 3.0 ili noviju, aptX kodek i A2DP profil. Za slušanje glazbe s velikom brzinom prijenosa potrebna vam je podrška za kodek aptX Lossless - nijedan drugi neće raditi jer će glazba biti komprimirana kada se prenese na uređaj za reprodukciju.

Bluetooth 5.0 postala stvarnost. U usporedbi s Bluetoothom 4.0, nova verzija ima dvostruko veći kapacitet, četiri puta veći domet i niz drugih poboljšanja. Pogledajmo prednosti Bluetooth 5.0 u odnosu na njegove prethodnike, uključujući primjer CPU CC2640R2F iz Texas Instruments.

Popularnost verzije protokola Bluetooth 4, kao i neka od njegovih ograničenja, postali su razlozi za stvaranje sljedeće specifikacije Bluetooth 5. Programeri su sebi postavili niz ciljeva: proširenje raspona, povećanje propusnosti pri slanju paketa emitiranja , poboljšanje otpornosti na buku i tako dalje.

Sada kada su se počeli pojavljivati ​​prvi uređaji s Bluetooth 5, korisnici i programeri s pravom imaju pitanja: što je od prethodno navedenih obećanja postalo stvarnost? Koliko su se povećali domet i brzina prijenosa podataka? Kako je to utjecalo na razine potrošnje? Kako se pristup generiranju emitiranih paketa promijenio? Koja su poboljšanja napravljena za poboljšanje otpornosti na buku? I, naravno, glavno pitanje je - postoji li unatrag kompatibilnost između Bluetooth 5 i Bluetooth 4? Odgovorimo na ova i neka druga pitanja i razmotrimo glavne prednosti Bluetooth 5.0 u odnosu na njegove prethodnike, uključujući korištenje primjera stvarnog procesora s podrškom za Bluetooth 5.0 koji proizvodi tvrtka Texas Instruments.

Započnimo našu recenziju Bluetootha 5.0 odgovorom na najčešće postavljana pitanja o povratnoj kompatibilnosti s Bluetoothom 4.x

Je li Bluetooth 5.0 unatrag kompatibilan s Bluetoothom 4.x?

Da, ima. Bluetooth 5 prihvaća većinu značajki i proširenja Bluetootha 4.1 i 4.2. Na primjer, Bluetooth 5 uređaji zadržavaju sva poboljšanja sigurnosti podataka Bluetootha 4.2 i podržavaju LE Data Length Extension. Vrijedno je podsjetiti da se zahvaljujući LE Data Length Extension, počevši od Bluetootha 4.2, veličina podatkovnog paketa (packet data unit, PDU) tijekom uspostavljene veze može povećati s 27 na 251 bajt, što vam omogućuje povećanje brzina razmjene podataka za 2,5 puta.

Zbog velikog broja razlika između verzija protokola, zadržan je tradicionalni mehanizam dogovaranja parametara između uređaja prilikom uspostavljanja veze. To znači da prije nego počnu razmjenjivati ​​podatke, uređaji se “upoznaju” i određuju maksimalnu učestalost prijenosa podataka, duljinu poruka i slično. U ovom se slučaju prema zadanim postavkama koriste Bluetooth 4.0 parametri. Prijelaz na parametre Bluetooth 5 događa se samo ako se tijekom postupka uparivanja pokaže da oba uređaja podržavaju noviju verziju protokola.

Govoreći o alatima koji su već dostupni programerima, vrijedi istaknuti novi CC2640R2F procesor i besplatni BLE5-Stack tvrtke Texas Instruments. Na zadovoljstvo programera, BLE5-Stack se temelji na prethodnoj verziji BLE-Stacka, a promjene u njegovoj upotrebi utjecale su samo na nove značajke Bluetooth 5.0.

Kako se povećala brzina prijenosa podataka u Bluetooth 5?

Bluetooth 5 koristi bežičnu vezu s fizičkim brzinama prijenosa podataka do 2 Mbps, što je dvostruko brže od Bluetootha 4.x. Ovdje je vrijedno napomenuti da efektivna brzina razmjene podataka ne ovisi samo o fizičkoj propusnosti prijenosnog kanala, već i o omjeru usluge i korisnih informacija u paketu, kao i o povezanim "režijskim" troškovima, na primjer , vremenski gubitak između paketa (Tablica 1).

Stol 1. Brzina komunikacije za različite verzijeBluetooth

U verzijama Bluetooth 4.0 i 4.1 fizička propusnost kanala iznosila je 1 Mbit/s, što je uz PDU podatkovni paket duljine 27 bajtova omogućilo postizanje brzina razmjene do 305 kbit/s. Bluetooth 4.2 predstavio je LE Data Length Extension. Zahvaljujući njemu, nakon uspostavljanja veze između uređaja, postalo je moguće povećati duljinu paketa na 251 bajt, što je dovelo do povećanja brzine razmjene podataka za 2,5 puta - do 780 kbit/s.

Bluetooth verzija 5 zadržava podršku za LE Data Length Extension, koja, zajedno s povećanjem fizičke propusnosti na 2 Mbit/s, omogućuje postizanje brzine razmjene podataka do 1,4 Mbit/s.

Kao što praksa pokazuje, takvo ubrzanje prijenosa podataka nije granica. Na primjer, bežični mikrokontroler CC2640R2F može raditi pri brzinama do 5 Mbps.

Vrijedno je spomenuti uvriježenu zabludu da je povećanje propusnosti na 2 Mbit/s postignuto smanjenjem dometa. Naravno, fizički čip primopredajnika (PHY) kada radi na frekvenciji od 2 Mbit/s ima 5 dBm manju osjetljivost nego kada radi na frekvenciji od 1 Mbit/s. Međutim, osim osjetljivosti, postoje i drugi čimbenici koji doprinose povećanju raspona, na primjer, prijelaz na kodiranje podataka. Iz tog razloga, pod jednakim uvjetima, Bluetooth 5 se pokazao pouzdanijim i ima veći domet u usporedbi s Bluetoothom 4.0. O tome se detaljno govori u jednom od sljedećih odjeljaka članka.

Kako omogućiti brzi način prijenosa podataka u Bluetooth 5?

Prilikom uspostavljanja veze između dva Bluetooth uređaja, početno se koriste Bluetooth 4.0 postavke. To znači da u prvoj fazi uređaji razmjenjuju podatke brzinom od 1 Mbit/s. Nakon što se veza uspostavi, glavni uređaj koji podržava Bluetooth 5.0 može započeti postupak PHY ažuriranja, čiji je cilj uspostaviti maksimalnu brzinu od 2 Mbps. Ova će operacija uspjeti samo ako slave također podržava Bluetooth 5.0. Inače, brzina ostaje 1 Mbit/s.

Za programere koji su prethodno koristili Texas Instruments BLE-Stack, dobra vijest je da novi BLE5-Stack pruža jednu funkciju, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(), za izvođenje ove procedure. Dakle, prilikom prelaska na Bluetooth 5.0 korisnici TI proizvoda neće imati problema s početnom inicijalizacijom. Programerima će također biti koristan primjer objavljen na portalu GitHub, koji vam omogućuje procjenu rada dva mikrokontrolera CC2640R2F koji rade kao dio CC2640R2 LaunchPads u načinima rada velike brzine i dugog dometa.

Kako se povećao domet Bluetootha 5?

Bluetooth 5.0 specifikacija navodi da je domet četiri puta veći od Bluetootha 4.0. Ovo je prilično suptilno pitanje o kojem se vrijedi detaljnije pozabaviti.

Prvo, koncept "četiri puta" je relativan i nije vezan za određeni raspon u metrima ili kilometrima. Činjenica je da domet radijskog prijenosa jako ovisi o nizu čimbenika: stanju okoliša, razini smetnji, broju uređaja koji istovremeno emitiraju i tako dalje. Kao rezultat toga, niti jedan proizvođač, kao ni razvijač samog Bluetooth SIG standarda, ne daje određene vrijednosti. Povećanje dometa mjeri se u usporedbi s Bluetoothom 4.0.

Za daljnju analizu potrebno je napraviti neke matematičke izračune i procijeniti proračun snage radijskog kanala. Kada se koriste logaritamske vrijednosti, proračun radio kanala (dB) jednak je razlici između snage odašiljača (dBm) i osjetljivosti prijemnika (dBm):

Proračun radijskog kanala = snagaT X(dBm) – osjetljivostR X(dBm)

Za Bluetooth 4.0, standardna osjetljivost prijemnika je -93 dBm. Ako pretpostavimo da je snaga odašiljača 0 dBm, tada je proračun 93 dB.

Četverostruko povećanje raspona zahtijevalo bi povećanje proračuna od 12 dB, što bi rezultiralo vrijednošću od 105 dB. Kako se ova vrijednost treba postići? Postoje dva načina:

• povećanje snage odašiljača;
• povećanje osjetljivosti prijemnika.

Ako slijedite prvi put i povećate snagu odašiljača, to će neizbježno uzrokovati povećanje potrošnje. Na primjer, za CC2640R2F, prebacivanje na izlaznu snagu od 5 dBm dovodi do povećanja potrošnje struje na 9 mA (slika 1). Na 10 dBm struja će porasti na 20 mA. Ovaj pristup nije atraktivan za većinu bežičnih uređaja na baterije i nije uvijek prikladan za IoT, što je područje na koje je Bluetooth 5.0 prvenstveno bio namijenjen. Zbog toga se drugo rješenje čini poželjnijim.

Za povećanje osjetljivosti prijemnika predlažu se dvije metode:

• smanjenje brzine prijenosa;
• korištenje kodiranog PHY kodiranja podataka.

Smanjenje brzine prijenosa podataka za faktor osam teoretski povećava osjetljivost prijemnika za 9 dB. Dakle, željena vrijednost je manja od samo 3 dB.

Potrebnih 3 dB može se postići korištenjem dodatnog kodiranog PHY kodiranja. Prethodno, u verzijama Bluetooth 4.x, kodiranje bitova bilo je nedvosmisleno 1:1. To znači da je tok podataka izravno poslan diferencijalnom demodulatoru. U Bluetooth 5.0, kada se koristi Coded PHY, postoje dva dodatna formata prijenosa:

• s 1:2 kodiranjem, u kojem je svaki bit podataka povezan s dva bita u toku radijskih podataka. Na primjer, logička "1" predstavljena je kao niz od "10". U tom slučaju fizička brzina ostaje jednaka 1 Mbit/s, a stvarna brzina prijenosa podataka pada na 500 kbit/s.
• S kodiranjem 1:4. Na primjer, logička "1" predstavljena je nizom "1100". Brzina prijenosa podataka smanjena je na 125 kbit/s.

Opisani pristup naziva se Forward Error Correction (FEC) i omogućuje otkrivanje i ispravljanje pogrešaka na prijemnoj strani, umjesto da se zahtijeva ponovno slanje paketa, kao što je bio slučaj u Bluetoothu 4.0.

Na papiru sve izgleda dobro. Ostaje samo saznati kako ovi teorijski izračuni odgovaraju stvarnosti. Kao primjer, uzmimo isti mikrokontroler CC2640R2F. Zahvaljujući različitim poboljšanjima i novim načinima modulacije Bluetooth 5.0, primopredajnik ovog procesora ima osjetljivost od -97 dBm pri 1 Mbps i -103 dBm pri korištenju kodiranog PHY i 125 kbps. Dakle, u potonjem slučaju nedostaje samo 2 dBm od razine od 105 dB.

Kako bi procijenili domet CC2640R2F, inženjeri iz Texas Instrumentsa proveli su terenski eksperiment u Oslu. Istodobno, sa stajališta razine buke, okruženje u ovom eksperimentu ne može se nazvati "prijateljskim", jer je poslovni dio grada bio u neposrednoj blizini.

Kako bi se dobio proračun snage veći od 105 dB, odlučeno je povećati snagu odašiljača na 5 dBm. To nam je omogućilo da postignemo impresivnu konačnu vrijednost od 108 dBm (Slika 2). Prilikom izvođenja eksperimenta domet je iznosio 1,6 km, što je vrlo impresivan rezultat, posebno s obzirom na minimalnu razinu potrošnje radio odašiljača.

Kako se promijenio pristup Bluetooth 5 emitiranim porukama?

Prethodno je Bluetooth 4.x koristio tri namjenska podatkovna kanala za uspostavljanje veza između uređaja (37, 38, 39). Uz njihovu pomoć uređaji su se međusobno pronalazili i razmjenjivali servisne informacije. Preko njih je također bilo moguće prenositi pakete podataka za emitiranje. Ovaj pristup ima nedostatke:

• s velikim brojem aktivnih odašiljača, ti se kanali jednostavno mogu preopteretiti;
• Sve više i više uređaja koristi emitirane poruke bez uspostavljanja veze od točke do točke. Ovo je posebno važno za internet stvari IoT;
• novi Coded PHY sustav kodiranja će zahtijevati osam puta više vremena za uspostavljanje veze, što će dodatno opteretiti emitirane kanale.

Kako bi se riješili ti problemi u Bluetooth 5.0, odlučeno je prijeći na shemu u kojoj se podaci prenose na svih 37 podatkovnih kanala, a servisni kanali 37, 38, 39 koriste se za prijenos pokazivača. Pokazivač se odnosi na kanal preko kojeg će se emitirana poruka prenositi. U tom slučaju podaci se prenose samo jednom. Kao rezultat toga, moguće je značajno rasteretiti servisne kanale i ukloniti ovo usko grlo.

Također je vrijedno napomenuti da sada duljina podataka paketa emitiranja može doseći 255 bajtova umjesto 6...37 bajtova PDU u Bluetooth 4.x. Ovo je izuzetno važno za IoT aplikacije, jer omogućuje minimiziranje troškova prijenosa i eliminaciju veza, čime se smanjuje potrošnja.

Podržava li Bluetooth 5 Mesh mreže?

Texas Instruments rješenja za Bluetooth 5

Jedan od prvih mikrokontrolera s Bluetooth 5.0 bio je procesor visokih performansi CC2640R2F koji je proizveo Texas Instruments.

CC2640R2F izgrađen je na modernoj 32-bitnoj ARM Cortex-M3 jezgri s radnom frekvencijom do 48 MHz. Radom radio odašiljača upravlja druga 32-bitna ARM Cortex-M0 jezgra (slika 3). Uz to, CC2640R2F ima bogatu digitalnu i analognu periferiju.

Prednost mikrokontrolera CC2640R2F je i niska razina potrošnje (tablica 2). Ovo se odnosi na sve načine rada. Na primjer, u aktivnom načinu rada, pri primanju podataka preko radio kanala, potrošnja je 5,9 mA, a pri prijenosu - 6,1 mA (0 dBm) ili 9,1 mA (5 dBm). Prilikom prebacivanja u stanje mirovanja, struja napajanja potpuno pada na 1 µA.

Kombinacija triju važnih kvaliteta kao što su podrška za Bluetooth 5.0, niska potrošnja i visoka vršna izvedba čini CC2640R2F vrlo zanimljivim rješenjem za Internet stvari. U isto vrijeme pomoću ovog mikrokontrolera možete kreirati cijeli niz IoT uređaja: autonomne senzore koji rade nekoliko godina na jednoj bateriji, mostove između dodatnog upravljačkog procesora i Bluetooth 5.0 kanala, složene aplikacije koje zahtijevaju veliku računalnu snagu .

Tablica 2. Potrošnja bežičnog mikrokontroleraCC2640 R2 Fuz podrškuBluetooth 5

Za brzi početak rada s CC2640R2F, Texas Instruments je pripremio tradicionalni razvojni komplet (Slika 4). Koristeći nekoliko takvih uređaja, možete procijeniti brzinu i domet radio prijenosa putem Bluetooth 5.0. Da biste to učinili, možete koristiti gotove primjere ili izraditi vlastitu aplikaciju temeljenu na besplatnom protokolu BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).

Zaključak

Nova verzija Bluetooth 5.0 protokola usmjerena je na maksimalnu usklađenost s potrebama Interneta stvari (IoT). U usporedbi s Bluetooth 4.0, ima niz kvalitativnih poboljšanja:

• brzina prijenosa podataka se udvostručila i dosegla 2 Mbit/s;
• domet prijenosa povećan je četiri puta zbog kodiranog PHY i Forward Error Correction (FEC) kodiranja podataka;
• Propusnost emitirane poruke povećana je 8 puta.

Osim toga, Bluetooth 5.0 pruža kompatibilnost s Bluetooth 4.x uređajima, a također podržava većinu proširenja kasnijih verzija protokola.

Sada možete procijeniti mogućnosti Bluetootha 5.0 pomoću alata koje proizvodi Texas Instruments. Tvrtka proizvodi mikrokontroler visokih performansi i niske potrošnje energije CC2640R2F, pruža besplatan BLE 5 stack 1.0 i mnogo gotovih primjera za LAUNCHXL-CC2640R2 kit za otklanjanje pogrešaka.

Književnost

1. Bluetooth Core Specification 5.0 FAQ. 2016. Bluetooth SIG.

Što je Bluetooth i za što se koristi? Osnove tehnologije i datum nastanka

Bluetooth komunikacija je standard bežične tehnologije za razmjenu podataka kratkog dometa koji koristi kratkovalne mikrovalne radiovalove u ISM rasponu od 2,4 do 2,485 GHz za razmjenu podataka između stacionarnih i mobilnih uređaja, te izgradnju osobnih mreža (PAN).

Tehnologiju je stvorio telekomunikacijski dobavljač Ericsson 1994. godine i postala je toliko dio svakodnevnog života da je postalo nemoguće zamisliti život bez nje. Uključujući vijek trajanja automobila. U početku je nova tehnologija zamišljena kao bežična alternativa RS-232 sučelju podatkovnih kabela. Pomoću Bluetootha mogu se povezati različiti uređaji, izbjegavajući probleme sa sinkronizacijom i bez upotrebe nepotrebnih žica.

Bluetooth specifikaciju razvila je Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), koja danas broji više od 25.000 tvrtki u industriji telekomunikacija, računalstva, umrežavanja i potrošačke elektronike.

Uspon Bluetootha započeo je sklopljenim sporazumom s IEEE-om temeljem kojeg je Bluetooth specifikacija postala dio standarda IEEE 802.15.1. U to vrijeme dobiven je niz patenata koji su se pojavili tijekom razvoja tehnologije.

Misterij naziva Bluetooth

"Bluetooth" je netočna anglicizacija skandinavskog Blåtand/Blåtann, (staronordijski blátǫnn) koji je bio nadimak kralja Haralda Plavušnog, koji je živio u 10. stoljeću. Uspio je ujediniti zaraćena danska plemena u jedinstveno kraljevstvo; prema legendi, uveo je i kršćanstvo. Po uzoru na Haralda koji je ujedinio narode, Bluetooth je učinio isto s protokolima, spojivši ih u jedan univerzalni standard.

I još malo o nazivu. Riječ "blå" u modernim skandinavskim jezicima znači "plava", ali u vrijeme Vikinga njeno drugo značenje također je značilo "crno". Stoga je najvjerojatnije Harald, naravno, imao crni prednji zub, ali ne i plavi. A u prijevodu danski Harald Blåtand bilo bi ispravnije protumačiti kao Harald Crnozub, a ne Harald Plavozubi. Ovo je takva povijesna netočnost.

Ideju za naziv predložio je 1997. Jim Kardash, koji je razvio sustav koji je omogućio mobilnim telefonima da "razgovaraju" s računalima. U vrijeme razvijanja, Jim je čitao povijesni roman Vikinški brodovi Fransa G. Bengtssona, koji je govorio o Vikinzima i kralju Haraldu Plavutom. Tako je roman utjecao na naziv.

Bluetooth logo kombinira dvije skandinavske rune "haglaz" i "berkana".

1998

Pet kampanja formira Bluetooth posebnu interesnu grupu (SIG)

Bluetooth SIG pozdravlja svog 400. člana do kraja godine

Naziv Bluetooth dobiva službeni status

1999

Objavljena Bluetooth 1.0 specifikacija

Bluetooth na SIG-u domaćin je prvog UnPlugFest susreta programera

Bluetooth tehnologija nagrađena kao "Best of Show Technology Award" na COMDEX-u

2000

Prvi mobilni telefon s Bluetoothom dolazi na tržište

Pojavljuje se prva PC kartica

Prototip miša za prijenosno računalo i demonstriran na CeBIT-u 2000

Prototip USB modula prikazan na COMDEX-u

Prvi čip koji kombinira radio frekvenciju, osnovni pojas, mikroprocesorske funkcije i Bluetooth bežični komunikacijski softver

Prve slušalice idu u prodaju

2001

Prvi tiskar

Prvi laptop

Prva oprema za automobil bez ruku

Prvi hands-free uređaj s prepoznavanjem govora

Bluetooth SIG, Inc. formirano kao neprofitno, nedioničko društvo

2002

Prvi set tipkovnice i miša

Prvi GPS prijemnik

Broj kvalificiranih Bluetooth proizvoda bio je 500 jedinica

IEEE odobrava 802.15.1 standard za Bluetooth bežičnu tehnologiju

Prvi digitalni fotoaparat

Bluetooth implementacija

Bluetooth radi na frekvencijama od 2400 do 2483,5 MHz (uključujući raspon tolerancije od 2 MHz u donjem rasponu i 3,5 MHz u gornjem). Prema tome, kao što vidite, princip rada temelji se na korištenju radio valova. Bluetooth radio komunikacija odvija se u ISM pojasu koji se koristi u raznim kućanskim aparatima i bežičnim mrežama.

Bluetooth koristi radio tehnologiju koja se zove Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Bluetooth dijeli podatke u pakete i odašilje svaki paket preko jednog od označenih 79 kanala (radnih frekvencija). Svaki kanal ima širinu pojasa od 1 MHz. Bluetooth 4.0 komunikacija koristi širinu pojasa od 2 MHz, što omogućuje 40 kanala. Prvi kanal počinje na 2402 MHz i nastavlja se na 2480 MHz u koracima od 1 MHz. Bluetooth koristi metodu proširenog spektra frekvencijskog skakanja, noseća frekvencija signala skače 1600 puta u sekundi.

Redoslijed prebacivanja između frekvencija za svaku vezu je pseudoslučajan i poznat samo odašiljaču i prijamniku, koji se sinkrono prebacuju s jedne nosive frekvencije na drugu svakih 625 μs (jedan vremenski odsječak). Dakle, ako nekoliko parova prijemnik-odašiljač radi u blizini, oni ne smetaju jedni drugima. Ovaj algoritam također je sastavni dio sustava za zaštitu povjerljivosti prenesenih informacija: prijelaz se odvija prema pseudoslučajnom algoritmu i određuje se zasebno za svaku vezu.

Bluetooth verzije

Bluetooth 1.0

Prvi uređaji verzije 1.0 imali su niz problema. Imali su osrednju kompatibilnost s opremom trećih strana. U 1.0 i 1.0B bilo je obavezno slanje adrese uređaja (BD_ADDR) u fazi uspostavljanja veze, što je onemogućilo implementaciju anonimnosti veze na razini protokola i bio je glavni nedostatak verzije.

Bluetooth 1.1

Prvo ažuriranje 1.1 ispravilo je mnoge nedostatke pronađene u verziji 1.0B. Dodano: podrška za nešifrirane kanale i indikaciju razine snage RSSI (Received Signal Strength Indication).

Bluetooth 1.2

Naknadno ažuriranje imalo je poboljšanja: Brzo povezivanje i otkrivanje. Postao je otporan na radio smetnje zahvaljujući korištenju prilagodljive frekvencijske agilnosti s raširenim spektrom. Brzine prijenosa podataka do 1 Mbit/s. Pojavile su se poboljšane sinkrone veze (eSCO), koje su poboljšale kvalitetu prijenosa glasa u audio streamu. Podrška za trožilno UART sučelje dodana je Host Controller Interface (HCI). Standard IEEE 802.15.1-2005 usvojen je kao standard.

Bluetooth 2.0+EDR

EDR pruža sljedeće pogodnosti: 3x povećanje brzine prijenosa na 2,1 Mbps, mogućnost uspostavljanja višestrukih veza zbog dodatne propusnosti. Smanjena potrošnja energije zbog smanjenog opterećenja.

Bluetooth 2.1

Dodana tehnologija za napredni zahtjev za karakteristikama uređaja, tehnologija za uštedu energije Sniff Subrating, koja vam omogućuje povećanje vremena rada uređaja s jednim punjenjem baterije za 3-10 puta. Ažurirana specifikacija značajno pojednostavljuje i ubrzava uspostavljanje komunikacije između dva uređaja, omogućuje ažuriranje ključa za šifriranje bez prekida veze

Bluetooth 2.1+EDR

U kolovozu 2008. Bluetooth SIG je predstavio verziju 2.1+EDR. Novo Bluetooth izdanje smanjuje potrošnju energije za 5 puta, poboljšava sigurnost podataka i olakšava prepoznavanje i povezivanje Bluetooth uređaja smanjenjem broja potrebnih koraka.

Bluetooth 3.0+HS

21. travnja 2009. pojavio se Bluetooth 3.0+HS. Brzina prijenosa podataka (teoretski) porasla je na 24 Mbit/s. Posebnost je bio dodatak AMP-a (Alternate MAC/PHY), dodatak 802.11 kao brze poruke. Za AMP su osigurane dvije tehnologije: 802.11 i UWB.

Bluetooth 4.0

Četiri godine kasnije, 30. lipnja 2010., Bluetooth SIG odobrio je specifikaciju 4.0. Bluetooth 4.0 uključivao je sljedeće protokole: klasični Bluetooth, brzi Bluetooth i Bluetooth niske energije.

Bluetooth 4.1

SIG je krajem 2013. predstavio Bluetooth 4.1 specifikaciju. Jedno od poboljšanja implementiranih u Bluetooth 4.1 specifikaciji odnosi se na suradnju Bluetootha i četvrte generacije LTE mobilnih komunikacija. Standard osigurava zaštitu od međusobnih smetnji automatskim koordiniranjem prijenosa paketa podataka.

Bluetooth 4.2

Bluetooth 4.2 predstavljen je 2. prosinca 2014. Standard je poboljšan u brzinskim karakteristikama i informacijskoj sigurnosti.

Bluetooth 4.2 dodaje mogućnost izravnog povezivanja s internetom. Odnosno, uređaji s podrškom za Bluetooth 4.2 moći će ne samo izravno komunicirati jedni s drugima, već i povezati se s internetom (zahvaljujući podršci za IPv6/6LoWPAN protokol) putem odgovarajućih pristupnih točaka. Ključna ideja iza razvoja standarda je da je pomoću Bluetootha moguće međusobno povezati bilo koje uređaje.

Osim sigurne i brze komunikacije, Bluetooth 4.2 bit će i energetski učinkovitiji, a sve će to pomaknuti trend posljednjih mjeseci prema mrežnom povezivanju: sve više uređaja za to počinje koristiti Bluetooth, koji između ostalog ima pozitivan učinak na trajanje baterije.

2003

Prvi MP3 player s Bluetooth tehnologijom

Bluetooth verzija 1.2 koju prihvaća Bluetooth SIG

Isporuke Bluetooth proizvoda rastu na 1 milijun tjedno

Prvi odobreni medicinski Bluetooth sustav

2004

SIG usvaja Core Specification Version 2.0 Enhanced Data Rate (EDR)

Bluetooth tehnologija je standardno instalirana na 250 milijuna uređaja

Isporuke premašuju 3 milijuna jedinica tjedno

Prve stereo slušalice

2005

Isporuke proizvoda porasle su na 5 milijuna čipseta tjedno

SIG pozdravlja svog 4000. člana

SIG otvara svoje sjedište u Bellevueu, Washington, s regionalnim uredima u Malmou, Švedska i Hong Kongu

SIG lansira Profile Testing Suite (PTS) v1.0, alat za testiranje i testiranje tipa razvijen u cijelosti unutar tvrtke

2006

Prve sunčane naočale

Prvi sati

Prvi digitalni okvir za fotografije koji podržava Bluetooth

Bluetooth je instaliran na milijardu uređaja

Isporuke Bluetooth uređaja dosežu 10 milijuna tjedno

Profile Tuning Suite (PTS) testiranje postaje obavezan dio Bluetooth proizvoda koji ispunjavaju uvjete

SIG najavljuje da će integrirati Ultra-Wide Band (UWB) tehnologiju s WiMedia Allianceom

2007

Prvi radio budilica

Prvi TV

SIG ima 8000 članova

Izvršni direktor Bluetooth SIG-a, Michael Foley, prima nagradu za liderstvo u telematici

PTS Protocol Viewer objavljen je kao dio nedavno objavljene verzije 2.1.1 zajedno sa značajno ažuriranim korisničkim sučeljem

Najčešći Bluetooth profili

Da bi koristili Bluetooth bežičnu tehnologiju, uređaji moraju moći interpretirati određene Bluetooth profile, koji su specifični za određena područja primjene i specificirati uobičajena ponašanja kako bi uređaji s omogućenom Bluetooth tehnologijom mogli komunicirati s drugim Bluetooth uređajima.

Profil je skup funkcija ili mogućnosti dostupnih za određeni Bluetooth uređaj.

Postoji širok raspon Bluetooth profila koji opisuju različite vrste aplikacija ili scenarija korištenja uređaja.

Popis glavnih profila koje je odobrio Bluetooth SIG s kratkim opisom i svrhom:

Napredni profil distribucije zvuka (A2DP) dizajniran za prijenos glazbe na bežične slušalice ili druge uređaje.

Audio/Video Remote Control Profil (AVRCP) stvoren za upravljanje standardnim funkcijama televizora i visokoprecizne opreme. Omogućuje vam stvaranje uređaja s funkcijama daljinskog upravljanja.

Osnovni slikovni profil (BIP) dizajniran za slanje slika između uređaja. Pomoću ovog profila moguće je promijeniti veličinu slike i pretvoriti je u format koji podržava prijemni uređaj.

Osnovni profil ispisa (BPP) uz njegovu pomoć moguće je poslati tekst, e-poštu, vCards na pisač. Profil ne zahtijeva upravljačke programe.

Zajednički ISDN pristupni profil (CIP) koristi se za pristup uređaja digitalnoj mreži integriranih usluga, ISDN.

Profil bežične telefonije (CTP) podržava bežičnu telefoniju.

Profil ID uređaja (DIP) pomaže odrediti klasu uređaja, njegovog proizvođača i verziju proizvoda.

Dial-up mrežni profil (DUN) Protokol omogućuje standardni pristup internetu ili drugim telefonskim uslugama putem Bluetootha.

Profil faksa (FAX) omogućuje sučelje između mobilnog ili fiksnog telefona, kao i osobnog računala na kojem je instaliran softver za faks.

Profil prijenosa datoteka (FTP_profile) omogućuje pristup datotečnom sustavu uređaja.

Opći audio/video distribucijski profil (GAVDP) baza za A2DP i VDP.

Profil generičkog pristupa (GAP) baza za ostale profile.

Profil generičke razmjene objekata (GOEP) osnova za druge profile prijenosa podataka, temeljene na OBEX-u.

Zamjenski profil za tiskani kabel (HCRP) Zamjena kabelske veze između uređaja i pisača. Negativna strana profila, zbog koje nije univerzalan, je potreba za instaliranjem upravljačkih programa.

Hands-free profil (HFP)

Profil uređaja ljudskog sučelja (HID) pruža podršku za uređaje s HID-om, koji uključuju tipkovnice, miševe, joystickove itd. Posebnost je da koristi spori kanal i radi smanjenom snagom.

Profil slušalica (HSP) Koristi se za povezivanje bežičnih slušalica i telefona.

Interkom profil (ICP) Omogućuje glasovne pozive između Bluetooth kompatibilnih uređaja.

LAN pristupni profil (LAP) omogućuje Bluetooth uređajima pristup LAN-u, WAN-u ili internetskim računalnim mrežama putem drugog Bluetooth uređaja koji ima fizičku vezu s tim mrežama.

SIM pristupni profil (SAP, SIM) omogućuje vam pristup SIM kartici telefona, što omogućuje korištenje jedne SIM kartice za više uređaja.

Profil sinkronizacije (SYNCH) omogućuje sinkronizaciju osobnih podataka (PIM).

Profil distribucije videa (VDP) omogućuje strujanje videa.

Nositelj bežičnog aplikacijskog protokola (WAPB) protokol za organiziranje P-to-P (Point-to-Point) veza putem Bluetootha.

Službeno je predstavljeno Bluetooth Core Specifcation Version 3.0 High Speed ​​​​(HS) sučelje ili jednostavno Bluetooth 3.0. Bluetooth SIG* radna grupa sve je završila na vrijeme.< А теперъ неболъшой урок ликнепа для тех, кто слышит о новинке впервые.

Što je Bluetooth 3.0?
Sve je jednostavno i jasno. Ovo je sljedeća generacija Bluetooth standardnog sučelja, točnije tehnologija koja omogućuje prijenos podataka između dva elektronička uređaja bez pomoći žica. Ali za razliku od verzije Bluetooth 2.1+EDR, sučelje 3.0 radi brže.

Koliko brže?
Mnogo. Novi standard postao je mnogo brži od svog prethodnika. Podržava razmjenu informacija brzinama do 24 Mbit/s. Kao što znate, mogućnosti Bluetootha 2.1+EDR (Enhanced Data Rate) ograničene su na 3 Mbit/s.

I što?
I činjenica da će novi uređaji koji zadovoljavaju Bluetooth 3.0 specifikacije biti osam puta brži od onih koje danas koristimo. To znači bežičnu sinkronizaciju zvučnih zapisa između računala i playera ili telefona, prijenos fotografija na printer ili računalo, slanje video snimaka s telefona na računalo ili TV itd. trošit ćemo manje svog dragocjenog vremena.

Odakle dolazi ovo ubrzanje?
Povećanje brzine osigurano je korištenjem IEEE 802.11 (Wi-Fi) protokola kao prijenosa.

Stop! Dakle, je li ovo obični Wi-Fi?
Da!, dakle ne!. Bluetooth 3.0 je kompatibilan s IEEE 802.11 (Wi-Fi), ali će interakcija između uređaja za odašiljanje i primanje biti izgrađena prema shemi sličnoj ad-hoc shemi, koja ne zahtijeva ulazak u Wi-Fi mrežu. Ali još uvijek postoje nijanse. Za postizanje najveće moguće brzine potrebno je da svaki od dva uređaja ima ne samo Bluetooth, već i 802.11 modul. Tijekom procesa povezivanja, uređaj za odašiljanje pitat će uređaj za primanje podržava li ovaj brži standard bežične komunikacije.

Ako je odgovor pozitivan, datoteka će se prenijeti putem 802.11 protokola. Čim se preuzimanje završi, prijemni uređaj će to prijaviti i odašiljač će se prebaciti natrag na Bluetooth s maksimalnom brzinom prijenosa podataka od 3 Mbps, ali uz manju potrošnju energije. Ako u prijemnom sustavu nema modula 802.11, slanje će se izvršiti putem Bluetootha, odnosno nižom brzinom. Dakle, treća verzija protokola omogućit će uređajima da međusobno uspostave vezu putem Bluetootha, a sam prijenos podataka odvijat će se prema standardu 802.11

A ako još dublje zaronimo u detalje, izostanak slovnog indeksa u 802.11 oznaci može se pripisati nedostatku međusobne certifikacije uređaja u planovima Bluetooth 3.0 developera grupa SIG i Wi-Fi Alliance. Drugim riječima, uređaji koji podržavaju Bluetooth 3.0 neće biti kompatibilni s uređajima koji podržavaju 802.11b, g ili n.

Što je s kompatibilnošću sa starom verzijom?
Nema potrebe da brinete o svojoj duhovnoj udobnosti. Bluetooth 3.0 HS sučelje ostaje kompatibilno s prethodnom verzijom specifikacije. Tako možete jednostavno poslati fotografije sa svog novog megasofisticiranog komunikatora na onaj koji ćete uskoro pokloniti svojoj baki. Osim toga, Bluetooth 3.0 koristit će tehnologiju Enhanced Power Control (EPC) koja će značajno smanjiti vjerojatnost gubitka veze ako telefon stavite u torbicu ili, recimo, džep.

A kad će nam se ta radost pokazati?
Sutra sigurno ne. Službeno odobrenje specifikacija samo je prvi korak na putu Bluetooth 3.0 do potrošača. U drugom koraku, Atheros, Broadcom, CSR i Marvell, programeri i proizvođači komponenti uključenih u Bluetooth SIG, ponudit će svoja rješenja koja podržavaju novu specifikaciju proizvođačima elektronike. Treći korak - pojava gotovih proizvoda na tržištu, prema programerima, može se očekivati ​​za 9-12 mjeseci. Dakle, jedina dobra stvar za sada je činjenica da je proces već nepovratan, a uskoro će verzija 3.0 zamijeniti današnji Bluetooth 2.1+EDR.

* Bluetooth Special Interest Group (SIG) osnovana je 20. svibnja 1998. i dugo je razvijala standarde za ovu tehnologiju. U početku su konzorcij uključivali Ericsson (sada Sony Ericsson), IBM, Intel, Toshiba i Nokia). Kasnije su im se pridružili i drugi. Do danas je grupa usvojila šest Bluetooth standarda.