Bluetooth class 1 что это

Обновлено: 05.07.2024

Сегодня почти не осталось пользователей, не знакомых с технологией Bluetooth. В народе ее называют "синим зубом" или попросту "зубиком" и очень уважают. Многие и вовсе считают "зубастые" чипы, поселившиеся в мобильных телефонах, КПК и прочих гаджетах, чуть ли не важнейшим их преимуществом: еще бы, кто возразит против возможности быстро и бесплатно обмениваться контентом, данными, визитками, подсоединять карманные устройства или же беспроводные клавиатуры и мышки к ПК и болтать по беспроводной гарнитуре.

Веские причины для всенародной признательности, не так ли?

Вспомните времена, когда поддержка Bluetooth была редкостью и приходилось "кидаться" картинками по инфракрасному порту, а чтобы освободить руки, нужно было подключать проводные наушники с микрофоном, вечно выпадавшие из ушей. Теперь же "синезубым" модулем оснащается большинство мобильных телефонов стоимостью от ста долларов, он имеется в каждом сколько-нибудь приличном современном ноутбуке, а уж о КПК и говорить нечего - как же иначе "подцепить" к нему мобильник в качестве GPRS-модема? В этом суть Bluetooth-технологии, призванной соединять совершенно разные на первый взгляд устройства и передавать между ними данные и голос.

А началось все в далеком 1994 году, когда в недрах шведской компании Ericsson было решено разработать новый радиоинтерфейс, предназначенный в первую очередь для связи мобильного телефона и беспроводной гарнитуры. Учитывая, что технологию планировали применять очень широко, в том числе и в массовых продуктах, основных требований к ней было три: чипы должны быть экономичными, недорогими и миниатюрными, дабы как можно меньше влиять на энергопотребление, цену и размеры устройств. В 1998 году к шведам присоединились такие серьезные парт неры, как Intel, Nokia, IBM и Toshiba: рынок нуждался в единой технологии, которую производители могли бы лицензировать и внедрять в свои продукты, чтобы обеспечить их совместимость. Была создана специальная рабочая группа, в которую со временем вошли представители еще нескольких компаний; в ее задачи входила разработка и стандартизация спецификаций Bluetooth, составление документации и в конечном счете продвижение и внедрение технологии на мировом рынке. Первый вариант стандарта - Bluetooth 1.0.b - появился в 1999 году, однако это была всего лишь так называемая бета-версия: модули, поддерживающие ее, в коммерческие устройства не устанавливались. Работа продолжилась, и уже в 2000 году были опубликованы спецификации стандарта Bluetooth 1.1, которые после ряда доработок внутри рабочей группы были одобрены Палатой стандартов IEEE-SA: было объявлено о новом стандарте беспроводных коммуникаций, поименованном IEEE 802.15.1. С тех пор и началось триумфальное шествие Bluetooth по рынку мобильных (и не очень) устройств - сперва соответствующие модули появились в сотовых телефонах Ericsson, эта же компания выпустила первую в мире Bluetooth-гарнитуру, а затем примеру шведов последовали и другие производители.

Одним из выгодных моментов в реализации этой технологии является рабочий диапазон частот - 2,45 ГГц; это так называемый нижний диапазон, обозначаемый аббревиатурой ISM (Industrial, Scientific, Medical) и использующийся для работы промышленного, научного и медицинского оборудования. Он разрешен к свободному использованию по всему миру, и для применения соответствующих устройств не требуется дополнительных лицензий и разрешений - купил устройство с Bluetooth-модулем и эксплуатируй в свое удовольствие. С другой стороны, если учесть, что в ISM-диапазоне уже действует масса других устройств, разработчикам пришлось изобретать защиту от возможных помех: "синий зуб" использует радиосигналы с возможностью изменения спектра путем скачкообразного повышения или понижения частоты по псевдослучайному алгоритму.

На практике это выглядит следующим образом: Bluetooth-модули работают тактами длительностью 625 мкс, и каждому модулю на время одного такта назначаются различные частотные каналы. Всего вариантов 79 - от 2,4 до 2,48 ГГц с шагом 1 МГц, причем скорость перехода от одной частоты к другой по окончании такта может достигать 1,6 ГГц.

Разумеется, львиную долю пользователей интересует не то, как технология "выглядит изнутри", а на что способны устройства, умеющие с ней работать, - скажем, что лучше: телефон, поддерживающий Bluetooth 1.2 или 2.0? А что быстрее? И есть ли смысл присматриваться к моделям, работающим с A2DP-профилем? Что ж, попытаемся ответить на эти и многие другие вопросы, связав рассказы о реальных технических характеристиках, цифрах "на бумаге" и историях версий воедино.

Прежде всего напомним, что все три коммерческие версии протокола - 1.1, 1.2 и 2.0 - обратно совместимы друг с другом: так, телефон с поддержкой Bluetooth 2.0 без проблем соединится с аппаратом, который оснащен модулем версии 1.2. Наличие модуля версии 1.1 подразумевает скорость передачи данных по радиоинтерфейсу до 723 кбит/с для асимметричного канала и до 423 кбит/с для симметричного.

Здесь стоит отметить две вещи: во-первых, для операций, наиболее требовательных к скорости (к примеру, для передачи файлов), устанавливается как раз симметричный канал; во-вторых, теоретически возможная скорость на практике будет заметно ниже. На первый взгляд версия Bluetooth 1.2 не дает большого преимущества - скоростные пределы здесь ровно те же. Однако есть несколько моментов, выделяющих ее на фоне 1.1: лучшая защищенность от помех, что в некоторых случаях может значительно повлиять на скорость и стабильность соединения; более быстрая установка связи между парой устройств; а также добавившаяся поддержка A2DP-профиля (для некоторых устройств), позволяющего задействовать "синий зуб" для передачи стереозвука. Да-да, для работы с беспроводными "стереоушами" устройству вовсе не обязательно иметь на борту Bluetooth-модуль версии 2.0+EDR - те же Sony Ericsson W950i и MOTOROKR Z6 поддерживают лишь 1.2.

О Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate, расширенная передача данных) расскажем подробнее: эта версия, появившаяся в 2004 году, претерпела кардинальные изменения по сравнению с двумя предыдущими - так, теоретическая скорость передачи данных в случае ассиметричного режима возросла до 2100 кбит/с, а в случае симметричного - до 1430 кбит/с. Следовательно, Bluetooth 2.0+EDR должен быть быстрее 1.x более чем втрое. Заметно ли это на практике? Скажем так: при сравнении реальных устройств прирост скорости виден невооруженным взглядом. Следует упомянуть и о новом механизме защиты от помех, который позволил добиться следующего: во-первых, возросла скорость межсоединения; во-вторых, стало возможным одновременно отправлять одни и те же данные на несколько устройств (теперь можно слушать музыку с помощью одного телефона и пары беспроводных стереогарнитур - эта фишка впервые реализована в телефонах Samsung последнего поколения). Улучшились и средства работы с персональными сетями: Bluetooth-модули версий 1.х предполагают создание довольно-таки сложных и неудобных по структуре пикосетей (до восьми устройств - одно главное и до семи подчиненных), которые соединяются в одну большую сеть, именующуюся scatter net.

Контакт подчиненных устройств одной пикосети с устройствами из других пикосетей происходит только посредством главных устройств, так что выход "главаря" из зоны приема (или, скажем, его выключение) приводит к "краху" всей пикосети и потере доступа к scatter net. Кроме того, главное в пикосети устройство может быть подчиненным в большой сети. В случае Bluetooth 2.0+EDR все проще и надежнее: в сети может быть максимум 256 устройств, то есть одно главное и до 255 зависимых; если же главное устройство "исчезает", его обязанности моментально передаются другому устройству. Ну и, наконец, энергопотребление: пропускная способность канала в версии 2.0 возросла, скорость передачи данных - тоже, а вот энергопотребление выросло незначительно. Следовательно, в сравнении с версиями 1.х количество заряда, требуемое для передачи конкретного количества данных, уменьшилось почти вдвое, что, конечно, дает определенную выгоду пользователям. Да и вообще, если судить прагматично - для чего был нужен протокол Bluetooth 2.0+EDR? В первую очередь для передачи данных большого объема - MP3-файлов, фотографий, видеороликов, то есть актуального на сегодняшний день мультимедийного контента: здесь чем выше скорость, тем лучше. К тому же возможность построения удобных беспроводных сетей выглядит очень перспективно - посчитайте, сколько устройств с Bluetooth-модулями находится в вашей квартире. У меня, например, их одиннадцать: восемь телефонов, два ноутбука и компьютер, причем все эти гаджеты регулярно "перекликаются".

Перейдем к так называемым классам Bluetooth, которые частенько путают с версиями протокола. Всего классов три, и отвечают они за радиус действия адаптера/модуля: class 1 (до 100 метров), class 2 (до 10 метров) и class 3 (до 1 метра). Сразу же отметим, что последние в коммерческих устройствах не встречаются. Почему классы выстроены именно в таком порядке? Ведь изначально версия протокола Bluetooth 1.1 предполагала радиус действия 10 метров - думается, ее и следовало бы величать class 1. Но дело в том, что еще в 1999 году разработчики определили второй порог дальности работы для будущих версий протокола - до 100 метров, и честь называться class 1 выпала именно ему. При этом необходимо учитывать, что дальность действия в случае технологии Bluetooth - понятие весьма абстрактное: стабильная работа спаренных устройств на расстоянии 10 или 100 метров (в зависимости от класса) может быть обеспечена только в идеальных условиях, которые в реальной жизни практически недостижимы. На деле с ростом расстояния между, допустим, телефоном и беспроводной гарнитурой будет ухудшаться качество передачи речи, появятся провалы, пострадает стабильность работы. И еще: если одно устройство поддерживает Bluetooth class 2, а другое - class 1, то функционировать они смогут лишь на расстоянии до 10 метров. Да и то теоретически.

Ну а теперь несколько слов о так называемых профилях Bluetooth, которые отвечают непосредственно за "синезубую" функциональность устройств. Что такое профиль? По сути, это своеобразный механизм, обеспечивающий функционирование связки двух и более Bluetooth-устройств: если каждое из них поддерживает один и тот же профиль, определенный в спецификации Bluetooth, то они смогут взаимодействовать соответствующим образом. Теоретически единственным обязательным профилем, который поддерживается любым Bluetooth-модулем, является GAP (Generic Access Profile) - профиль общего доступа. Однако де-факто к нему в подавляющем большинстве случаев добавляются еще три профиля, необходимые для организации передачи данных: профиль последовательного порта SPP (Serial Port Profile), протокол приложения определения предлагаемых сервисов SDAP (Service Discovery Application Profile) и протокол операции клиент-сервер при обмене объектами GOEP (Generic Object Exchange Profile). Помимо вышеперечисленных профилей, Bluetooth-устройство может (но отнюдь не обязано) поддерживать какиелибо из девяти основных или двенадцати дополнительных профилей. Перечислим основные: профиль беспроводной телефонии, CTP (Cordless Telephony Profile);
протокол связи мобильного устройства со стационарной LAN, LAP (LAN Access Profile); протокол связи ПК с сетью посредством мобильного телефона, DNP (Dial-up Networking Profile); протокол связи мобильного факса с мобильным телефоном, FP (Fax Profile); профиль, отвечающий за работу мобильных телефонов в качестве раций, IP (Intercom Profile); профиль работы беспроводной гарнитуры, HSP (Headset Profile); протокол передачи файлов между устройствами, FTP (File Transfer Profile); протокол синхронизации мобильного устройства с ПК или другими устройствами, SP (Synchronization Profile); протокол, позволяющий эмулировать интерфейс RS-232 либо USB, использующийся профилями более высокого уровня (SPP). Теперь о дополнительных (они предназначены в основном для реализации развлекательных функций): профиль для реализации процедур Plug and Play, ESDP (Extended Service Discovery Profile); профиль передачи стереозвука, A2DR (Advanced Audio Distribution Profile); профиль дистанционного управления воспроизведением музыки/видео, AVRCD (Audio Video Remote Control Profile); профиль базовой работы с изображениями, BIP (Basic Imaging Profile); профиль базовой работы с печатающими устройствами, BPP (Basic Printing Profile); базовый профиль доступа к ISDN, CIP (Common ISDN Access Profile); общий профиль распределения и рассылки аудио/видео, GAVDP (Generic Audio Video Distribution Profile); профиль "свободные руки", HFR (Hands-Free Profile); профиль эмуляции кабеля принтера, HCRP (Hardcopy Cable Replacement Profile); профиль для подключения дополнительных устройств-манипуляторов (к примеру, клавиатур и мышек), HID (Human Interface Device Profile); протокол формирования персональной сети, PAN (Personal Area Networking); протокол доступа к SIM, SAP (SIM Access Profile). На деле, конечно, среднему пользователю может понадобиться реализация шести-семи самых популярных профилей, однако возможности, заложенные в "синий зуб", способны впечатлить даже скептика, не так ли?

Уже к концу 2008 года нам обещают версию Bluetooth 2.1+EDR, которая будет отличаться еще большей защищенностью и еще меньшим энергопотреблением при аналогичных 2.0+EDR скоростных показателях. Как видим, "синий зуб" продолжает совершенствоваться - не за горами новые профили, версии, а то и классы… Кто знает, возможно, через несколько лет на просьбу "Сбрось мне, пожалуйста, этот DVD!" мы будем отвечать "Сейчас, пара секунд… Включай Bluetooth!"

Что такое Bluetooth?

Основными преимуществами Bluetooth по сравнению с конкурирующими решениями являются низкий уровень энергопотребления и невысокая стоимость приемопередатчиков, что позволяет применять его даже в малогабаритных устройствах с миниатюрными элементами питания. Кроме того, производители оборудования не должны выплачивать лицензионные отчисления за использование интерфейса Bluetooth в своих изделиях. Разумеется, этот фактор также способствовал широкому распространению данного интерфейса.

Для чего нужен Bluetooth?

Основным назначением Bluetooth является создание так называемых персональных сетей (Private Area Networks, PAN), которые обеспечивают возможность обмена данными между расположенными поблизости (внутри одного дома, помещения, транспортного средства и т.д.) настольными и портативными ПК, периферийными и мобильными устройствами и пр.

Варианты топологии пикосетей

Сколько устройств можно подключить при помощи Bluetooth?

Посредством Bluetooth можно объединить как два, так и сразу несколько устройств. В первом случае подключение осуществляется по схеме «точкаточка», во втором — по схеме «точкамноготочка». Независимо от применяемой схемы одно из устройств является ведущим (master), остальные — ведомыми (slave). Ведущее устройство задает шаблон, который будут использовать все ведомые устройства, а также синхронизирует их работу. Соединенные таким образом устройства образуют пикосеть (piconet). В рамках одной пикосети могут быть объединены одно ведущее и до семи ведомых устройств. Кроме того, допускается наличие в пикосети дополнительных ведомых устройств (сверх семи), которые имеют статус заблокированных (parked): они не участвуют в обмене данными, но при этом находятся в синхронизации с ведущим устройством.

Несколько пикосетей можно объединить в распределенную сеть (scatternet). Для этого устройство, работающее в качестве ведомого в одной пикосети, должно выполнять функции ведущего в другой (см. вторую схему). При этом пикосети, входящие в состав одной распределенной сети, не синхронизированы друг с другом и используют разные шаблоны.

Топология распределенной сети, объединяющей несколько пикосетей

Максимальное количество пикосетей в составе распределенной сети не может превышать десяти. Таким образом, распределенная сеть позволяет объединить в общей сложности до 71 устройства.

Как осуществляется передача данных?

Передача данных ведется по радиоканалу в частотном диапазоне 2,4-2,4835 ГГц с использованием метода псевдослучайной перестройки рабочей частоты (Frequency-Hopping Spread Spectrum, FHSS). Этот диапазон разбит на 79 каналов, каждый из которых занимает полосу шириной в 1 МГц. В верхней и нижней частях диапазона предусмотрены неиспользуемые (защитные) полосы. Для передачи данных применяется гауссова фазовая модуляция, которая предусматривает изменение несущей частоты во времени в соответствии с гауссовой кривой, что позволяет ограничить спектр излучаемого сигнала.

Обмен данными осуществляется внутри временных интервалов (тайм-слотов) длиной 625 мкс. После передачи каждого слота производится переход на другой частотный канал. На канальном уровне обмен данными осуществляется пакетами, каждый из которых может иметь длину от одного до пяти слотов. Часть слотов может быть зарезервирована для синхронных каналов (которые задействуются для передачи потоковых данных). Таким образом, параллельно с синхронными данными могут передаваться и асинхронные.

Спецификация Bluetooth предусматривает два вида связи: синхронную с установлением соединения (Synchronous Connection-Oriented, SCO) и асинхронную без установления соединения (Asynchronous Connection-Less, ACL). Первый вариант используется для организации канала «точкаточка» между ведущим и ведомыми устройствами. Второй служит для связи по схеме «точкамноготочка» между ведущим и всеми ведомыми устройствами данной пикосети.

Что такое классы Bluetooth?

В зависимости от мощности и эффективного радиуса действия приемопередатчики Bluetooth подразделяются на три класса (см. таблицу). Наиболее распространенным вариантом, который применяется в большинстве ныне выпускаемых мобильных электронных устройствах и ПК, являются приемопередатчики Bluetooth Class 2. Маломощными системами Class 3 оснащается медицинская аппаратура, а основной сферой применения наиболее «дальнобойных» модулей Class 1 являются системы мониторинга и управления промышленным оборудованием.

Чем различаются версии Bluetooth?

Если кратко, то набором поддерживаемых технологий передачи данных, протоколов и профилей, а также максимальной скоростью соединения. По мере развития технологий и расширения функциональности мобильных устройств возникает необходимость во внесении соответствующих изменений и дополнений в спецификацию Bluetooth. Это позволяет реализовать новые функциональные возможности, а также повысить пропускную способность интерфейса.

Первая версия спецификации (Bluetooth 1.0) была утверждена в 1999 году. В ходе эксплуатации первых устройств было выявлено немало недостатков, в том числе проблемы перекрестной совместимости продуктов разных производителей.

Вскоре после промежуточной спецификации (Bluetooth 1.0В) была утверждена Bluetooth 1.1 — в ней были исправлены ошибки и устранены многие недостатки первой версии.

В 2003 году была утверждена базовая спецификация Bluetooth 1.2. Одним из ее ключевых новшеств стало внедрение метода адаптивной перенастройки рабочей частоты (Adaptive frequency-hopping spread spectrum, AFH), благодаря которому беспроводное соединение стало гораздо более устойчивым к воздействию электромагнитных помех. Кроме того, удалось сократить время, затрачиваемое на выполнение процедур обнаружения и подключения устройств.

Еще одним важным улучшением версии 1.2 стало повышение скорости обмена данными до 433,9 Кбит/с в каждую сторону при использовании асинхронной связи по симметричному каналу. В случае асимметричного канала пропускная способность составляла 723,2 Кбит/с в одну сторону и 57,6 Кбит/с — в другую.

Кроме того, был добавлен усовершенствованный вариант технологии синхронной связи с установлением соединения (Extended Synchronous Connections, eSCO), который позволил улучшить качество передачи потокового звука за счет использования механизма повторной отправки пакетов, поврежденных в процессе передачи.

В конце 2004 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 2.0 + EDR. Наиболее важным новшеством второй версии стала технология Enhanced Data Rate (EDR), благодаря внедрению которой удалось значительно (в несколько раз) увеличить пропускную способность интерфейса. Теоретически использование EDR позволяет достичь скорости передачи данных 3 Мбит/с, однако на практике этот показатель обычно не превышает 2 Мбит/с.

Необходимо отметить, что EDR не является обязательной функцией для приемопередатчиков, соответствующих спецификации Bluetooth 2.0.

Устройства, оборудованные приемопередатчиками Bluetooth 2.0, обратно совместимы с модулями предыдущих версий (1.x). Естественно, что скорость передачи данных ограничивается возможностями более медленного устройства.

В 2007 году была утверждена базовая спецификация Bluetooth 2.1 + EDR. В ней была добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства для дополнительной фильтрации списка при сопряжении. Еще одно новшество — энергосберегающая технология Sniff Subrating, которая позволила значительно (от 3 до 10 раз) увеличить продолжительность автономной работы мобильных устройств. Также была существенно упрощена процедура установления связи между двумя устройствами и реализована поддержка NFC-соединений.

В апреле 2009 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 3.0 + HS. Аббревиатура HS в данном случае расшифровывается как High Speed — высокая скорость. Ее главное новшество — реализация технологии Generic Alternate MAC/PHY (AMP), обеспечивающей возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с. Кроме того, предусматривается использование двух модулей приемопередатчиков: низкоскоростного с невысоким энергопотреблением и высокоскоростного, совмес-тимого со стандартом 802.11. В зависимости от ширины потока транслируемых данных (или размера передаваемого файла) задействуется либо низкоскоростной (до 3 Мбит/с), либо высокоскоростной приемопередатчик. Это позволяет снизить уровень энергопотребления в тех случаях, когда не требуется высокая скорость передачи данных.

В июне 2010 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 4.0. Ключевая особенность этой версии — использование технологии передачи данных с низким энергопотреблением (low energy technology). Снижение энергопотребления достигается как за счет ограничения скорости передачи данных (не более 1 Мбит/с), так и за счет того, что приемопередатчик не работает постоянно, а включается только на время обмена данными. Применение данной технологии обеспечивает до нескольких лет автономной работы устройств, получающих питание от малогабаритной литиевой батарейки.

Необходимо отметить, что спецификация Bluetooth 4.0 ориентирована главным образом на миниатюрные цифровые устройства и различные электронные датчики (температуры, давления, влажности и т.д.), применяемые в медицинских и промышленных системах удаленного мониторинга.

Что такое профили Bluetooth?

Любое устройство, оборудованное интерфейсом Bluetooth, поддерживает заданный его производителем набор профилей. Каждый профиль обеспечивает поддержку определенных функций (например, передачу файлов или потока медиаданных, обеспечение сетевого соединения и т.д.), которые могут быть задействованы при подключении двух или более устройств посредством Bluetooth. Таким образом, набор профилей определяет функциональные возможности устройства, доступные через Bluetooth-соединение.

Чтобы задействовать Bluetooth-соединение для выполнения определенной задачи, требуется наличие поддержки соответствующего профиля как у ведущего, так и у ведомого устройства. Так, передать по Bluetooth-соединению список контактов с одного мобильного телефона на другой можно лишь при условии, что оба аппарата поддерживают профиль OPP (Object Push Profile). А, например, для использования мобильного телефона в качестве беспроводного сотового модема необходимо, чтобы этот аппарат и применяемый компьютер поддерживали профиль DUN (Dial-up Networking Profile). Если же Bluetooth-соединение между двумя устройствами установлено, но выполнить какоелибо действие (скажем, передать файл) не удается, то вероятной причиной возникновения этой проблемы может быть отсутствие поддержки соответствующего профиля у одного из устройств.

Иерархия профилей Bluetooth

Существует большое количество разнообразных профилей Bluetooth, которые описывают разные варианты и способы использования подключенных устройств.

Каждый профиль Bluetooth обязательно содержит следующую информацию:

зависимость от других профилей;
предлагаемый формат пользовательского интерфейса;
части стека протоколов Bluetooth, применяемые данным профилем.

Всё многообразие профилей можно разделить на две группы: базовые и прикладные. Далее приведена краткая информация о трех базовых профилях:

GAP (Generic Access Profile) — общий профиль доступа Bluetooth. Поддерживается всеми без исключения Bluetooth-устройствами и служит базисом для функционирования всех остальных профилей;
SPP (Serial Port Profile) — профиль эмуляции последовательного порта. Базируется на профиле GAP и описывает механизм обмена данными между двумя устройствами, аналогичный тому, который задействуется при подключении через последовательный проводной интерфейс (RS-232, USB и пр.);
GOEP (Generic Object Exchange Profile) — общий профиль обмена объектами, базирующийся на GAP и SPP. Описывает механизм обмена данными между двумя устройствами с использованием протокола передачи OBEX (OBject EXchange) и требования к передаваемым объектам.

В настоящее время существует большое количество прикладных профилей, обеспечивающих работу самых разных функций. Далее мы рассмотрим лишь те из них, которые получили наибольшее распространение в ПК, периферийных устройствах и современных гаджетах:

Беспроводные технологии появились несколько десятков лет назад. Не так давно мы писали в своем блоге об истории WiFI, а теперь самое время вспомнить о «родственнике» — технологии Bluetooth.

Без WiFi и Bluetooth, вероятно, современный мир выглядел бы несколько иначе, и не обязательно — лучше. Нам повезло — раз став популярной, технология Bluetooth продолжала развиваться, получая все новые возможности.

Как все начиналось

Идея о создании беспроводной технологии передачи данных, кроме WIFi, появилась не вдруг. Пробовали реализовать ее такие крупные игроки IT-рынка, как Ericsson, Nokia, Intel, Toshiba и несколько других компаний.

Для концентрации и фокусирования их усилий в марте 1998 года была создана группа SIG — Special Interest Group, куда и вошли все эти и другие компании. У участников было несколько критически важных пожеланий к Bluetooth:

Технология должна быть надежной.
Беспроводная передача данных должна быть простой.
Ее должны поддерживать большинство гаджетов.
Bluetooth должна быть универсальной, чтобы смартфоны, ноутбуки и другие гаджеты могли предлагать возможности беспроводной связи.

Развитие происходило и происходит бурными темпами. В настоящий момент в состав группы SIG входит более 30 тысяч компаний со всего мира.

Первое поколение

Первая версия протокола так и называлась — Bluetooth 1.0, она появилась в 1998 году. К ней предъявляли претензии — как компании, так и обычные пользователи, которые жаловались на совместимость устройств, сложность в настройке и т.п.

К сожалению, насчет совместимости действительно были проблемы — далеко не все гаджеты быстро и оперативно выявляли все Bluetooth-устройства поблизости. Кроме того, у разных девайсов были различные версии беспроводного модуля, так что вполне могло случиться так, что два устройства с вроде бы одинаковыми версиями Bluetooth не видели друг друга.

Чуть позже появилась обновленная версия — 1.0В. И в 2000 году появилась версия Bluetooth 1.1 с большим количеством улучшений — теперь пользователи получили возможность определять уровень сигнала беспроводного соединения и передавать данные по незашифрованным каналам. А устройства в большинстве случаев видели друг друга. Конечно, проблемы случались, но в большинстве случаев все работало как надо.

Ну и «в люди» Bluetooth вышел уже начиная с версии 1.2. Она отличалась повышенной пропускной способностью канала (вплоть до 1 Мбит/с) и улучшения помехоустойчивости. Плюс появилась поддержка профиля A2DP, что означало возможность передавать стереозвук.

Версия 2.0

Спустя четыре года после выхода версии Bluetooth 1.1 появился Bluetooth 2.0. Конечно, по сравнению с предыдущим поколением улучшений была масса. Вот главные:

Увеличенная до 3 Мб/с скорость передачи данных. Правда, это была теоретическая скорость, на практике этот показатель составлял примерно 2 Мб/с.
Появление EDR, что улучшило качество приема и передачи.
Возможность работать одновременно с несколькими устройствами.

В последнем варианте версии 2.1 энергопотребление удалось снизить в пять раз, плюс значительно улучшить защиту передаваемых данных.

А теперь — версия 3.0

Здесь вообще улучшили все и вся. Особенно отличились разработчики в плане улучшения скорости передачи данных. Теоретический предел ширины канала — 24 Мб/с. На практике получалось несколько ниже, но все равно гораздо больше, чем у версии 2.0.

Интересно, что версия 3.0 включала и 2.0. Более новая использовалась в том случае, если нужно было передать большой объем данных. Предыдущая — в том случае, если файл маленький высокая скорость передачи данных не особо нужна.

Через год — Bluetooth 4.0

Каждая новая версия Bluetooth появлялась быстрее, чем предыдущая. Так, «четверка» вышла всего через год после «тройки». Производители мобильных устройств не успели еще освоить закупленные чипы с Bluetooth 3.0, а уже надо было выпускать модели устройств с обновленным стандартом.

Огромный плюс 4.0 — в низком энергопотреблении. Оно настолько небольшое, что модули Bluetooth стало возможным устанавливать в небольшие датчики, сенсоры и прочие устройства. Экономия энергии стала возможной благодаря тому, что чип активируется лишь в момент отправки или приема данных.

В итоге обычной батарейки CR2032 хватает для нескольких лет работы модуля 4.0. Именно благодаря этой особенности четвертого поколения беспроводной связи стало возможным выпускать поисковые метки для ключей, кошельков и т.п. Раньше такое и представить было невозможно.

В четвертой версии значительно увеличен радиус действия — вплоть до 100 метров.

Эта версия продержалась несколько лет, с разными улучшениями, добавляемыми в апдейтах протокола — 4.1 и 4.2.

И, наконец, Bluetooth 5.0

16 июня 2016 года Bluetooth Special Interest Group (SIG) представила спецификацию Bluetooth 5.0. Радиус увеличили еще в четыре раза, до 300 метров, а скорость, по сравнению с «четверкой» — в два, до 48 Мбит / с. В помещении радиус действия беспроводной связи уменьшается до 40 метров, что тоже очень неплохо.

Кроме того, в этой версии удалось избавиться от проблем в протоколе, которые приводили к эксплуатации уязвимостей злоумышленниками. Речь идет о проблеме BlueBorne, которая привела к компрометации большого количества устройств.

Bluetooth 5 идеально подходит для IoT устройств благодаря низкому энергопотреблению и высокой скорости передачи данных. Одно из достоинств этой версии беспроводной связи — то, что она может работать в очень загруженных с точки зрения радиоизлучения местах.

Bluetooth 5 используется в большом количестве устройств, включая промышленный IoT, любые носимые устройства, от трекеров до умных часов, смартфонах, медиацентрах, ноутбуках и т.п.

А еще — звук можно транслировать сразу на несколько устройств, так что к одному источнику может подключиться сразу несколько пользователей. Эта возможность была усовершенствована в версии Bluetooth 5.2. Она включает LE Isochronous Channels — функцию для поддержки нового стандарта передачи аудио LE Audio. Она дает возможность передавать данные с привязкой ко времени на одно или несколько устройств для синхронизированной по времени обработки (пример: беспроводные наушники с раздельными приёмниками), а также для параллельной трансляции на неограниченное количество устройств. Версия 5.2 появилась в начале января 2020 года.

Что касается Bluetooth 6.0, то, вероятно, разработка новой спецификации уже ведется, но информации по ней пока нет, так что ждем.

Bluetooth — это беспроводная технология обмена данными на небольшом расстоянии. Пользователи привыкли к этой возможности, но что мы о ней знаем, какие отличия современных версий Bluetooth, какие профили и кодеки существуют и чем они отличаются?

Bluetooth 1.2 (2003)

Мы пропустили версии 1.0 и 1.1, т.к. они предлагали довольно примитивные возможности и имели проблемы с развертыванием и совместимостью. А вот версия 1.2 стала первой, широко используемой технологией Bluetooth. Адаптивная перестройка частоты (AFH) помогла избежать помех с Wi-Fi и другими технологиями на схожей частоте. Скорость сопряжения была улучшена.

Bluetooth 2.0 и 2.1 (2004)

Фирменное обозначение Bluetooth 2.0 + EDR. Технология EDR является профилем, который позволил повысить скорость передачи данных. В тандеме с трехбитовым кодированием (против однобитового) скорость увеличилась с 1 до 3 Мбит/с (на практике до 2,1 Мбит/с). Была улучшена обработка помех, и устройства начали потреблять меньше энергии. В версии 2.1 было добавлено спаривание устройств (SSP), чтобы сделать соединение быстрее и безопаснее.

Bluetooth 3 + HS (2009)

Фирменное наименование Bluetooth 3.0 + HS (High Speed). Новая версия позволяла устанавливать соединение по Bluetooth с использованием частот Wi-Fi, что дало возможность повысить скорость передачи до 24 Мбит/с. Но если в устройстве отсутствовал Wi-Fi-модуль, то скорость ограничивалась все теми же 3 Мбит/с, что и в предыдущей версии Bluetooth 2.

Bluetooth 4.0, 4.1, и 4.2 (2011–2014)

Появление технологии Low Energy в Bluetooth 4 позволило уменьшить энергопотребление для некоторых периферийных устройств, но не для беспроводных наушников. В этой же версии каждое из устройств получило возможность одновременно быть и концентратором, и клиентом. Это значительно расширило функциональность портативной техники, позволив пользователю, к примеру, управлять некоторыми функциями своего смартфона с помощью наушников или умных часов.

В Bluetooth 4.1 не было революционных изменений по сравнению с версией 4.0. Разработчики усилили защиту от помех благодаря встроенному фильтру диапазона LTE-сетей. В результате Bluetooth-устройство с версией 4.1 будет искать другой канал с меньшим количеством помех и немного другой частотой. Также в новой версии оба сопряженных устройства могут быть как ведущими, так и ведомыми. Максимальное время прерывания соединения без потери сопряжения увеличилось с 30 секунд до 3 минут.

В версии 4.2 появились новые возможности для Интернета вещей. Каждому устройству с поддержкой Bluetooth 4.2 теперь был присвоен уникальный IP-адрес.

В версии Bluetooth 5.1 внедрена возможность определения физического местоположения устройств в помещении вплоть до сантиметра, чтобы обеспечить более надежное соединение. Также, в новой версии, устройства сопрягаются быстрее за счет улучшенного кэширования. В 5.1 устройствам стало доступно больше каналов для подключения, что уменьшило количество помех. Это полезно, когда в одном помещении находится много Bluetooth-устройств.

Отличия версий Bluetooth 4.0 и 5.0 (2016)

Давайте рассмотрим отличия этих версий более подробно, т.к. здесь есть несколько революционных изменений. В новой версии Bluetooth появилось больше улучшений. Они включают в себя:

увеличенный в 4 раза реальный диапазон расстояний от 50 до 200 метров (официально со 100 до 400 метров);
двукратный прирост скорости с 24 до 48 Мбит/с;
и восьмикратное увеличение пропускной способности.

Одним из ключевых улучшений версии 5.0 является усовершенствованная технология Low Energy, которая ранее имела серьезные ограничения по использованию беспроводных наушников. Теперь любые аудиоустройства, оснащенные модулем Bluetooth, могут обмениваться данными с источником по технологии Low Energy, что существенно снижает энергопотребление периферии.

В чем отличие версий, профилей и кодеков Bluetooth

Итак, мы разобрались с версиями популярной технологии, которые отличаются скоростью, зоной действия и дополнительными возможностями. Но что такое профили Bluetooth и как они влияют на работу наушников и других совместимых устройств?

Профили определяют набор возможностей, которые пользователь получает при подключении устройств по Bluetooth. К примеру, выбирая новые наушники, нужно обращать внимание не только на версию BT, но и на набор профилей, т.к. он напрямую влияет на функциональность аудиоустройства. Для передачи аудиопотока с максимальным качеством по Bluetooth используется профиль A2DP, речь о котором пойдет ниже.

Мультимедиа в современных устройствах передается через профиль, но самое главное — это кодек, с помощью которого происходит сжатие аудиопотока и передача его на гарнитуру с последующим декодированием. При равных условиях от типа используемого кодека зависит качество звучания.

Какие бывают профили Bluetooth

Теперь более подробно остановимся на разновидностях профилей. Профили Bluetooth представляют собой наборы инструкций, которые определяют порядок работы и реализации функций между устройствами Bluetooth. Существует около двух десятков профилей для любых устройств и целей — от передачи файлов до беспроводной печати, но нас интересуют те, которые используются в беспроводных гарнитурах.

HSP — обеспечивает базовую производительность гарнитуры с микрофонным входом, монофоническим звуком до 64 кбит/с и ограниченным дистанционным управлением — передачей сигнала вызова, ответом на звонок, завершением вызова и регулировкой громкости.

HFP — более продвинутая версия HSP, разработанная для монофонических гарнитур с функцией Hands Free с целью отвечать на звонки без обращения к телефону. Поддерживает некоторые голосовые команды. С версии HFP 1.7 добавилась поддержка кодека mSBC, поддержка статуса индикатора заряда батареи наушников.

AVRCP — обеспечивает дистанционное управление воспроизведением мультимедиа: переключение и перемотка трека, пауза, запуск воспроизведения, регулировка громкости. Профиль AVRCP предназначен только для дистанционного управления и не используется для передачи аудиопотока.

Версии AVRCP:

1.0 — дистанционное управление, включая старт воспроизведения, паузу и стоп.

1.3 — доступ к метаданным и чтение состояния медиа-плеера:

состояние источника аудиопотока (воспроизведение, остановка и т.д.)
метаданные с информацией об исполнителе, названии дорожки и т.д.

1.4 — возможность подключения к нескольким медиаплеерам:

просмотр состояния и управление несколькими плеерами;
просмотр метаданных для каждого медиапроигрывателя, включая список список проигрывания
абсолютное управление громкостью;
базовые возможности поиска.

1.5 — исправления багов по абсолютному контролю громкости, просмотру и другим функциям;

1.6 — просмотр данных и информации о треках:

поддержка передачи обложек через профиль BIP и протокол OBEX;
количество элементов в папке плеера без загрузки списка проигрывания.

AVRCP 1.6 поддерживается всеми Android-устройствами, начиная с версии 8.0.

A2DP — предназначен для передачи мультимедиа и стереозвука по Bluetooth, обеспечивая намного лучшее качество передачи звука по сравнению с HSP/HFP. Сам по себе не позволяет осуществлять дистанционное управление функциями воспроизведения, поэтому чаще всего используется в связке с AVRCP.

Версии A2DP:

1.2 — расширение списка поддерживаемых кодеков.

1.3 — все из 1.2 плюс уменьшение задержек при передаче потока для улучшения синхронизации аудио/видео, а также:

добавлена функциональная совместимость с новыми профилями Bluetooth, улучшена безопасность и режим ожидания;
расширен список поддерживаемых кодеков.

Таком образом, чтобы слушать аудиопоток с качественным стереозвуком и управлять функциями воспроизведения, необходима гарнитура и передающее устройств (хост) с поддержкой профилей AVRCP и A2DP одновременно.

Давайте также рассмотрим второстепенные профили, которые предлагают дополнительные функции.

PBAP — используется для доступа к телефонной книге телефона при помощи беспроводной гарнитуры. На практике это позволяет гарнитуре озвучивать имя абонента, который звонит, а также осуществлять голосовые команды доступа к телефонной книге для набора номера.

SPP — профиль, который определяет — каким образом два устройства будут обмениваться данными, эмулируя проводное соединение подобное USB или RS-232.

DID — идентифицирует класс устройства, производителя и модель. Например, это дает возможность видеть на экране телефона полное название модели подключенной гарнитуры.

ICP — поддержка голосовых звонков между совместимыми Bluetooth-устройствами.

SDAP — профиль используется приложениями для обнаружения услуг, которые могут быть доступными для конкретных подключенных устройств, подключенных по Bluetooth. К примеру, приложение для потокового вещания аудио с помощью SDAP может проверить, поддерживает ли данная модель наушников кодек aptX HD. Еще одним примером будет доступ к премиальному контенту при использовании определенных моделей наушников, или, наоборот, блокирование доступа для некоторых моделей гарнитур в связи с соблюдением авторских прав на цифровой контент.

Какие бывают кодеки Bluetooth

Качество звучания при равных условиях зависит от максимального битрейта и алгоритмов кодирования. Для этих целей используются разные кодеки. На гистограмме ниже можно увидеть, насколько разнится битрейт самых популярных кодеков Bluetooth. Стоит отметить, что кодек должен обязательно поддерживаться и передающим и принимающим устройством

Битрейт популярных кодеков Bluetooth

SBC находится внизу списка среди самых популярных кодеков Bluetooth. Однако он является неотъемлемым для всех устройств с поддержкой A2DP, что делает его практически универсальным.

SBC обеспечивает низкую нагрузку на мобильный процессор, но достигается это за счет агрессивной обработки и снижения частотного диапазона. В результате происходит значительная потеря данных исходного аудиофайла, что особенно заметно на высоких частотах с появлением фонового шума.

AptX, aptX LL, aptX HD, и aptX Adaptive от Qualcomm

Крупный производитель мобильных процессоров, компания Qualcomm продвигает свои собственные кодеки, встраивая их поддержку в фирменные процессоры. Кодеки отличаются пропускной способностью, и как следствие, качеством звука, которое они обеспечивают. Но в целом вся линейка AptX показывает достойное звучание, а AptX HD многие пользователи называют «золотым стандартом».

AptX предлагает битрейт лишь немногим больше стандартного SBC, но обеспечивает звучание на голову выше за счет иных алгоритмов работы, не так агрессивно «срезая» высокие частоты. Хоть такой алгоритм требует больше вычислительных мощностей, что усиливает нагрузку на процессор, современные устройства имеют достаточный запас производительности для работы со всей линейкой AptX.

AptX HD дает возможность слышать существенно меньше фонового шума и расслышать практически каждый элемент музыкальной композиции. Это достигается за счет кодирования звука либо без потерь, либо с минимальными потерями, которые связаны с ограничениями стандарта Bluetooth.

AptX LL обеспечивает минимальную задержку при передаче звука. Чтобы человеческий мозг не заметил отставания аудио от видео, необходимо, чтобы задержка при передаче аудиопотока была не более 40 мс. AptX LL с минимальной задержкой дает возможность смотреть контент и играть в игры без отставания звука.

AptX Adaptive находится между AptX HD и AptX по качеству передачи звука. При этом он приближается к AptX LL по показателю задержки — 40–80 мс. Кодек имеет переменный битрейт 279–420 кБ\с, который адаптируется под качество воспроизводимых файлов.

LDAC от Sony

LDAC. Компания Sony предложила свой кодек, чтобы не проиграть битву за меломанов. LDAC имеет три режима работы, которые позволяют передавать поток с битрейтом вплоть до 990 кбит/с. Но режим с приоритетом на качество поддерживается достаточно скромным количеством устройств. Существуют некоторые проблемы в стабильности работы в режиме с самым высоким битрейтом. А два первых режима в 660 кбит\с и 330 кбит\с по качеству не превосходят кодеки AptX.

AAC

Популярный кодек, который используется многими стриминговыми музыкальными сервисами, включая iTunes. Максимальный битрейт — 256 кбит/с. Главной задачей этого кодека было превзойти качество SBC и возможности формата MP3. За счет более сложных алгоритмов обработки, AAC действительно сохраняет больше музыкальной информации по сравнению со стандартным кодеком.

Кодек несколько отличается при работе на Android и iOS устройствах. В Андроид он получил название Fraunhofer FDK AAC, а для устройств iOS и Mac — Apple AAC.

Читайте также: