Включить разнесение антенн bluetooth
Обновлено: 06.07.2024
Это пятая и последняя часть перевода книги Мохаммада Афане “Intro to Bluetooth Low Energy”. Сегодня мы завершим чтение книги ознакомлением с Bluetooth Mesh. Эта технология нашла свое применение в приложениях, требующих распределенной сети малопотребляющих датчиков или иных устройств. Наиболее полно раскрыть возможности Bluetooth Mesh можно, например, при создании ценников с E-Ink дисплеями для торгового зала. Использование ценников как Low-Power Nodes и некоего хаба как Friendly Node не только позволяет с минимальными затратами поддерживать актуальность ценников в течении нескольких лет без их замены и задействования персонала, но и проводить кратковременные "счастливые часы", быстро меняя информацию на дисплее.
Предыдущие части перевода:
9. Введение в Bluetooth Mesh
В этой главе мы рассмотрим наиболее важные основные понятия, чтобы облегчить начало вашего пути в изучении Bluetooth Mesh.
9.1 Базовые понятия Bluetooth Mesh
Цель Bluetooth Mesh - увеличение дальности связи сетей BLE и добавление поддержки индустриальных приложений, использующих технологию BLE.
До выпуска Bluetooth Mesh, BLE поддерживал только две топологии сети:
Точка-точка: когда два устройства подключены друг к другу.
Точка-многоточка: когда устройства остаются в состоянии адвертайзинга, как маячки.
С Bluetooth Mesh была добавлена новая топология для сетей BLE: устройства теперь могут работать в ячеистой топологии “многие к многим”.
Рис. 25: Топологии BLE
Топология mesh-сети дает два важных преимущества:
Увеличенная дальность связи
Способность к самовосстановлению
Несколько важных примечаний касательно Bluetooth Mesh:
Bluetooth Mesh поддерживает все версии BLE (начиная с 4.0) и не требует изменений в аппаратном обеспечении. Единственное, чего он требует - обновления ПО уже выпущенных устройств для обеспечения совместимости со стандартом.
Bluetooth Mesh это отдельный стандарт с отдельной спецификацией, которая находится здесь.
Bluetooth Mesh версии 1.0 не поддерживает ни одной особенности Bluetooth 5, например расширений адвертайзинга или кодированного PHY. Скорее всего, ситуация изменится в следующих версиях.
9.2 Архитектура Bluetooth Mesh
Рис.26: Архитектура Bluetooth Mesh
Ниже представлено описание каждого из уровней архитектуры Bluetooth Mesh, в порядке возрастания:
Уровень Bluetooth Low Energy
Несущий уровень
Несущий уровень определяет то, как различные mesh-пакеты обрабатываются. Существует два вида передающих сред в Bluetooth Mesh:
Передача через адвертайзинг: используются состояния сканирования и адвертайзинга.
Передача через GATT: используется подключенное состояние устройств. Оно позволяет устройствам, не поддерживающим работу в mesh-сети, взаимодействовать с составляющими этой сети. Этот режим используется в прокси-устройствах.
Нижний транспортный уровень
Этот уровень решает две основные задачи: сегментация пакетов, пришедших с верхнего транспортного уровня и восстановление пакетов, пришедших с несущего уровня.
Верхний транспортный уровень
Уровень доступа
Этот уровень определяет, как приложение использует верхний транспортный уровень и решает задачи форматирования данных приложения, шифрование и расшифровку а также проверку данных.
Уровень фундаментальных моделей
Этот уровень решает задачу конфигурации сети и модели управления сетью.
Уровень моделей сети
9.3 Основные понятия и термины
Рассмотрим основные понятия и термины Bluetooth Mesh.
9.3.1 Узлы
Устройства, являющиеся частью mesh-сети, называются ее узлами. Устройства, ещё не являющиеся частью сети, называются неидентифицированными устройствами. После того, как неидентифицированное устройство становится идентифицированным, оно становится частью сети, т.е. ее узлом.
9.3.2 Элементы
Узел может состоять из нескольких частей, каждая из которых может управляться независимо. Например, светильник может состоять из нескольких лампочек, каждая из которых может включаться и выключаться независимо от других. Эти части одного узла называются его элементами.
Рис. 27: Элементы узлов в Bluetooth Mesh
9.3.3 Состояния
Элементы могут находиться в различных условиях, описываемых как состояния. Например, “включен” и ”выключен” являются состояниями лампочки светильника. Переход из одного состояния в другое называется сменой состояния. Смена состояния может происходить моментально или занимать некоторое время, называемое временем перехода. Смена состояния зачастую вызывает смену поведения элемента.
Некоторые из состояний могут быть привязаны к другим, в том смысле, что смена одного состояния вызывает смену другого. Два или большее количество состояний могут быть привязаны друг к другу. Возьмем в качестве примера диммер светильника: он может иметь состояние уровня и состояние вкл/выкл. Если значение текущего уровня станет равно нулю, это вызовет смену состояния вкл/выкл на “выключено”. Если значение уровня перестанет быть равно нулю, это вызовет смену состояния с “выключено” на “включено”.
9.3.4 Свойства
Свойства содержат дополнительную информацию о текущем состоянии. Например, значение температуры может иметь свойства “в помещении” и “на улице”. Существует два типа свойств:
Заданные производителем: предоставляют только права на чтение.
Заданные администратором: предоставляют права как на чтение, так и на запись.
9.3.6. Адреса
Индивидуальный адрес: однозначно определяет конкретный узел, которому этот адрес был присвоен в процессе формирования сети (рассмотрим кратко чуть позднее).
Групповой адрес: используется при обращении к группе узлов. Групповой адрес обычно отображает физическое группирование узлов по определенному признаку, например, узлы, расположенные в одной комнате. Групповой адрес может быть:
Определен Bluetooth SIG и использоваться в случае обращения ко всем без исключения устройствам, принадлежащим к одному типу: прокси-узлам, дружественным устройствам, ретрансляторам или же ко всем устройствам, независимо от их типа.
Динамическим групповым адресом, определяемым пользователем в процессе настройки сети.
9.3.7 “Издатель-подписчик”
Рис. 28: Пример шаблона “издатель-подписчик” (Источник: “Bluetooth Mesh-сети - введение для разработчиков”)
Преимущество использования групповых или виртуальных адресов заключается в том, что добавление или удаление узлов не требует реконфигурации всей сети.
9.3.8 Управляемый поток
Периодически посылаются уведомления об активности
Уведомления об активности используются для того, чтобы показать остальным узлам, что отправитель функционирует и находится в сети.
Дружба – это понятие, применимое к отношениям между двумя узлами. Эти узлы имеют следующие типы:
9.3.9 Модели
Другим важным термином, определенным в Bluetooth Mesh, является понятие модели. Модель определяет функциональность устройства, или часть ее. Существует три категории моделей:
Контролирующая модель: содержит в себе как серверную, так и клиентскую модель, осуществляя коммуникации с другими серверными и клиентскими моделями.
Модели могут быть расширены с целью включения дополнительной информации, не меняя оригинальную модель. Модель, которая не является расширенной, называется корневой моделью.
9.3.10. Сцены
Последнее понятие, которое мы бы хотели рассмотреть, это понятие о сценах в сети Bluetooth Mesh. Сцена – это сохраненный набор состояний, который определяется 16-битным номером, уникальным в пределах этой сети.
Сцены позволяют совершить одно действие, чтобы установить множество состояний на различных узлах. Они могут выполняться по запросу или через промежутки времени. Например, сцена может быть настроена на установку температуры 22 градуса в комнате, установку определенной яркости светильников и на закрытие жалюзи одновременно.
9.4. Типы узлов
Узел может иметь любые из этих дополнительных возможностей, во всех сочетаниях, а также включать и выключать их в любой момент времени. Например, любой узел может иметь возможности ретранслятора, прокси и дружественного узла одновременно.
9.4.1 Узлы-ретрансляторы
9.4.2 Прокси-узлы
В этом случае используется прокси-протокол, предназначенный для связи с устройством, имеющим возможность установить соединение (используя GATT).
Протокол основан на GATT и позволяет устройству читать и записывать характеристики, представленные на GATT прокси-узла. Прокси-узел проводит необходимые действия по согласованию формата пакетов.
Это позволяет смартфону без поддержки mesh взаимодействовать с mesh-сетью при помощи прокси-узла, используя его GATT.
Рис. 29: Прокси-узел
9.4.3 Дружественные и малопотребляющие узлы
Дружественные и малопотребляющие узлы тесно связаны друг с другом. Необходимым условием участия малопотребляющего узла в mesh-сети является наличие дружественных отношений с другим узлом, называемым дружественным.
Ниже представлен принцип их взаимодействия:
Малопотребляющий узел обычно использует ограниченный источник питания, такой как батарейки, то есть ему требуется сберегать энергию, включая радио как можно реже.
Для того, чтобы решить обозначенную выше проблему, вводится концепция дружественного узла, позволяющего малопотребляющему узлу дольше находиться в выключенном состоянии.
Взаимоотношения между дружественным и малопотребляющим узлом называются “дружбой”.
Дружба это ключевая возможность, позволяющая ограниченным в запасе энергии устройствам взаимодействовать с mesh-сетью и при этом сохранять низкое энергопотребление.
9.5. Процесс обеспечения сети
Процесс обеспечения – это одно из наиболее важных понятий в Bluetooth Mesh. Он используется для добавления устройств в сеть. Устройство, добавленное в сеть, называется узлом, а устройство, добавившее его - обеспечителем (обычно это планшет, смартфон или ПК). Процесс обеспечения проходит в 5 шагов, рассмотренных далее.
9.5.1 Шаг 1: Рассылка маячков
Шаг 1 включает в себя то, что называется рассылкой маячков: когда необеспеченное устройство заявляет о своей готовности к обеспечению при помощи рассылки mesh-маячков в пакетах адвертайзинга. Это новый тип данных адвертайзинга, внедренный в стандарте Bluetooth Mesh. Обычно этот процесс запускается путем определенной последовательности нажатия кнопок на необеспеченном устройстве.
9.5.2 Шаг 2: Приглашение
Когда обеспечитель обнаруживает необеспеченное устройство по рассылаемым им маячкам, он отправляет приглашение на необеспеченное устройство. На данном шаге используется новый тип пакетов, внедренных в Bluetooth Mesh и называемых пакетами приглашения к обеспечению.
После этого необеспеченное устройство отвечает пакетом возможностей обеспечения, который содержит информацию о возможностях устройства, включающую в себя:
Количество элементов, поддерживаемых устройством.
Набор поддерживаемых алгоритмов безопасности.
Возможность передачи публичного ключа с использованием ООВ-технологии (out-of-band, передача вне основной полосы).
Возможность этого устройства отдавать какие-либо значения пользователю.
Возможность этого устройства принимать какие-то значения от пользователя.
9.5.3. Шаг 3: Обмен публичными ключами
Обеспечение безопасности в Bluetooth Mesh основано на использовании комбинации симметричных и асимметричных ключей, как в алгоритме эллиптических ключей Диффи-Хеллмана (ECDH). В ECDH обмен публичными ключами производится между обеспечивающим и обеспечиваемым устройствами. Обмен может происходить как с использованием Bluetooth, так и по другим каналам (например NFC).
Рис. 32: Обмен публичными ключами на этапе обеспечения
9.5.4. Шаг 4: Аутентификация
Задачей следующего шага является аутентификация необеспеченного устройства. Обычно это требует взаимодействия пользователя с обеспечителем и необеспеченным устройством. Способ аутентификации зависит от возможностей обоих устройств.
В первом случае, называемом выдачей вне полосы, необеспеченное устройство должно выдать пользователю случайное число в некоторой форме, например в виде определенного числа морганий светодиода. Затем это число вводится в обеспечивающее устройство. Другой способ называется вводом вне полосы, когда число генерируется обеспечителем и вводится в необеспеченное устройство. Существуют также и другие методы, которые рассматривать мы не будем.
Независимо от используемого метода аутентификации аутентификация также включает в себя этап генерирования значения подтверждения и этап проверки подтверждения.
9.5.5. Шаг 5: Распространение данных обеспечения
После завершения аутентификации, каждое устройство производит ключ сессии, используя собственный приватный ключ и публичный ключ, полученный от другого устройства. Ключ сессии затем используется для защиты соединения во время передачи дополнительных данных обеспечения, включая ключ сети, ключ устройства, параметры безопасности и индивидуальный адрес, который присваивается обеспечивающим устройством. После этого шага необеспеченное устройство становится узлом сети.
9.6. Безопасность в Bluetooth Mesh
Первая важная заметка касательно безопасности в Bluetooth Mesh заключается в том, что обеспечение безопасности является обязательным для всех элементов сети, в отличии от BLE, где решение о необходимости обеспечения безопасности принимается разработчиком.
Ниже приведены основы безопасности в Bluetooth Mesh:
Безопасность сети, безопасность приложения и безопасность устройства обеспечиваются независимо друг от друга.
Ключи безопасности могут меняться в течении времени жизни сети.
Из-за разделения безопасности между уровнями сети, приложений и устройств существует три типа ключей безопасности (каждый из которых решает определенную проблему):
Сетевой ключ
Ключ приложения
Это ключ, который обычно распределяется внутри набора узлов mesh-сети, выполняющих общую задачу. Например, ключ приложения, управляющего освещением, будет распространен среди выключателей и светильников, но не будет передан термостатам или датчикам движения.
Ключ устройства
Это ключ, принадлежащий конкретному устройству. Он используется в течении процесса обеспечения для защиты соединения между необеспеченным устройством и обеспечителем.
9.6.1. Удаление узла
Одна из основных проблем mesh-сети – это возможность получения доступа к сети через выброшенное или удаленное устройство, которое раньше было частью сети. Доступ к сети может быть получен путем получения физического доступа к ключам, хранящимся на выброшенном устройстве (также этот способ известен как “атака из мусорного бака”).
Для защиты от такого рода атак, Bluetooth Mesh определяет процедуру удаления узла из сети, которая заключается в добавлении узла в черный список и обновлении ключей. Результатом процедуры является распространение новых сетевых ключей и ключей приложений, а также других данных, относящихся к узлам сети, за исключением внесенных в черный список.
9.6.2 Приватность
9.6.3. Атаки повторением
Bluetooth Mesh обеспечивает защиту от такого рода атак следующим путем:
9.7 Заключение
В этой главе мы рассмотрели наиболее важные понятия Bluetooth Mesh, что позволило вкратце познакомиться с новым стандартом Bluetooth. Для того, чтобы узнать больше о Bluetooth Mesh, обратитесь к спецификациям, которые могут быть найдены здесь.
На этом всё. Спасибо всем, кто читал и задавал вопросы в комментариях и в личке. Отдельную благодарность за правку и вычитку перевода хочу выразить команде notAnotherOne и @laviol.
Т ак получилось, что в условиях городского электромагнитного смога моя bluetooth-колонка Microlab MD312 нормально работала на расстоянии не более 2-х метров (при расположении источника сигнала перед колонкой), а мне, с учетом расстановки мебели, уж очень надо было не меньше 3-х.
Э того удавалось достичь, но с применением таких танцев с бубнов как: выключение wifi на роутере, ноутбуке и телефонах, что меня совершенно не радовало, ибо создавало много мороки.
И вот однажды настал карантинов день и у меня дошли руки до того, чтобы разобраться с этой колонкой. В процессе изучения проблемы и конструкции было найдено аж два способа решения данной проблемы - очень простой и очень сложный. Начну со сложного.
Внимание: за порчу вашей техники вашими руками несёте ответственность только вы сами!
П оддеваем (например пластиковой картой) защитную решетку динамиков и аккуратно её снимаем.
В ыкручиваем спрятанные под ней винты и располовиниваем корпус:
Д обираемся до платы модуля bluetootch и внимательно на него смотрим.
Модуль справа - на нем я поместил логотип канала, антенна - зигзаг справа от него Модуль справа - на нем я поместил логотип канала, антенна - зигзаг справа от негоЧ то мы здесь видим? Видим явный косяк проектирования колонки как изделия в целом . Скорее всего акустику и компоновку разрабатывали отдельно, а электронику - отдельно. И о том, что это будет единый организм и работать ему придётся в целом - видимо никто не подумал.
И так. Антенну нашли? Теперь смотрите: слева антенну экранирует крышка самого модуля - уже плохо . А если посмотреть на конструкцию в сборе - то помимо платы, антенну спереди экранирует массивный басовый динамик, да ещё и в добавок к нему металлическая сетка защищающая динамики от повреждений. Таким образом антенна оказывается запертой от сигнала как минимум с двух сторон.
И зучив конструкцию принимаем решение развернуть антенну вертикально. Сначала режем плату вокруг модуля, что-бы не мешала:
А затем, с предельной аккуратностью (с точностью 0,5мм!) вырезаем антенну из модуля:
Отключено (по умолчанию). Отключение Afterburner
Включено. Разрешение Afterburner
Разнесение антенн
Разнесение антенн - функция, предусмотренная в большей части оборудования ЛВС, снабженного двумя антеннами -
автоматически переключает его на ту, у которой он сильнее.
Авто (по умолчанию)
Режим совместимости точки доступа
Реализация более ранних беспроводных маршрутизаторов/точек доступа может иметь отклонения от стандартов IEEE
с такими точками доступа, но за счет потери производительности. Параметр по умолчанию Лучшая производительность.
Лучшая производительность (по умолчанию)
Лучшая совместимость
Предпочтения для диапазона
. При этом беспроводной клиент будет иметь возможность установить связь с другой точкой доступа с учетом
выбранного диапазона, даже если сигнал беспроводного маршрутизатора/точки доступа, с которой установлено
соединение в текущий момент, достаточно силен для поддержания
Нет (по умолчанию). Роуминг без учета частотного диапазона имеющихся точек доступа.
802.11a (Диапазон 5 ГГц)
802.11g/b (Диапазон 2,4 ГГц)
Полоса пропускания
Это свойство доступно только для плат Dell Wireless 1500/1505/1510, DW1520/DW1501 и последующих плат на основе
Свойство «Полоса пропускания» используется для настройки указанных ниже параметров полосы пропускания каждого
канала . Параметр «20/40 МГц» означает, что доступны обе возможности для полосы пропускания и на другом конце
соединения возможно определение максимальной полосы пропускания для указанного соединения. Параметры могут
11b/g: 20 МГц (по умолчанию)
Взаимодействие Bluetooth
Взаимодействие с Bluetooth разрешает универсальный протокол подавления ввода-вывода между управлением доступом
к среде передачи (MAC) IEEE 802.11 и внешним сигналом Bluetooth для минимизации взаимных помех. По умолчанию
Технологию Bluetooth сегодня использует каждый второй владелец смартфона для сопряжения с другими устройствами. Но только единицами пользователей проводится специальная настройка Bluetooth на Android, которая помогает на порядок быстрее находить стабильную связь с устройствами. В этой статье рассматриваются главные настройки Bluetooth-соединения и его оптимизации для дальнейшего комфортного использования.
Возможности технологии Bluetooth на Android
Для сопряжения устройств через Bluetooth не используется интернет-трафик, необходимо просто наличие двух устройств с исправными модулями.
С появлением и развитием Wi-Fi популярность технологии Bluetooth не уменьшилась, потому что она использует на порядок меньше энергоресурсов. По этой причине создаются беспроводные наушники, спортивные браслеты, умные часы и другие Bluetooth-устройства.
Настройка Bluetooth на Android-устройствах
При правильной настройке Bluetooth-модуля можно получить максимальный уровень комфорта от использования: быстрое сопряжение с другими аксессуарами, высокую скорость передачи данных. Пользователь, который знает, как настроить на Android Bluetooth, получает ускорение и стабилизацию процесса передачи любых файлов начиная от рабочих документов и заканчивая отснятыми видеоматериалами.
Включение модуля Bluetooth
Наладка любого оборудования, работающего под управлением операционной системы Android, начинается непосредственно с его активации, то есть нужно включить Bluetooth на планшете Android. Для этого следует открыть меню настроек, найти раздел Bluetooth и передвинуть ползунок вправо.
Некоторые настройки модуля станут доступными только после того, как вы активируете передатчик.
Переименование устройства
При выборе пункта меню «Переименование устройства», можно изменить стандартное название гаджета на более узнаваемое, которое будет отображаться на других девайсах в процессе сопряжения или в момент передачи данных.
Видимость устройства
В целях безопасности все Android-устройства изначально находятся в невидимом положении. Данная настройка изменяется только на время, достаточное для поиска и сопряжения двух устройств. В ранних версиях операционной системы Android данную функцию пользователю приходилось включать вручную.
В настоящий момент можно просто зайти в настройки Bluetooth, устройство автоматически перейдет в видимый режим. Далее дождаться, пока гаджет оппонента отсканирует сеть на наличие доступных устройств.
Настройка сопряженных девайсов
При первом подключении к любому устройству система Android предлагает наладить сопряжение. Стоит согласиться, так как впоследствии больше не придется сканировать систему и заставлять оппонента переходить в видимый режим для соединения.
Сопряженные устройства могут передавать данные друг другу, даже находясь в невидимом режиме. При этом для удобства в настройках сопряженных устройств можно изменить имя того или иного гаджета.
Другие настройки сопряжения остаются недоступными даже для пользователей с рутированными устройствами (с полными правами на использование).
Просмотр полученных данных
Полезной настройкой модуля Bluetooth является пункт «Полученные файлы». Данная настройка переносит пользователя в папку, куда сохраняются все файлы с других устройств, полученных через Bluetooth.
Эта директория создается по умолчанию на внутреннем накопителе устройства. При желании все файлы из этой директории можно переместить в другие разделы, например, на внешний накопитель.
Удобство данной функции заключается в получении доступа к данным без затрат времени на поиски диспетчером файлов. При ее выборе открывается полный перечень ранее полученной информации.
Использование инженерного меню для настройки Bluetooth-модуля
Инженерное меню – это инструмент, который используют разработчики программного обеспечения в финальных корректировках перед выпуском системы. Настройка Bluetooth в инженерном меню Android должна остаться без изменений, если вы не обладаете надлежащими знаниями и опытом.
В разделе информации об устройстве найдите установки Bluetooth-модуля. Запустите повторное сканирование и измените параметры поиска. Но лучше отказаться от столь опрометчивых шагов, так как любые изменения могут привести к серьезным ошибкам.
Обновление Bluetooth-модуля на Android
Обновление Bluetooth-модуля может быть программным и аппаратным. В первом случае все модернизации зачастую вносятся разработчиками программного обеспечения и заливаются на гаджет вместе с обновлениями системы.
Читайте также: