Блютуз это цифра или аналог

Обновлено: 03.07.2024

Вполне возможно, что именно с этими словами средневекового датского короля Харальда II Синезубого (Harald II Bluetooth) связано его другое прозвище - "объединитель", через 1000 лет ставшее названием нового интерфейса беспроводной связи.

Что же такое Bluetooth? Это технология беспроводной связи, созданная в 1998 году группой компаний: Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba. В настоящее время разработки в области Bluetooth ведутся Bluetooth SIG (Special Interest Group), в которую входят также Lucent, Microsoft и многие другие.

Основное назначение Bluetooth - обеспечение экономичной (с точки зрения потребляемого тока) и дешевой радиосвязи между различными типами электронных устройств, причем немалое значение придается компактности электронных компонентов, что дает возможность применять Bluetooth в малогабаритных устройствах размером с наручные часы.

Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, коим является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией.

Bluetooth работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Вкратце это можно объяснить так: передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму скачкообразной перестройки частоты (1600 раз в секунду), или шаблону (pattern), составленному из 79 подчастот. "Понять" друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон передачи - для посторонних приборов переданная информация будет обычным шумом.

Основным структурным элементом сети Bluetooth является так называемая "пикосеть" (piconet) - совокупность от 2 до 8 устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как master, а остальные как slave. Master определяет шаблон, на котором будут работать все slave-устройства его пикосети, и синхронизирует ее работу. Стандарт Bluetooth предусматривает соединение независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей (до 10) в так называемую "scatternet" (я еще не встречал корректного русского перевода этого термина, но один из вариантов перевода глагола to scatter звучит как "рассеивать"). Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет master'ом в одной и slave'ом в другой. Таким образом, в пределах отдельной scatternet с интерфейсом Bluetooth может быть одновременно связано максимум 71 устройство, однако никто не ограничивает применение устройств-гейтов, использующих тот же Internet для более дальней связи.

Частотный диапазона Bluetooth в большинстве стран свободен от лицензирования, но во Франции, Испании и Японии из-за законодательных ограничений необходимо использовать отличные от указанных выше частоты.

Говоря о беспроводной связи, нельзя не затронуть вопрос безопасности такого соединения. Помимо фокуса с частотными шаблонами и необходимости синхронизации приемопередачи в стандарте Bluetooth предусмотрено шифрование передаваемых данных с ключом эффективной длины от 8 до 128 бит и возможностью выбора односторонней или двусторонней аутентификации (конечно, можно обойтись вообще без аутентификации), что позволяет устанавливать стойкость результирующего шифрования в соответствии с законодательством каждой отдельной страны (в некоторых странах запрещено использование сильной криптографии:). В дополнение к шифрованию на уровне протокола может быть применено шифрование на уровне приложений - здесь уже применение сколь угодно стойких алгоритмов никто не ограничивает.

Часто приходится сталкиваться с мнением, что находящиеся в пределах действия связи Bluetooth-устройства могут просто соединиться и начать обмениваться информацией, которая, возможно, не предназначена для сторонних ушей или глаз. На самом деле автоматический обмен информацией между Bluetooth-устройствами ведется лишь на уровне аппаратного обеспечения, т.е. исключительно для определения самого факта возможности соединения. А вот на уровне приложений пользователь сам решает, ввести или запретить автоматическую установку связи. Таким образом, использование Bluetooth становится не опаснее подключения к Интернету, в котором все узлы также соединены электрически, но это еще не означает получение безоговорочного доступа к любому ресурсу.

Стоит также заметить, что стандарт Bluetooth разрабатывался с расчетом на малую мощность, поэтому воздействие его на организм человека сведено к минимуму.

Основным направлением использования Bluetooth должно стать создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи с холодильниками (вот уж что давно не подключали в сеть ). Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подсоединения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в информации либо обладающие необходимой информацией.

Давайте сравним Bluetooth с другим не менее известным интерфейсом беспроводной связи - IEEE 802.11, тем более что оба решения уже доступны на широком рынке. Основные различия между ними можно свести к следующему:

IEEE 802.11	Bluetooth
1. Назначение	Беспроводные домашние/офисные сети	Замена кабельных соединений для компактных коммуникационных средств
2. Рабочая частота	2.4 ГГц	2.4 ГГц
3. Максимальная скорость передачи данных	11 Мбит/сек (IEEE 802.11b), 2Мбит/сек (IEEE 802.11)	721 Кбит/сек
4. Дальность действия	100 м	10 м или 100 м
5. Максимальное количество узлов	128 устройств на сеть	8 устройств на одну пикосеть, макс. 10 пикосетей, т.е. до 71 устройства на один scatternet
6. Голосовые каналы	Нет (опционально)	3 канала
7. Доступность	Сейчас	Сейчас
8. Цена	$100-$400 за узел	Около $5 за узел

Как легко заметить, интерфейс Bluetooth намного лучше приспособлен для использования в тех беспроводных устройствах связи, где требуется достаточно низкая цена, нет необходимости в высоких скоростях и желательно низкое энергопотребление. Однако, как уже отмечалось, возможно создание комбинированных сетей, тем более что IEEE 802.11 работает совершенно по другому принципу кодирования передаваемых данных, следовательно, находясь на одной и той же рабочей частоте, оба стандарта будут слышать друг друга физически, но чужие сигналы будут расценены каждым из них как посторонний шум.

Немаловажным аспектом в развитии Bluetooth является тот факт, что эта технология не подлежит лицензированию и ее использование не требует выплаты каких-либо лицензионных отчислений (хотя и требует подписания бесплатного соглашения). Такая политика позволила многим компаниям энергично включиться в процесс разработки устройств с интерфейсом Bluetooth, кои были в большом количестве продемонстрированы на выставке CeBIT 2001.

Наибольший интерес, естественно, вызывают устройства, обеспечивающие переход с уже существующих интерфейсов на Bluetooth. Одним из них стало Industrial Bluetooth Serial Port Adapter шведской компании connectBlue. Как видно из названия, это устройство предназначено для промышленного применения и позволяет подключать к Bluetooth любые приборы, оборудованные последовательным портом:

Типичным вариантом использования может стать, например, конфигурирование промышленных установок при помощи ноутбука.

дальность действия - до 10 м,
скорость передачи - 300-115200 Кбит,
напряжение питания - 9-30 Вольт.

Компания Belkin, знаменитая, в частности, своими продуктами для шины USB, представила целый набор устройств Bluetooth:

Эта карта формата PCMCIA Type II позволяет всем устройствам, имеющим подобный слот, получить Bluetooth интерфейс со скоростью до 721 Кбит/сек. Дальность действия - 10 м.

Здесь мы видим отличное USB решение для настольных (и не только) компьютеров: характеристики те же, что и в предыдущем случае, к тому же это устройство позволяет обмениваться данными по голосовым каналам.

Есть даже адаптер для Palm V: Palm просто кладется в него, как в стандартную кроватку, после чего можно синхронизироваться с настольным компьютером или выходить в Интернет при помощи мобильного телефона, также снабженного Bluetooth интерфейсом. Данный адаптер питается от батареи самого Palm'а.

На выставке можно было найти даже Bluetooth адаптер для Compact Flash:

Компания Troy XCD представила адаптер для подключения принтера с интерфейсом Centronics к Bluetooth:

Компания обещает выпустить его на рынок в начале лета, примерная стоимость - около 195$.

Не менее интересным вариантом применения технологии Bluetooth может стать организация беспроводного доступа в локальную сеть и/или Интернет для устройств в малом офисе или дома. Безусловным лидером в этой области стала компания Red-M , представившая свое решение - сервер Red-M 3000AS:

А вот фотография его прототипа в работе:

3000AS представляет собой Linux-сервер, который может также работать как шлюз в локальную сеть или Интернет. В отличие от большинства других Bluetooth-устройств 3000AS имеет мощный приемопередатчик, обеспечивающий связь в пределах 100 м, причем в комплект входит внешняя антенна, повышающая надежность связи при наличии внешних помех. Для подключения можно использовать ISDN (с выбором вариантов "постоянно онлайн" или "подключение по требованию"), 10/100 Мбит Ethernet, а также RS-232 для сервисного применения. Сервер может также быть запитан через UPS.

Для расширения доступа к серверу могут использоваться малогабаритные точки доступа Red-M 1000AP:

Сервер автоматически определяет и конфигурирует все точки доступа, находящиеся в пределах дальности его действия. Внешние устройства могут быть подсоединены к точке доступа через 10/100 Мбит Ethernet.

Схожую систему представил MiTAC: их Bluetooth Access Point несет на борту 750МГц процессор Transmeta Crusoe TM5400, встроенный NAT и DHCP сервер и, как и предыдущий образец, мощный приемопередатчик дальностью действия до 100 м:

Отличным дополнением к такой системе может стать устройство от Canon - Bluetooth модуль для цифрового фотоаппарата:

Только представьте себе - фотоаппарат сможет автоматически сбрасывать снимки через Bluetooth-гейт на вашу рабочую станцию, или тот же субноутбук, или даже через подключенный к Интернет сотовый телефон с поддержкой Bluetooth… в общем, возможности бесконечны.

Распространенным вариантом является подключение стандартных устройств ввода через Bluetooth, например, вот так:

Sony представила на CeBIT специальный модуль в формате Memory Stick под названием InfoStick:

Очень неплохая идея, особенно учитывая наличие аналогичного устройства для Compact Flash.

Остается только заметить, что лицензирование поддержки Bluetooth бесплатно и необходимо только для заключения соглашения об использовании торговых марок. Так что в скором будущем мы вполне можем ожидать появление Bluetooth в лампочках и утюгах :). А если серьезно, то технология Bluetooth может совершить настоящую революцию в мире персональных коммуникаций и вообще в жизни человека. А вот насколько нам нужна еще одна революция - это еще предстоит решить.

Технология Bluetooth названа в честь Харальда Синезубого, древнего короля викингов. И ради всевышнего не спрашивайте почему. Лучше разберемся с действительно важными вещами: как она устроена, на что способна, чем интересна — а чем не интересна — меломану. И главное, что происходит с аудиопотоком, когда он покидает смартфон или планшет, чтобы добраться до беспроводных наушников или колонок по Bluetooth-каналу.

Сегодня без поддержки Bluetooth невозможно представить себе ни смартфон, ни планшет, ни любое другое уважающее себя мобильное устройство. Однако сама технология появилась на свет куда раньше смартфонов и планшетов — еще в 1994-м, а ее изначальной целью была замена проводов в начинке телекоммуникационных станций.

Первоначально у «синего зуба» имелась масса проблем со скоростью и надежностью связи, энергоемкостью и совместимостью между различными устройствами, но со временем технология подросла, с каждой новой версией становясь заметно проворней, экономичней и способней.

На фото Харальд I Синезубый принимает крещение. Согласно легенде (неподтвержденной) король объединил датские поселения в единую страну. Этот факт и стал идеей для Bluetooth — связать все устройства одним протоколом

Некоторые улучшения — например, упрощение процедуры «спаривания» в версии 2.1 и серьезное уменьшение нагрузки на аккумуляторы в текущей версии 4.0 — сделали повседневную жизнь меломанов заметно комфортней. Еще больше комфорта внесло появление технологии NFC — в связке с ней Bluetooth вообще не требует никаких церемоний при взаимном распознавании приемника и передатчика, достаточно просто прикоснуться гаджетами друг к другу. Но в целом на качестве передачи звука прогресс отразился мало: в самом свежем издании Bluetooth этот процесс устроен так же, как и в его позапрошлой версии десятилетней давности. А собственно как?

35 синих зубов

Как и подавляющее большинство других беспроводных интерфейсов, Bluetooth основан на использовании радиоволн. Для передачи информации «синий зуб» использует радиочастоты в районе 2,4 ГГц — здесь же по соседству «пасутся» Wi-Fi-роутеры, беспроводные компьютерные клавиатуры и мыши, некоторые DECT телефоны и масса прочего оборудования.

Чем отличается Bluetooth от многих других беспроводных технологий? С одной стороны — относительно невысокой дальнобойностью: радиус ее действия не превышает десятка метров, а толстые стены могут дополнительно снизить этот показатель.

Что любопытно, логотип Bluetooth состоит из двух скандинавских рун: «хаглаз» и «беркана» (аналоги латинских букв H и B)

С другой стороны — многофункциональностью. «Синий зуб» можно использовать в самых разнообразных целях: от переброски фоток на ноутбук до отправки документов на печать, от управления внешними устройствами до потоковой трансляции аудио. Неудивительно, что у Bluetooth так много различных т.н. «профилей», каждый из которых обеспечивает выполнение той или иной конкретной задачи, определяя технические параметры взаимодействия между Bluetooth-передатчиком и приемником. Общее количество профилей измеряется десятками (согласно статье на Wikipedia базовых 35 штук), за передачу звука отвечают только три. Чем они отличаются друг от друга?

Bluetooth-профили HSP, HFP и A2DP

Первый из аудиопрофилей Bluetooth носит имя HSP — Headset Profile. Как можно понять из названия, он создан для работы с мобильными гарнитурами и заточен под базовую передачу голоса со всеми вытекающими отсюда последствиями: аудио допускается только в моно формате и с битрейтом не выше 64 кБ/c. По сравнению с этим звуком даже пережатые MP3 кажутся божественным наслаждением для ушей.

Второй — HFP, Handsfree Profile — представляет собой чуть более продвинутую версию того же профиля. Его адресат — все те же монофонические гарнитуры, так что стерео по-прежнему не поддерживается, но качество звука несколько выше. Впрочем, для прослушивания музыки этот профиль по-прежнему не подходит.

Как только появился A2DP, многие Hi-Fi-производители обратили на него внимание. Но раньше всех были небольшие компании, сделавшие адаптеры, как приведенный на фото GOgroove BlueGate, — небольшая коробочка с ЦАПом и усилителем для наушников внутри.

Для этой цели предусмотрен специальный профиль A2DP — Advanced Audio Distribution Profile. Именно он отвечает за соединение мобильных устройств с беспроводными колонками и наушниками. Профиль A2DP позволяет источнику звука найти общий язык с беспроводной акустикой, а главное — управляет сжатием аудио для отправки по «синезубому» каналу. Избежать этой процедуры нельзя из-за невысокой пропускной способности Bluetooth, но уровень компрессии, используемые для сжатия алгоритмы и, в конечном итоге, потери в качестве звука могут заметно варьироваться. Вот тут-то, как говорится, и возникают нюансы.

Кодек SBC жмет грубее MP3

Как известно, сжимать звук можно по-разному. С потерями в качестве или без них, с низким или высоким битрейтом, с различными настройками, с применением разных кодеков. Вместо какого-нибудь из повсеместно распространенных кодеков для сжатия аудиопотока в профиле A2DP по умолчанию применяется собственный алгоритм компрессии Subband Coding — или, попросту, SBC.

Обработка звука по методам SBC имеет немало общего с хорошо всем знакомым MP3-сжатием, но приоритеты выстроены несколько по-иному: главная задача — не столько минимизировать звуковые потери, сколько упростить вычисления. Все должно быть быстро, просто и легко выполнимо даже для самого хлипкого мобильного процессора.

В результате SBC обходится со звуком без лишних церемоний — например, частоты выше 14 кГц при конвертации попросту отрезаются, в результате чего частотный диапазон заметно сужается. Не удивительно, что даже при равном битрейте с MP3 (а SBC допускает битрейт до 320 кБ/c) аудио в SBC-кодировке звучит заметно хуже.

На этом графике показаны спектры при трансляции сигнала 1 кГц через aptX (синий) и SBC (зеленый), а также 4 кГц — aptX (пурпурный) и SBC (красный) (источник)

В результате при использовании дефолтного кодировщика передача по Bluetooth ухудшает звучание не только несжатого аудио, но и обычных mp3-файлов — ведь в процессе беспроводной транспортировки они сперва декодируются, а затем вновь сжимаются, на этот раз куда грубей. К счастью, SBC — основной, но не обязательно единственный инструмент для компрессии аудиопотока, который имеется в арсенале A2DP. Есть и другие, более интересные предложения.

Advanced Audio Coding: продвинутое, но не идеальное

Базовый кодек SBC с его скромными музыкальными способностями — не лучшее средство привлечь внимание меломанов к Bluetooth-технологии. Вот почему разработчики многих «синезубых» устройств, особенно в топовом сегменте, комплектуют профиль A2DP опциональными, более продвинутыми средствами сжатия звука. Самое популярное из этих средств — алгоритм AAC.

В отличие от кодека SBC, знакомого разве что любителям поглубже покопаться в технических спецификациях Bluetooth, аббревиатура AAC неплохо известна широким народным массам. Еще бы! Ведь именно этот формат используется, например, в iTunes. Изначальной задачей разработчиков алгоритма было превзойти MP3 по качеству звучания при одних и тех же битрейтах — не случайно его имя расшифровывается как Advanced Audio Coding, «продвинутое кодирование звука».

За счет более сложных алгоритмов AAC действительно сохраняет больше музыкальной информации, чем mp3, и уж тем более SBC. Не удивительно, что его включение в набор кодеков, поддерживаемых профилем A2DP, заметно улучшает звучание Bluetooth-колонок и наушников.

Главное — убедиться в том, что кодек AAC поддерживается обоими «синезубыми» девайсами: и тем, что служит передатчиком аудиосигнала, и тем, что работает на его приеме. Если из пары таких устройств кодировку AAC способно понять лишь одно — профиль A2DP автоматически откатывает назад на базовый кодек. С вполне очевидными последствиями для звучания.

Кодек AptX: лучший вариант для меломана

Еще более продвинутое сжатие звука обеспечивает кодек aptX, который активно продвигает на рынке беспроводного Bluetooth-аудио компания CSR. Создатели пропагандируют его как средство для беспроводной передачи музыки «в CD-качестве».

Кодек aptX имеет свой логотип, потому что разработан и запатентован компанией CSR

На самом деле это не совсем так, хотя алгоритмы, лежащие в основе aptX, по принципу своей работы действительно напоминают лосслесс-кодировщики, уплотняющие аудиопоток без потери звуковой информации. Среди достоинств aptX — способность к Bluetooth-трансляции MP3 и AAC без дополнительной обработки, а значит, и без ухудшения звука.

Специальная версия aptX Low Latency, заточенная под запросы геймеров и киноманов, обеспечивает еще и минимальную задержку в доставке сигнала — а значит, просмотр кино без отставания реплик от мимики персонажей.

Кодек aptX обеспечивает передачу аудио с битрейтом до 352 кБ/с, не обрезает верхний регистр и раздвигает частотный диапазон до вполне солидных 10 Гц — 22 кГц, но высокая сложность применяемых алгоритмов требует от мобильных процессоров утроенной вычислительной мощности по сравнению с базовым SBC. Именно поэтому поддержка aptX встречается среди «синезубых» приборов довольно редко, чаще всего — в премиальном сегменте смартфонов.

Впрочем, ради того, чтобы стать обладателем смартфона с aptX, не обязательно выкладывать так уж много наличности: в каталогах Samsung, Sony, HTS и Asus представлено немало моделей с поддержкой продвинутого кодека, в том числе вполне доступных по цене.

Как и в случае с AAC, при беспроводном соединении источника звука с колонками или наушниками следует убедиться, что кодек aptX поддерживается обоими устройствами. Лишь в этом случае можно не сомневаться, что ты действительно выжимаешь из «синего зуба» максимум его музыкального потенциала.

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.

Модуль или адаптер Bluetooth представляет собой миниатюрное (размером не более флешки) электронное устройство, предназначенное для дистанционной передачи информации между компьютерами, внешними устройствами, смартфонами и их аксессуарами. Он часто используется для удалённого управления (например, беспроводными наушниками, телевизором и бытовыми приборами). Использование Блютуз для передачи интернета – большая редкость.

История создания и названия

В X в. Данией правил король Харальд I по прозвищу Blåtand (Bluetooth в английской адаптации). В переводе на русский сейчас оно означает «Синезубый». Дело в том, что один из передних зубов датского короля отличался тёмным цветом, именуемым в X в. в датском языке словом Blå (со временем оно стало означать «синий»). Харальд I был известен не только оригинальным цветом зуба: ему удалось объединить разрозненные и враждовавшие датские племена в единое государство, к которому позже была присоединена и часть соседней Норвегии.

В 1994 г. шведская телекоммуникационная компания Ericsson начала работы по созданию радиоволновой связи между двумя близко расположенными устройствами. Такая технология по ассоциации с объединительной деятельностью скандинавского короля получила непонятное на первый взгляд название Bluetooth. Так анатомическая особенность Харальда I спустя тысячелетие оказалась увековеченной в наименовании популярной современной технологии.

В дальнейшем к разработке Блютуз подключились и другие именитые компании – IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Вместе с Ericsson в 1998 г. они образовали группу Bluetooth Special Interest Group, которая в дальнейшем выпустила несколько версий Bluetooth-адаптеров.

Принцип работы Bluetooth

Эта технология предназначена для беспроводной и малозатратной передачи данных между электронными устройствами. Таковые должны иметь встроенный модуль (адаптер) Bluetooth. Им, за редким исключением, снабжаются все мобильные устройства – ноутбуки, планшеты и смартфоны.

А вот на стационарных компьютерах встроенный Блютуз – редкость. Поэтому для них обычно приобретаются внешние модули Bluetooth в форме флешки, вставляемые в USB-разъём. Как правило, они распознаются автоматически. Если этого не произошло, то следует воспользоваться прилагаемым к Блютуз-адаптеру диском и инсталлировать находящиеся на нём драйверы.

Связываемые устройства должны быть расположены на умеренном (примерно 10 м) расстоянии друг от друга. По мере развития технологии и появления всё новых версий Bluetooth радиус действия увеличивается (подробнее – в разделе «Версии»).

Процесс установки связи начинается с включения Блютуз-модуля в обоих связываемых устройствах. Многие пользователи видели его условное обозначение на своих планшетах, смартфонах и аксессуарах. Непонятным может оказаться включение на ноутбуке. Как правило, для этого используется сочетание клавиш Fn + F3. Иногда на последней клавише можно увидеть изображение волны или прямое название технологии – Bluetooth. Нахождение этого модуля на стационарном компьютере рассматривается ниже (в разделе «Версии»).

После автоматического обнаружения находящихся поблизости Блютуз-устройств, от пользователя требуется лишь подтверждение выбора нужного из них.

На передающей стороне цифровые данные преобразуются в аналоговые. Активируется и передатчик радиоволн, передающий их в эфир. Частота радиоволн находится в районе 2,4–2,485 ГГц, и называется ISM – Industry, Science and Medicine (на этой частоте, в частности, работают сотовая связь, Wi-Fi и микроволновые печи). В модуле Bluetooth приёмного устройства происходит обратное преобразование аналоговых сигналов в цифровые.

Для установки связи между Блютуз-устройствами используются протоколы (алгоритмы) связи и передачи данных. Основные протоколы – LMP, L2CAP и SDP.

После взаимного обнаружения одно из двух Блютуз-устройств становится постоянным передатчиком, а другое – приёмником. Между ними устанавливается связь по помехоустойчивому псевдослучайному алгоритму FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) со скачкообразным изменением частоты (1,6 тысяч раз в секунду), или специальному шаблону (pattern), состоящему из 79 подчастот. Взаимодействовать могут только настроенные на этот алгоритм (при взаимном обнаружении) устройства. Это позволяет нескольким работающим рядом парам «передатчик-приёмник» не мешать друг другу.

После установки связи между Блютуз-устройствами обмен данными между ними происходит по определённым стандартам, называемыми профилями.

Следует отметить, что передатчик, называемый master («ведущее устройство») может иметь не только одно, но и до семи приёмников slave («ведомых устройств»), работающих по одному шаблону. Их совокупность принято называть piconet («пикосеть»). Master задаёт шаблон пикосети и синхронизирует её работу.

В свою очередь, до 10 пикосетей может быть объединено в сеть более высокого уровня, называемую scatternet. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь минимум одно общее устройство, которое будет ведущим устройством в одной и ведомым – в другой. Таким образом, в Блютус-соединение может входить до 71 устройства.

Версии Bluetooth

В процессе эволюции Bluetooth-технологии было разработано несколько её версий и редакций. В каждой из них улучшался один или несколько параметров адаптера.

Выпущенная в 1998 г. версия 1.0 имела много недостатков. В частности, не все устройства устанавливали между собой связь. Оставляла желать лучшего и безопасность соединения. В редакциях 1.1 и, особенно, 1.2, эти недостатки были устранены.

В следующей версии 2.0 (2004 г.), удалось более чем вдвое увеличить быстродействие, подняв скорость обмена информацией с 721 Кбит/с до 2,1 Мбит/с. В её редакции 2.1 дополнительно было существенно снижено энергопотребление. Эта редакция до сих пор используется в недорогих Блютус-устройствах.

В версии 3.0 (2009 г.) скорость передачи данных достигла 3 Мбит/с. Однако эта версия не получила широкого распространения, поскольку увеличение скорости сопровождалось значительно возросшим энергопотреблением. Вернуть его к прежнему уровню удалось только в следующей, версии 4.0 (выпущенной в 2010 г.). Одновременно в ней радиус действия достиг 100 м при таком же быстродействии. В редакциях 4.1 и 4.2 этой версии произошли незначительные улучшения.

В версии 5.0 (2016 г.) радиус действия на улице увеличился вдвое, достигнув 200 м. А в помещении значение 40 м вместо прежних 10 существенно облегчило реализацию концепции «умного дома». Скорость передачи данных возросла до 6 Мбит/с, а энергозатраты снизились более чем в два раза. В редакциях 5.1 и 5.2 (2020 г.) этой версии были улучшены некоторые другие параметры.

Большинство современных устройств оснащено блютус-адаптерами версий 4.0 и 5.0. Следует иметь в виду, что если пара «Передатчик/приёмник» составлена из разных версий Блютус-устройств, то после соединения она будет работать с параметрами низшей версии.

Как же узнать, какая версия блютуз-модуля установлена на ноутбуке или компьютере? Для этого необходимо проделать следующую последовательность действий (в Windows 10).

В контекстном меню кнопки «Пуск» щёлкнуть раздел «Диспетчер устройств».

В появившемся списке устройств раскрыть пункт Bluetooth.

В контекстном меню пункта Generic Bluetooch Radio (но не Enumerator!) щёлкнуть «Свойства».

В появившемся одноимённом окне перейти на вкладку «Дополнительно». Номер версии Bluetooch-адаптера закодирован в форме LMP (название того самого протокола!) 3.3164.

Для раскодировки используется следующая таблица. Как видно, на данном ноутбуке установлена устаревшая версия, которая больше не поддерживается.

Применение и профили

Первоначальное применение Bluetooth – передача фотографий между двумя смартфонами, расположенными близко друг от друга. Сейчас между связываемыми устройствами передаются самые разные данные – фотографии, аудио- и видеофайлы, документы.

Следует отметить, что для каждого типа информации предназначены отдельные профили. Поэтому наличие модулей Bluetooth в обоих связываемых устройствах – необходимое, но недостаточное условие для передачи данных. Например, в телевизоре с Блютус может быть профиль для передачи с устройств ввода и дистанционного пульта, но не звука. Профили Блютуз-устройств можно сравнить с языками, которыми владеют люди. Для полноценного общения оба собеседника должны владеть языком общения.

При покупке Bluetooth-устройства необходимо знать профили, которые они поддерживают. Продавцам невыгодно информировать об этом потенциальных покупателей, поэтому тем рекомендуется делать покупки в сопровождении опытных друзей или тщательно знакомиться с документацией.

Ниже приводятся основные профили Bluetooth-технологии:

A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) – для передачи двухканального стерео-аудиопотока, например, к беспроводным наушникам и гарнитуре;
AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile) – для дистанционного управления функциями телевизоров;
BIP (Basic Imaging Profile) – для пересылки изображений с возможностью их редактирования и конвертации в формат принимающего устройства;
BPP (Basic Printing Profile) – для распечатки документов на принтере;
CIP(Common ISDN Access Profile) – для доступа к ISDN-телефонии;
CTP (Cordless Telephony Profile) – для беспроводной телефонии;
DIP (Device ID Profile) – для идентификации класса, версии и производителя устройства;
DUN (Dial-up Networking Profile) – для телефонных звонков через интернет;
FAX (Fax Profile) – интерфейс между телефоном и ПК с программным обеспечением факсов;

FTP (File Transfer Profile) – для доступа к файловой системе устройств;
GAVDP (General Audio / Video Distribution Profile) – базовый профиль для функционирования профилей A2DP и VDP;
GAP (Generic Access Profile) – базовый профиль, необходимый для работы остальных профилей и безопасной установки связи;
GOEP (Generic Object Exchange Profile) – базовый профиль для профилей передачи данных;
HCRP(Hard Copy Cable Replacement Profile) – альтернатива кабельному соединению Bluetooth-устройства с принтером;
HFP (Hands-Free Profile) – для соединения телефона с беспроводной гарнитурой;
HID (Human Interface Device) – для поддержки устройств ввода – мыши, клавиатуры и джойстика;
HSP (Headset Profile) –для беспроводного подсоединения наушников и микрофона к смартфону;
ICP (Intercom Profile) – для голосовых звонков между Bluetooth-совместимыми устройствами;
LAP (LAN Access Profile) – для доступа к сетям LAN, WAN и Интернет через подключённое к ним Блютус-устройство;
OPP (Object Push Profile) – для пересылки изображений от клиента к серверу;
PAN (Personal Area Networking Profil) – для использования протокола Bluetooth Network Encapsulation в качестве транспорта;
PBAP (Phone Book Access Profile) – для обмена записями телефонных книг между Bluetooth- устройствами;
SPP (Serial Port Profile) – для эмуляции последовательного порта беспроводным соединением. Базовый профиль для AVRCP, DUN, FAX и HSP;
SDAP (Service Discovery Application Profile) выдаёт информацию о профилях сервера;
SIM илиSAP (SIM Access Profile) – для доступа к SIM-карте телефона и её использования для нескольких устройств;
SYNCH (Synchronisation Profile) – для синхронизации персональных данных;
VDP (Video Distribution Profile) – для передачи потокового видео;
WAPB (Wireless Application Protocol Bearer) – для реализации соединения «Точка-точка».

Протоколы Bluetooth

При работе Bluetooth-устройств применяются как общие протоколы (алгоритмы работы) телекоммуникационных систем, так и собственные оригинальные протоколы. Стек протоколов условно делится на четыре слоя:

Протоколы ядра Bluetooth или корневые протоколы.
Протокол замены кабеля.
Протоколы управления телефонией.
Заимствованные протоколы.

Протоколы ядра Bluetooth-устройств являются основой и применяются в большинстве устройств. Остальные три слоя протоколов добавляются к ним в тех приложениях, в которых они нужны.

✍ Корневые протоколы

К корневым протоколам относятся:

протокол Baseland;
протокол управляющего соединениями LMP;
адаптированный протокол управления логическими связями L2CAP;
протокол обнаружения обслуживания SDP.

Протокол Baseband предназначен для установки SCO и ACL соединений.

Протокол управляющего соединениями (Bluetooth-устройств) LMP (упоминавшийся выше) имеет высший приоритет. Его функции отражены в названии.

Протокол управления логическими связями L2CAP, являясь базовым для Bluetooth, адаптирует протоколы верхнего уровня над Baseband. L2CAP работает только с ACL соединениями.

Протокол обнаружения обслуживания SDP предназначен для предварительного (перед установкой Bluetooth-соединения) запроса о характеристиках устройства.

✍ Другие протоколы

Протокол замены кабеля RFCOM выполняет несколько функций. Он эмулирует кабельное соединение, соединение PPP (point-to-point) по последовательному порту и обеспечивает транспортировку при выполнении услуг, использующих последовательную линию.

Протокол управления телефонией осуществляет контроль сигнализации вызова между устройствами Bluetooth, управляет процедурами мобильности и набором АТ-команд для мобильного телефона или модема.

Остальные протоколы являются заимствованными.

Протокол «точка-точка» работает поверх RFCOMM. Внедрение протоколов TCP/UDP/IP в Bluetooth-устройства позволяет подсоединять их к любым другим устройствам, подключённым к Internet. Протокол OBEX, использующий модель «клиент-сервер», предназначен для поэтапного обмена объектами. Протоколы vCard и vCalendar правильнее называть форматами, поскольку они только определяют форматы транспортируемых данных, не участвуя в их транспортировке. Протокол беспроводных приложений WAP распространяет на смартфоны телефонные интернет-услуги.

Заключение

Bluetooth иногда путают с Wi–fi соединением, посредством которого создаётся локальная компьютерная сеть и реализуется удалённый доступ в интернет. Блютуз уступает Wi–fi в быстродействии, но потребляет меньше энергии и превосходит в помехозащищённости.

Читайте также: