Bluetooth: сравнение с другими технологиями
Сравнение Bluetooth и Wi—Fi
Сравним Bluetooth с другим не менее известным интерфейсом беспроводной связи — WiFi (IEEE 802.11). Основные различия между ними (табл. 1) можно свести к следующему:
IEEE 802.11 (WiFi)
Беспроводные домашние/офисные сети
Замена кабельных соединений для компактных коммуникационных средств
3. Максимальная скорость передачи данных
11 Мбит/сек (IEEE 802.11b), 2Мбит/сек (IEEE 802.11)
5. Максимальное количество узлов
8 устройств на одну пикосеть, макс. 10 пикосетей, т.е. до 71 устройства на один scatternet
Как легко заметить, интерфейс Bluetooth намного лучше приспособлен для использования в тех беспроводных устройствах связи, где требуется достаточно низкая цена, и нет необходимости в высоких скоростях и желательно низкое энергопотребление. Однако, 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.
ZigBee
Сети ZigBee , в отличие от других беспроводных сетей передачи данных, полностью удовлетворяют требованиям компактности, низкого энергопотребления и стоимости, а также простоте использования и эксплуатации.
Связь в сети ZigBee осуществляется путем последовательной ретрансляции пакетов от узла источника до узла адресата. В сети ZigBee предусмотрено несколько альтернативных алгоритмов маршрутизации, выбор которых происходит автоматически.
Стандарт предусматривает возможность использования каналов в нескольких частотных диапазонах. Наибольшая скорость передачи и наилучшая помехоустойчивость достигается в диапазоне от 2,4 до 2,48 ГГц. В этом диапазоне предусмотрено 16 каналов по 5 МГц.
Цена, которую пришлось заплатить в сетях ZigBee за минимизацию энергопотребления, компактность и дешевизну – относительно низкая скорость передачи данных.
Средняя скорость передачи полезных данных, в зависимости от загрузки сети и числа ретрансляций, составляет от 5 до 40 кбит/с.
Расстояние между рабочими станциями сети составляет десятки метров внутри помещений и сотни метров на открытом воздухе. За счет ретрансляций покрываемая сетью зона может быть весьма значительной: до нескольких тысяч квадратных метров в помещении и до нескольких гектар на открытом пространстве. Более того, сеть ZigBee в любой момент может быть расширена добавлением новых элементов или наоборот разбита на несколько зон простым назначением соответствующего числа новых конфигураторов сети. Это бывает полезно для снижения нагрузки и соответственно повышения скорости передачи данных.
Сети ZigBee строятся из базовых станций трех основных типов: координаторов, маршрутизаторов и конечных устройств.
Координатор запускает сеть и управляет ею. Он формирует сеть, выполняет функции центра управления сетью и доверительного центра – устанавливает политику безопасности.
Маршрутизатор транслирует пакеты, осуществляет динамическую маршрутизацию, восстанавливает маршруты при перегрузках в сети или отказе какого-либо устройства. Маршрутизаторы работают в непрерывном режиме, имеют стационарное питание и могут обслуживать до 32 спящих устройств.
Конечное устройство может принимать и отправлять пакеты, но не занимается их трансляцией и маршрутизацией. Конечные устройства могут переводиться в спящий режим для экономии заряда аккумуляторов.
Более подробно о технологии ZigBee можно прочитать здесь
UWB
UWB (Ultra-WideBand, IEEE 802.15.3a) получила свое название «сверхширокополосная связь» из-за того, что в этом стандарте для связи используется самый широкий из распространенных сегодня технологий диапазон частот — от 3 до 10 ГГц. Эта технология способна достигать скорости 110 Мбит/с. На расстоянии, не превышающем 10м (480 Мбит\с на расстоянии 3 метра).
Рис. 1 Распределение частотных диапазонов между технологиями беспроводной связи
Основная проблема этой технологии: пропускная способность резко падает с увеличением расстояния. Это связано с тем, что дисперсия электромагнитного излучения в воздухе приводит к значительным искажениям широкополосного сигнала по сравнению с узкополосным. Искажение накапливается с расстоянием и, в конце концов, приводит к тому, что сигнал на входе приемника уже не имеет ничего общего с тем, что было излучено передатчиком.
Рис.2 Зависимость скорости передачи данных в технологии UWB от расстояния
NFC
Формальные характеристики интерфейса следующие: работа на расстоянии нескольких сантиметров, максимальная скорость обмена информацией около 400 Кбит/с, поддерживается полнодуплексный обмен данными, рабочая частота 13,56 МГц, время установления соединения не превышает 0,1 с, режим работы — точка–точка. Эти параметры кардинально отличают NFC от других популярных беспроводных интерфейсов. Одна из идей этой технологии — упростить процесс покупки и избавить потенциальных покупателей от множества банковских карт, а точнее сделать их виртуальными, что исключает надобность носить их везде с собой. После «привязки» банковской карты к смартфону с чипом NFC для оплаты покупки необходимо будет всего лишь коснуться телефоном NFC-считывателя.
Существует уязвимость технологии NFC как виртуального кошелька. Если телефон, к которому привязана банковская карта, будет утерян или его попросту украдут, у «нового владельца» появится непосредственный доступ к вашим деньгам.
В конце июня 2014 года компания Yota заявила о разработке специальной SIM-карты с поддержкой NFC . Эту новость вы можете прочитать на нашем портале.
InfraredDataAssociation
IrDA, ИК-порт, Инфракрасный порт — группа стандартов, описывающая протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием инфракрасного диапазона световых волн в качестве среды передачи.
Была особо популярна в конце 1990-х начале 2000-х годов. В данное время практически вытеснена более современными способами связи, такими как Wi-Fi и Bluetooth. Основные причины отказа от IrDA были:
1) Усложнение сборки корпусов устройств.
2) Ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник-передатчик.
3) Относительно низкая скорость передачи данных первых реализаций стандарта. В последующих ревизиях стандарта этот недостаток исправили, однако широкого распространения скоростные варианты IrDA получить уже не успели.
Дальность действия Bluetooth: на каком расстоянии он может работать
Друзья, наши читатели очень часто задают вопрос про радиус действия Bluetooth – поэтому я решил вынести это все в отдельную статью и лично разобраться с проблемой в духе WiFiGid. Без воды и большой теории.
Но если вам вдруг захочется узнать другие подробности про работу технологии Bluettooth, ТО ЕСТЬ У НАС – ЧИТАЕМ на здоровье.
Главный миф
Издревле, когда по земле еще ходили кнопочные Сименсы, пошел миф:
Bluetooth не работает далеко – максимум 10 метров.
И вот это число напрочь у меня засело в голове. А по опросу – не только у меня. Но это миф. Миф, который все равно дает правильную рабочую цифру.
Актуальная теория
Если зайти на забугорную Википедию и глянуть статью про Bluetooth – там будет написано как раз, что радиус действия технологии КАК МИНИМУМ 10 метров, а верхнего предела нет (действительно, ведь вопрос в итоговой мощности). Теоретические выкладки:
Старые версии (даже ранее Bluetooth 4.0) – до 10 м
Начиная с Bluetooth 5.0 – до 1500 м
С порога закрою вопрос – точных замеров по номерам стандартов (1, 2, 3, 4, 4.1, 4.2, 5.0, 5.1, 5.2) в природе нет и не будет. Стандарты не регулирую дальность передачи, за то отвечают другие свойства приемника и источника – смотрите ниже.
Сразу же понимаем – это какие-то теоретические замеры, которые зависят от многих условий. Про тот же Wi-Fi эти теоретические замеры показывают, что домашние роутеры делают покрытие в радиусе около 100 метров – хотя у многих они не могут обеспечить стабильной связью и небольшую «однушку». С Блютузом здесь примерно такая же история.
Что на практике?
А на практике все как в мифе – СРЕДНИЙ радиус работы устройств в простой квартире с возможной стеной – до 10 метров. Актуально для телефонов, ноутбуков, наушников и устройств умного дома.
Специально извратился и провел тесты поддержки сигнала на своем ноутбуке, телефоне, TWS и полноразмерных наушниках во всех вариациях. Расстояние работы – примерно одно и то же. Рабочие версии Bluetooth в связях: 5.0-5.0, 5.0-4.2.
Что влияет на дальность действия?
И вот теперь мы и приехали к тому самому, что в теории дальность может быть больше километра и меньше метра (так на официальном сайте Bluetooth и сказано – ибо it depends). И на каком конкретно расстоянии будет работать Bluetooth конкретно в ваших условиях, никто не заручится. Так что здесь и предлагаю посмотреть, от чего и что зависит.
- Частота и длина волны . Отсылка к школьному курсу физики – чем выше частота, тем меньше длина волны, тем хуже волна проходит через препятствия. Рабочая частота Bluetooth – 2,4 ГГц (2400-2483,5 МГц). По своей природе эта частота не создана для передачи на сотни километров.
- Чувствительность приемника . Даже не столько речь о точной чувствительности, сколько вообще о конечном устройстве. Даже от наушников к наушникам результат может меняться.
- Мощность передатчика . Т.е. и источник сигнала может работать с разной мощностью. Зарезервированный диапазон – 0,01-100 мВт. И в зависимости от этого, нашел вот такую интересную табличку разделения по классам от мощности:
- Антенна (и усиление антенны) . Т.к. у нас портал больше для домашних пользователей, то здесь стоит понять, что в том же ноутбуке есть скрытые антенны. И периодически при непонятных обстоятельствах они отваливаются – тогда и блютуз перестает работать, и Wi-Fi начинает плохо ловить. То же самое может касаться конечных устройств, особенно TWS-наушников, где спрятать хорошую антенну физически невозможно.
- Потери в среде . В вакууме сигнал может распространяться бесконечно. Но мы живем не в вакууме. Поэтому в условиях города с обилием других устройств и стен связь будет гаситься гораздо быстрее чем в открытом поле. Поэтому в квартирах он и берет что-то около 10 метров. Причем ситуация может меняться в обед и вечером (дома или на работе соседи).
Калькулятор дальности
На официальном сайте Bluetooth есть интересный калькулятор дальности работы технологии в зависимости от указанных выше параметров. Английский, но глянуть интересно. Рекомендую и вам проверить, на каком расстоянии действует Bluetooth по версии разработчика стандарта.
КАЛЬКУЛЯТОР ДАЛЬНОСТИ РАБОТЫ BLUETOOTH
На этом буду завязывать. Очень надеюсь, что смог ответить на ваш вопросы, и вы поняли, почему «it depends» так важно здесь. Bluetooth может работать как на 1 метр, так и на 1 километр.