Стандарт беспроводной связи bluetooth

Bluetooth: как работает и зачем нужен

Если у вас есть беспроводные наушники, смарт-часы или свежий автомобиль со встроенным компьютером, с большой вероятностью всё это связывается с вашим телефоном по протоколу Bluetooth. В этой статье — как работает стандарт, что позволяет делать и что интересного с ним можете сделать вы.

Что такое Bluetooth

Bluetooth — это стандарт беспроводной связи. Беспроводной — то есть с помощью электромагнитного излучения (как радио или вайфай). Стандарт — то есть все устройства, которые поддерживают Bluetooth, соблюдают определённый порядок работы: вещают на определённой частоте, шифруют сигналы определённым образом и т. д.

Bluetooth используют в бытовых приборах, умной электронике, умном доме и похожих штуках. Иногда его используют в промышленности и корпоративной среде, но чаще для этих целей используют другие стандарты.

Зачем нужен стандарт Bluetooth

С самого начала блютус задумывался как стандарт радиосвязи между персональными устройствами, которые находятся рядом друг с другом. Рядом — потому что используются маломощные передатчики: они должны не слишком быстро высаживать батарею смартфона.

Какая бывает мощность передатчика

У блютуса есть три вида класса мощности передатчика:

1. Первый класс — самый мощный, 100 милливатт. Его хватает для устойчивой связи на расстоянии 100–200 метров, но такие передатчики встречаются очень редко.
2. Второй класс работает с мощностью 2,5 милливатта и уверенно держит связь на 10–20 метров.
3. Третий класс самый слабый по мощности, всего 1 милливатт, он позволяет устройствам передавать данные без потерь только на расстояние до 5–7 метров.

Раньше был ещё четвёртый класс мощности, но там дальность передачи была такая маленькая, что от него быстро отказались.

Чаще всего в телефоны и ноутбуки ставят модули второго и третьего класса, чтобы снизить расход аккумулятора. А ещё чем меньше класс, тем меньше нужна антенна для приёма и передачи сигнала.

Скорость и дальность

Эти два параметра связаны между собой: чем больше дальность, тем меньше скорость и наоборот. Чтобы лучше понять, как это работает, нам понадобится аналогия про силача и ядро.

Представим, что у нас есть силач (блютус-передатчик) и ядро (данные). Если силач будет брать большие ядра и кидать их, то они недалеко улетят, зато масса перекидываемых ядер будет максимальной. А если он будет брать маленькие и лёгкие ядра, то и кидать он их сможет дальше, но чтобы перекинуть ту же самую массу, что и в первом случае, кидать ядра придётся долго.

С блютусом то же самое: мы можем либо быстро передавать данные на короткие расстояния, либо медленно — на более длинную дистанцию.

Версии и модификации

Самая первая версия в 1998 году умела только соединять устройства и передавать данные на скорости примерно 200 килобайт в секунду. Защиты как таковой не было, поддержки нескольких одновременных подключений — тоже.

Дальше в версиях добавляли всевозможные протоколы защиты, шифрования, коррекции сигнала и поддержку более высоких скоростей.

Самая актуальная версия на момент выхода этой статьи — 5.3. В ней добавлена устойчивость к помехам и более гибкое управление ключами шифрования. Стандартная скорость передачи данных — до 40 мегабит в секунду.

Параллельно с основным Bluetooth создаются модификации. Одна из наиболее полезных — Bluetooth LE, что означает Low Energy. Это протокол с пониженным энергопотреблением: благодаря ему передатчики могут работать годами от одной батарейки и передавать что-то другим устройствам. Пример устройств с Bluetooth LE — нагрудные пульсометры и гибридные смарт-часы.

Чем блютус отличается от вайфая

С точки зрения физики и то и другое — электромагнитные излучения. Разница в протоколах и способах обработки этого излучения.

И блютус, и вайфай работают на одной и той же частоте — 2,4 гигагерца — и используют похожие алгоритмы связи. Именно поэтому блютус или вайфай могут работать неустойчиво или отваливаться, если пользоваться одновременно обоими протоколами — они мешают друг другу и забивают один и тот же канал. Решение здесь простое — использовать более современную версию вайфая, который работает на частоте 5 гигагерц и ничему не мешает.

А ещё блютус умеет выяснить, есть ли у соседнего устройства вайфай, и если есть — может попросить его соединиться со своим устройством по более быстрому вайфаю.

Безопасность связи в Bluetooth

Хотя блютус и считается защищённым протоколом, у него есть одно слабое место — если злоумышленник во время поиска и сопряжения устройств будет подслушивать весь трафик, он сможет вычислить защитный код. А зная его, можно подключиться к любому устройству. Если вам нужно полностью безопасное блютус-соединение, нужно убедиться, что в радиусе 20 метров нет других электронных устройств. Например, выехать в лес.

Bluetooth и интернет вещей

Благодаря поддержке стандарта пониженного энергопотребления (LE), блютус стал отличным протоколом для работы интернета вещей. Его преимущество перед остальными в том, что:

• блютус — это стандартный протокол передачи данных, который может подключиться почти к любому устройству с блютусом;
• низкое энергопотребление позволяет работать передатчику несколько лет подряд, регулярно передавая небольшие пакеты данных.

Опасен ли Bluetooth для здоровья?

В целом блютус безопасен. Это неионизирующее излучение, оно имеет очень низкую степень поглощения человеческим телом и настолько низкую мощность, что учёные не могут найти связи между блютусом и какими-либо заболеваниями.

Но, как всегда в медицине, опасность не в самом излучении, а в его дозе. Не исключено, что если 30 лет сидеть в комнате, обклеенной тысячей блютус-передатчиков первого класса, то может произойти что-нибудь плохое.

Правильнее сказать так: риски, связанные с Bluetooth, для обычных людей настолько малы, что ими можно пренебречь.

Источник

Коротко об истории Bluetooth: четверть века для путешествия от 1.0 до 5.2

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.

Источник