Все що потрібно знати про технології Bluetooth

108

Чим цікавий Bluetooth і як він пов’язаний з Гаральдом Синизубом?

Що таке Bluetooth і з чим його «їдять». Основи технології і дата створення

Зв’язок Bluetooth – це стандарт бездротової технології для обміну даними на лагідної дистанції, яка використовує короткохвильові СВЧ радіохвилі в ISM діапазоні від 2.4 до 2.485 ГГц, для обміну даними між стаціонарними і мобільними пристроями, і побудові персональних мереж (Personal Area Network PAN).

Створена технологія була телекомунікаційних постачальником Ericsson в 1994 році і так серйозно увійшла в повсякденне життя, що уявити собі життя без неї став неможливим. В тому числі і автомобільну життя. Спочатку нова технологія була задумана як бездротова альтернатива інтерфейсу RS-232 кабелів даних. За допомогою Bluetooth можуть підключатись різні пристрої, уникаючи проблем з синхронізацією і без використання зайвих проводів.

Специфікація Bluetooth була розроблена групою Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), яка на сьогоднішній день має в членстві більш ніж 25.000 компаній, що працюють в області електрозв’язку, обчислювальної техніки, мережного обладнання і споживчої електроніки.

Почалося сходження Bluetooth з досягнення угоди з IEEE, на основі якого специфікація Bluetooth стала частиною стандарту IEEE 802.15.1. У цей час було отримано ряд патентів, які з’явилися в процесі розробки технології.

Таємниця назви Bluetooth

“Bluetooth” є не зовсім правильною англізірованной версією скандинавського Blåtand/Blåtann, (старонорвежский blátǫnn) є прізвиськом короля Харальда Синьозубого, що жив в X столітті. Йому вдалося об’єднати ворогуючі датські племена в єдине королівство, за переказами він також запровадив Християнство. За прикладом Гаральда об’єднав народи, Bluetooth робив теж саме з протоколами, об’єднуючи їх в один універсальний стандарт.

І ще трохи з приводу назви. Слово «blå» в сучасних скандинавських мовах означає «синій», але в той час, коли жили вікінги його друге значення означало і «чорний колір». Тому, швидше за все у Гаральда, звичайно ж, був чорний передній зуб, але ніяк ні синій. І в перекладі датське Harald Blåtand більш правильно було б інтерпретувати як Harald Blacktooth, ніж Harald Bluetooth. Ось така історична неточність.

Ідея назви була запропонована в 1997 році Джим Кардашем, який розробив систему, яка дозволяла мобільним телефонам «спілкуватися» з комп’ютерами. На момент розробки, Джим читав історичний роман Франса р. Бенгтссона «Кораблі Вікінгів», повествовавшем про Вікінгів і про короля Харальде Синьозубом. Таким чином роман і вплинув на назву.

Логотип Bluetooth поєднує дві скандинавські руни «хаглаз» і «беркана».

1998

П’ятьма кампаніями формується Bluetooth Special Interest Group (SIG)

До кінця року Bluetooth SIG приймає свого члена 400го

Ім’я Bluetooth отримує офіційний статус

1999

Випущена специфікація Bluetooth 1.0

Bluetooth SIG організовує першу зустріч розробників UnPlugFest

Технологія Bluetooth нагороджена як “Best of Show Technology Award” на COMDEX

2000

На ринок виходить перший мобільний телефон з підтримкою Bluetooth

З’являється перша PC card

Прототип миші для ноутбука і продемонстровані на CeBIT 2000

Прототип USB модуля показаний на виставці COMDEX

Перший чіп об’єднав радіочастоту, основну смугу частот, функції мікропроцесора і бездротове програмне забезпечення Bluetooth

У продаж надходить перша гарнітура

2001

Перший принтер

Перший ноутбук

Перший hands-free автомобільний комплект

Перший hands-free з розпізнаванням мови

Bluetooth SIG, Inc. формується як некомерційна, неакционерная компанія

2002

Перший комплект клавіатури і миші

Перший GPS приймач

Кількість кондиційного Bluetooth продуктів склало 500 одиниць

IEEE схвалює, що 802.15.1 стандарт відповідає бездротової технології Bluetooth

Перша цифрова фотокамера

Реалізація Bluetooth

Bluetooth працює на частотах від 2400 до 2483.5 МГц (включаючи поле допусків від 2 МГц у нижньому диапазонt і 3.5 МГц нагорі). Відповідно як видно, принцип дії заснований на використанні радіохвиль. Радіозв’язок Bluetooth здійснюється в діапазоні ISM применяющемся в різних побутових приладах і бездротових мережах.

Bluetooth використовує радіо технологію, яка називається стрибкоподібною перебудовою частоти з розширеним спектром, Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS. Bluetooth ділить дані на пакети і передає кожен пакет по одному з позначених 79 каналів (частот). Кожен канал має смугу пропускання 1 МГц. Зв’язок Bluetooth 4.0 використовує 2 МГц інтервал, який вміщує в себе 40 каналів. Перший канал запускається на 2402 МГц і триває до 2480 МГц з кроком 1 МГц. Для Bluetooth застосовується метод розширення спектра зі стрибкоподібною перебудовою частоти, несуча частота сигналу стрибкоподібно змінюється 1600 разів в секунду.

Послідовність перемикання між частотами для кожного з’єднання є псевдовипадковою і відома тільки передавача і приймача, які кожні 625 мкс (один часовий слот) синхронно перебудовуються з однієї несучої частоти на іншу. Таким чином, якщо поруч працюють кілька пар приймач-передавач, то вони не заважають один одному. Цей алгоритм є також складовою частиною системи захисту конфіденційності переданої інформації: перехід відбувається по псевдовипадковому алгоритму і визначається окремо для кожного з’єднання.

Версія Bluetooth

Bluetooth 1.0

Пристрої першої версії 1.0 мали ряд проблем. У них спостерігалася посередня сумісність з технікою сторонніх виробників. В 1.0 1.0 B була обов’язковою передача адреси пристрою (BD_ADDR) на етапі встановлення зв’язку, що робило неможливою реалізацію анонімності з’єднання на протокольному рівні і було основним недоліком версії.

Bluetooth 1.1

Перше ж оновлення 1.1 виправило багато недоліків знайдених у версії 1.0 B. Додано: підтримка нешифрованих каналів і RSSI (Received Signal Strength Indication) індикація рівня потужності.

Bluetooth 1.2

У подальшого оновлення поліпшення: Швидке підключення і виявлення. Вона стала стійкою до радіоперешкод, завдяки використанню адаптивної перебудови частоти з розширеним спектром. Швидкості передачі даних-до 1 Мбіт/с. З’явилося Розширені Синхронні Підключення (eSCO), улучшившее якість передачі голосу в аудиопотоке. В Host Controller Interface (HCI) додана підтримка трехпроводного інтерфейсу UART. В якості стандарту прийнятий IEEE Standard 802.15.1-2005.

Bluetooth 2.0 + EDR

EDR забезпечує наступні переваги: збільшення швидкості передачі в 3 рази до 2,1 Мбіт/с, можливість установки декількох підключень у зв’язку з додатковою смугою пропускання. Зниження споживання енергії завдяки зменшенню навантаження.

Bluetooth 2.1

Додана технологія розширеного запиту характеристик пристрою, енергозберігаюча технологія Sniff Subrating, яка дозволяє збільшити тривалість роботи пристрою від одного заряду акумулятора в 3-10 разів. Оновлена специфікація істотно спрощує і прискорює встановлення зв’язку між двома пристроями, дозволяє проводити оновлення ключа шифрування без розриву з’єднання

Bluetooth 2.1 + EDR

У серпні 2008 року Bluetooth SIG представив версію 2.1+EDR. Нова редакція Bluetooth знижує споживання енергії в 5 разів, підвищує рівень захисту даних і полегшує розпізнавання і з’єднання Bluetooth-пристроїв завдяки зменшенню кількості кроків, за які воно виконується.

Bluetooth 3.0 + HS

21 квітня 2009 року з’явився Bluetooth 3.0+HS. Швидкість передачі даних (теоретично) зросла до 24 Мбіт/с. Особливістю було додавання AMP (Alternate MAC/PHY), додаток до 802.11 як високошвидкісне повідомлення. Для AMP були передбачені дві технології: 802.11 і UWB.

Bluetooth 4.0

Через чотири роки, 30 червня 2010, Bluetooth SIG затвердила специфікацію 4.0. Bluetooth 4.0 включав протоколи: класичний Bluetooth, високошвидкісний Bluetooth та Bluetooth з низьким енергоспоживанням.

Bluetooth 4.1

SIG в кінці 2013 року представила специфікацію Bluetooth 4.1. Одне з поліпшень, реалізованих у специфікації Bluetooth 4.1, стосується спільної роботи Bluetooth і мобільного зв’язку четвертого покоління LTE. Стандарт передбачає захист від взаємних перешкод шляхом автоматичного координування передачі пакетів даних.

Bluetooth 4.2

Bluetooth 4.2 був представлений 2 грудня 2014 року. Стандарт поліпшили в його швидкісних характеристик та інформаційної безпеки.

Bluetooth 4.2 додати можливість прямого підключення до Мережі. Тобто пристрої з підтримкою Bluetooth 4.2 зможуть не тільки безпосередньо взаємодіяти один з одним, але і підключатися до Інтернету (завдяки підтримці протоколу IPv6/6LoWPAN) через відповідні точки доступу. Ключова ідея розвитку стандарту полягає в тому, щоб за допомогою Bluetooth можна було з’єднати будь-які пристрої один з одним.

На додаток до безпечної та швидкої Bluetooth 4.2 також буде більш енергоефективний, все це зрушить тенденцію останніх місяців до під’єднання до мережі: все більше пристроїв починають для цього використовувати Bluetooth, що, крім усього іншого, позитивно позначається на автономності роботи.

2003

Перший MP3-плеєр з технологією Bluetooth

Версія Bluetooth 1.2 прийнята Bluetooth SIG

Поставка продуктів Bluetooth зросло до 1 млн в тиждень

Перша схвалена медична система Bluetooth

2004

SIG приймає версію Core Specification Version 2.0 Enhanced Data Rate (EDR)

Технологія Bluetooth встановлена в якості базової комплектації на 250 млн пристроїв

Поставки перевершили 3 млн. одиниць в тиждень

Перші стереонавушники

2005

Поставки продукції піднялися до 5 млн чіпсетів на тиждень

SIG вітає свого 4,000 учасника

Відкрита штаб-квартира SIG у Белвью, штат Вашингтон, регіональні офіси почали працювати в р. Мальме, Швеції та Гонконгу

SIG запускає Profile Testing Suite (PTS) v1.0, інструмент для тестування і проведення типових випробувань повністю розроблений власними силами компанії

2006

Перші сонцезахисні окуляри

Перші годинник

Перша цифрова фоторамка підтримує Bluetooth

Bluetooth встановлений на 1 млрд пристроїв

Постачання Bluetooth пристроїв досягає 10 мільйонів на тиждень

Тестування Profile Tuning Suite (PTS) стає обов’язковою частиною продуктів Bluetooth кваліфікаційного відбору

SIG оголошує, що вона буде інтегрувати технологію зв’язку (Ultra-Wide Band, UWB) з WiMedia Alliance

2007

Перший будильник радіо

Перший телевізор

SIG вітає 8,000 учасника

Виконавчий директор Bluetooth SIG , Майкл Фолей, отримує нагороду Telematics Leadership Award

PTS Protocol Viewer випущений в якості частини нещодавно опублікованій версії 2.1.1 поряд зі значно оновленим користувальницьким інтерфейсом

Найпоширеніші профілі Bluetooth

Щоб використовувати бездротову технологію Bluetooth, пристрої повинні бути в змозі інтерпретувати певні профілі Bluetooth, які перебувають певних областях застосування і вказують загальні форми поведінки, щоб Bluetooth сумісні пристрої могли використовувати для зв’язку з іншими пристроями Bluetooth.

Профіль — набір функцій або можливостей, доступних для певного пристрою Bluetooth.

Існує широкий спектр профілів Bluetooth, які описують різні типи додатків або сценаріїв використання пристрою.

Список основних профілів схвалених Bluetooth SIG з коротким описом та призначенням:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) розроблений для передачі музики, до безпровідної гарнітури або іншим пристроям.

Audio / Video Remote Control Profile (AVRCP) створений для управління стандартними функціями телевізорів, високоточного обладнання. Дозволяє створювати пристрої з функціями дистанційного керування.

Basic Imaging Profile (BIP) розроблений для пересилання зображень між пристроями. За допомогою цього профілю, можливо, змінювати розмір зображення і конвертувати його в підтримуваний пристроєм формат.

Basic Printing Profile (BPP) з його допомогою можливо пересилати текст, повідомлення електронної пошти, vCard на принтер. Профілем не потрібна наявність драйверів.

Common ISDN Access Profile (CIP) використовується для доступу пристроїв до цифрової мережі з інтеграцією служб ISDN.

Cordless Telephony Profile (CTP) підтримує бездротову телефонію.

Device ID Profile (DIP) допомагає визначити клас пристрою, виробника, версію продукту.

Dial-up Networking Profile (DUN) протокол надає стандартний доступ до Інтернету або іншого телефонного сервісу через Bluetooth.

Fax Profile (FAX) надає інтерфейс між мобільним або стаціонарним телефоном, а також персональним комп’ютером на який встановлено програмне забезпечення для роботи з факсами.

File Transfer Profile (FTP_profile) забезпечує доступ до файлової системи пристрою.

General Audio / Video Distribution Profile (GAVDP) база для A2DP і VDP.

Generic Access Profile (GAP) база для інших профілів.

Generic Object Exchange Profile (GOEP) база для інших профілів передачі даних, базується на OBEX.

Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP) заміна кабельного з’єднання між пристроєм і принтером. Негативна сторона профілю, що робить його не універсальним – необхідність установки драйверів.

Hands-Free Profile (HFP) використовується для з’єднання безпровідної гарнітури і телефону.

Human Interface Device Profile (HID) забезпечує підтримку пристроїв з HID в які входять клавіатури, мишки, джойстики і т. д. Відмітна особливість – використовує повільний канал, працює на зниженій потужності.

Headset (HSP) використовується для з’єднання безпровідної гарнітури і телефону.

Intercom Profile (ICP) забезпечує голосові дзвінки між Bluetooth сумісними пристроями.

LAN Access Profile (LAP) забезпечує доступ Bluetooth пристроїв до обчислювальних мереж LAN, WAN або Інтернет допомогою іншого Bluetooth пристрою, який має фізичне підключення до цих мереж.

SIM Access Profile (SAP, SIM) дозволяє отримати доступ до SIM-картки телефону, що робить можливим використовувати одну SIM-карту для декількох пристроїв.

Synchronisation Profile (SYNCH) дозволяє синхронізувати персональні дані (PIM).

Video Distribution Profile (VDP) дозволяє передавати потокове відео.

Wireless Application Protocol Bearer (WAPB) протокол для організації P-to-P (Point-to-Point) з’єднання через Bluetooth.