Hallo.

3 december 2014 Bluetooth SIG heeft officieel Bluetooth-specificatie versie 4.2 aangekondigd.
Het persbericht identificeert drie belangrijke innovaties:

• het verhogen van de snelheid van gegevensontvangst en -transmissie;
• mogelijkheid om verbinding te maken met internet;
• het verbeteren van de privacy en veiligheid.

Het belangrijkste punt uit het persbericht: versie 4.2 - ideaal voor het Internet of Things (IoT).
In dit artikel wil ik je vertellen hoe deze 3 punten worden geïmplementeerd. Iedereen die geïnteresseerd is, is welkom.

Alles wat hieronder wordt beschreven, is alleen van toepassing op BLE, laten we gaan...

1. Verhogen van de snelheid van het ontvangen en verzenden van gebruikersgegevens.

Het grootste nadeel van BLE was de lage gegevensoverdrachtsnelheid. Hoewel, hoe je het ook bekijkt, BLE oorspronkelijk is uitgevonden om de energie te besparen van de bron die het apparaat van stroom voorziet. En om energie te besparen, moet u af en toe contact opnemen en een beetje gegevens overbrengen. Toch is het hele internet gevuld met verontwaardiging over de lage snelheid en vragen over de mogelijkheid om deze te verhogen, evenals om de omvang van de verzonden gegevens te vergroten.

En met de komst van versie 4.2 kondigde Bluetooth SIG een toename van de transmissiesnelheid aan met 2,5 keer en de grootte van het verzonden pakket met 10 keer. Hoe hebben ze dit bereikt?

Laat me je vertellen dat deze 2 getallen met elkaar verband houden, namelijk: de snelheid is toegenomen omdat de grootte van het verzonden pakket is toegenomen.

Laten we eens kijken naar de PDU (protocol data unit) van het datakanaal:


Elke PDU bevat een 16-bits header. Deze header in versie 4.2 verschilt dus van de header in versie 4.1.

Hier is de header van versie 4.1:

En hier is de header van versie 4.2:

Opmerking: RFU (gereserveerd voor toekomstig gebruik) - het veld dat door deze afkorting wordt aangeduid, is gereserveerd voor toekomstig gebruik en is gevuld met nullen.

Zoals we kunnen zien, zijn de laatste 8 bits van de header verschillend. Het veld Lengte is de som van de lengten van de payload en het MIC-veld (Message Integrity Check) in de PDU (als deze laatste is ingeschakeld).
Als in versie 4.1 het veld “Lengte” een grootte heeft van 5 bits, dan heeft dit veld in versie 4.2 een grootte van 8 bits.

Vanaf hier is het eenvoudig te berekenen dat het veld “Lengte” in versie 4.1 waarden kan bevatten in het bereik van 0 tot 31, en in versie 4.2 in het bereik van 0 tot 255. Als maximale waarden Trek de lengte van het MIC-veld (4 octetten) ervan af, en we krijgen dat er respectievelijk 27 en 251 octetten aan bruikbare gegevens kunnen zijn voor versies 4.1 en 4.2. In feite is de maximale hoeveelheid gegevens zelfs nog kleiner, omdat De payload bevat ook L2CAP (4 octetten) en ATT (3 octetten) servicegegevens, maar we zullen hier geen rekening mee houden.

De omvang van de verzonden gebruikersgegevens is dus ongeveer tien keer toegenomen. Wat betreft de snelheid, die om de een of andere reden niet 10 keer is toegenomen, maar slechts 2,5 keer, dan kunnen we niet spreken van een proportionele toename, omdat alles ook afhangt van de garantie van de gegevenslevering, omdat het garanderen van de levering van 200 bytes een iets moeilijker dan 20.

2. Mogelijkheid om verbinding te maken met internet.

Misschien wel de meest interessante innovatie is de reden waarom Bluetooth SIG aankondigde dat versie 4.2 het Internet of Things (IoT) dankzij deze functie beter maakt.

Terug in versie 4.1 heeft L2CAP de modus “LE Credit Based Flow Control Mode” toegevoegd. In deze modus kunt u de gegevensstroom regelen met behulp van de zogenaamde. op krediet gebaseerd schema. De eigenaardigheid van het schema is dat het geen signaleringspakketten gebruikt om de hoeveelheid gegevens aan te geven die wordt overgedragen, maar van een ander apparaat een tegoed vraagt ​​voor een bepaalde hoeveelheid over te dragen gegevens, waardoor het overdrachtsproces wordt versneld. In dit geval wordt de frameteller elke keer dat de ontvangende partij een frame ontvangt, verlaagd en kan de verbinding worden verbroken wanneer het laatste frame wordt bereikt.

Er zijn 3 nieuwe codes verschenen in de lijst met L2CAP-opdrachten:
- LE Credit Based Connection-aanvraag – aanvraag voor aansluiting volgens het kredietschema;
- LE Credit Based Connection-antwoord – antwoord op aansluiting op basis van het kredietschema;
- LE Flow Control Credit – bericht over de mogelijkheid om extra LE-frames te ontvangen.

In het pakket “LE Credit Based Connection aanvraag”


er is een veld “Initial Credits” van 2 octetten lang, dat het aantal LE-frames aangeeft dat het apparaat op L2CAP-niveau kan verzenden.

In het antwoordpakket “LE Credit Based Connection response”


hetzelfde veld geeft het aantal LE-frames aan dat een ander apparaat kan verzenden, en het veld “Resultaat” geeft ook het resultaat van het verbindingsverzoek aan. Een waarde van 0x0000 duidt op succes, andere waarden duiden op een fout. Concreet geeft een waarde van 0x0004 aan dat de verbinding is geweigerd vanwege een gebrek aan bronnen.

Zo werd het al in versie 4.1 mogelijk om een ​​grote hoeveelheid gegevens op L2CAP-niveau over te dragen.
En nu, vrijwel gelijktijdig met de release van versie 4.2, wordt het volgende gepubliceerd:

• dienst: “IP Support Service” (IPSS).
• IPSP-profiel (Internet Protocol Support Profile), dat ondersteuning definieert voor de overdracht van IPv6-pakketten tussen apparaten met BLE.

De belangrijkste vereiste van het profiel voor het L2CAP-niveau is “LE Credit Based Connection”, die verscheen in versie 4.1, waarmee u op zijn beurt pakketten kunt verzenden met een MTU >= 1280 octetten (ik hoop dat de hint naar de afbeelding is duidelijk).

Het profiel definieert de volgende rollen:
- routerrol – gebruikt voor apparaten die IPv6-pakketten kunnen routeren;
- knooppuntrol (Node) – gebruikt voor apparaten die alleen IPv6-pakketten kunnen ontvangen of verzenden; hebben servicedetectiefunctionaliteit en hebben een IPSS-service waarmee routers kunnen ontdekken dit apparaat;

Apparaten met de routerrol die verbinding moeten maken met een andere router kunnen de hostrol hebben.

Vreemd genoeg maakt de verzending van IPv6-pakketten geen deel uit van de profielspecificatie en wordt deze gespecificeerd in de IETF RFC "Transmission of IPv6 packets over Bluetooth Low Energy". Dit document identificeert nog een interessant punt, namelijk dat bij het verzenden van IPv6-pakketten de 6LoWPAN-standaard wordt gebruikt - dit is een standaard voor interactie met behulp van het IPv6-protocol via draadloze persoonlijke netwerken met laag vermogen volgens de IEE 802.15.4-standaard.

Kijk naar de foto:


Het profiel specificeert dat IPSS, GATT en ATT alleen worden gebruikt voor het ontdekken van services, en GAP wordt alleen gebruikt voor het ontdekken van apparaten en het tot stand brengen van verbindingen.

Maar degene die rood is gemarkeerd, betekent alleen dat pakkettransmissie niet is opgenomen in de profielspecificatie. Hierdoor kan de programmeur zijn eigen implementatie van pakkettransmissie schrijven.

3. Verbeterde privacy en veiligheid.

Een van de verantwoordelijkheden van de Security Manager (SM) is het koppelen van twee apparaten. Tijdens het koppelingsproces worden sleutels gemaakt die vervolgens worden gebruikt om de communicatie te coderen. Het koppelingsproces bestaat uit 3 fasen:

• uitwisseling van informatie over koppelingsmethoden;
• genereren van kortetermijnsleutels (Short Term Key (STK));
• sleutel uitwisseling.

In versie 4.2 was fase 2 opgedeeld in 2 delen:

• genereren van kortetermijnsleutels (Short Term Key (STK)) genaamd “LE legacy pairing”
• genereren van langetermijnsleutels (Long Term Key (LTK)) genaamd “LE Secure Connections”

En de eerste fase werd toegevoegd met nog een koppelingsmethode: “Numerieke vergelijking” die alleen werkt met de tweede optie van de tweede fase: “LE Secure Connections”.

In dit opzicht zijn er, naast de drie bestaande functies, nog vijf functies verschenen in de cryptografische toolbox van de beveiligingsmanager, en deze vijf worden alleen gebruikt om het nieuwe koppelingsproces “LE Secure Connections” te bedienen. Deze functies genereren:

• LTK en MacKey;
• bevestigende variabelen;
• authenticatiecontrolevariabelen;
• 6-cijferige nummers die worden gebruikt voor weergave op aangesloten apparaten.

Alle functies maken gebruik van het AES-CMAC-coderingsalgoritme met een 128-bits sleutel.

Dus als er tijdens het koppelen in de 2e fase met behulp van de ‘LE legacy pairing’-methode 2 sleutels worden gegenereerd:

• Tijdelijke sleutel (TK): 128-bit tijdelijke sleutel die wordt gebruikt om STK te genereren;
• Short Term Key (STK): 128-bits tijdelijke sleutel die wordt gebruikt om de verbinding te coderen

Vervolgens wordt met behulp van de “LE Secure Connections”-methode 1 sleutel gegenereerd:

• Long Term Key (LTK): Een 128-bits sleutel die wordt gebruikt om volgende verbindingen te coderen.

Als resultaat van deze innovatie hebben we:

• tracking voorkomen, omdat Dankzij "Numerieke vergelijking" is het nu mogelijk om de mogelijkheid om verbinding te maken met uw apparaat te beheren.
• het verbeteren van de energie-efficiëntie, omdat vereist niet langer extra energie om sleutels bij elke verbinding opnieuw te genereren.
• Industriestandaard encryptie om gevoelige gegevens te garanderen.

Hoe vreemd het ook mag klinken, door de veiligheid te verbeteren hebben we de energie-efficiëntie verbeterd.

4. Is aanraken al mogelijk?

Ja, dat heb ik gedaan.
NORDIC Semiconductor heeft de "nRF51 IoT SDK" uitgebracht, die een stack, bibliotheken, voorbeelden en API bevat voor de apparaten uit de nRF51-serie. Dit omvat:

• nRF51822- en nRF51422-chips;
• nRF51DK;
• nRF51-dongle;
• nRF51822EK.

Door

Een van de stabiele trends in de ontwikkeling van mobiele apparaten is de verbetering van draadloze communicatie, die de mogelijkheid biedt om verbinding te maken met internet, een lokaal netwerk en verschillende randapparatuur (hoofdtelefoons, headsets, luidsprekersystemen, printers, enz.) en andere gadgets in de buurt. Draadloze communicatietechnologieën, evenals andere componenten van mobiele apparaten, zijn voortdurend in ontwikkeling. Er verschijnen nieuwe versies van specificaties, de bandbreedte neemt toe, de reeks functies wordt uitgebreid, enz. Hierdoor is een hoogwaardige ontwikkeling verzekerd, zonder welke technische vooruitgang ondenkbaar is. De vooruitgang heeft echter ook een keerzijde: het wordt voor gebruikers elk jaar steeds moeilijker om te begrijpen wat het verschil is tussen verschillende modellen.

Meestal kunt u uit een korte beschrijving van een mobiel apparaat alleen de namen afleiden van de draadloze interfaces waarmee het is uitgerust. De gedetailleerde specificatie bevat meestal aanvullende informatie, met name de versies van draadloze interfaces (bijvoorbeeld Wi-Fi 802.11b/g/n en Bluetooth 2.1). Dit is echter niet altijd voldoende om de draadloze communicatiemogelijkheden van het apparaat in kwestie volledig te kunnen waarderen. Om bijvoorbeeld te begrijpen of een bepaald randapparaat dat via Bluetooth is verbonden, werkt met de smartphone of tablet die u tot uw beschikking heeft.

In dit artikel zullen we het hebben over verschillende nuances waar je op moet letten bij het beoordelen van de mogelijkheden van apparaten die zijn uitgerust met een Bluetooth-interface.

Toepassingsgebied

Een draadloze interface voor de korte afstand, Bluetooth genaamd, werd in 1994 door ingenieurs ontwikkeld Zweeds bedrijf Ericsson. Sinds 1998 ontwikkelt en promoot de Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), opgericht door Ericsson, IBM, Intel, Nokia en Toshiba, deze technologie. Tot op heden omvat de lijst met Bluetooth SIG-leden meer dan 13 duizend bedrijven.

De introductie van Bluetooth in consumentenapparaten op de massamarkt begon in de eerste helft van het afgelopen decennium. Momenteel ingebouwd Bluetooth-adapters Er zijn veel modellen laptops en mobiele apparaten uitgerust. Daarnaast is er een breed scala aan randapparatuur (draadloze hoofdtelefoons, aanwijsapparaten, toetsenborden, luidsprekersystemen, enz.) die met deze interface zijn uitgerust, te koop.

De belangrijkste functie van Bluetooth is het creëren van zogenaamde persoonlijke netwerken (Private Gebiedsnetwerk s, PAN), die de mogelijkheid bieden om gegevens uit te wisselen tussen nabijgelegen (binnen hetzelfde huis, pand, voertuig, enz.) desktop- en laptop-pc's, randapparatuur en mobiele apparaten enz.

De belangrijkste voordelen van Bluetooth ten opzichte van concurrerende oplossingen zijn laag niveau energieverbruik en lage kosten transceivers, waardoor het zelfs in kleine apparaten met miniatuurbatterijen kan worden geïntegreerd. Bovendien zijn fabrikanten van apparatuur vrijgesteld van het betalen van licentiekosten voor het installeren van Bluetooth-transceivers in hun producten.

Apparaten aansluiten

Met behulp van de Bluetooth-interface kunt u twee of meerdere apparaten tegelijk verbinden. In het eerste geval wordt de verbinding uitgevoerd volgens het "point-to-point" -schema, in het tweede geval volgens het "point-to-multipoint" -schema. Ongeacht het verbindingsschema is een van de apparaten de master, de rest zijn slaves. Het masterapparaat stelt het patroon in dat alle slave-apparaten zullen gebruiken en synchroniseert ook hun werking. Apparaten die op deze manier zijn aangesloten, vormen een piconet. Binnen één piconet kunnen één master- en maximaal zeven slave-apparaten worden gecombineerd (Fig. 1 en 2). Bovendien is het mogelijk om extra slave-apparaten in het piconet te hebben (meer dan zeven) die een geparkeerde status hebben: ze nemen niet deel aan de gegevensuitwisseling, maar zijn gesynchroniseerd met het masterapparaat.

Rijst. 1. Piconetdiagram,
twee apparaten verbinden

Rijst. 2. Piconet-schema,
meerdere apparaten combineren

Verschillende piconetten kunnen worden gecombineerd tot een gedistribueerd netwerk (scatternet). Om dit te doen, moet een apparaat dat als slaaf in het ene piconet werkt, als master in een ander piconet fungeren (Fig. 3). Piconenetwerken die er deel van uitmaken gedistribueerd netwerk, zijn niet met elkaar gesynchroniseerd en gebruiken verschillende sjablonen.

Rijst. 3. Diagram van een gedistribueerd netwerk inclusief drie piconetten

Het maximale aantal piconetten in een gedistribueerd netwerk kan niet groter zijn dan tien. Met het gedistribueerde netwerk kunt u dus in totaal maximaal 71 apparaten aansluiten.

Merk op dat in de praktijk de noodzaak om een ​​gedistribueerd netwerk te creëren zelden voorkomt. Met de huidige mate van integratie van hardwarecomponenten is het moeilijk een situatie voor te stellen waarin de eigenaar van een smartphone of tablet meer dan twee of drie apparaten tegelijk via Bluetooth zou moeten verbinden.

Bereik

De Bluetooth-specificatie biedt drie klassen zendontvangers (zie tabel), die verschillen in vermogen en dus in effectief bereik. De meest voorkomende optie, die wordt gebruikt in de meeste momenteel geproduceerde mobiele telefoons elektronische apparaten en pc's zijn Bluetooth klasse 2-transceivers. Low-power klasse 3-systemen zijn uitgerust met medische apparatuur, en het belangrijkste toepassingsgebied voor de meest "langeafstands" klasse 1-modules zijn bewakings- en controlesystemen voor industriële apparatuur.

Uiteraard kunt u alleen rekenen op een stabiele draadloze verbinding tussen apparaten die zich op een maximale afstand bevinden (bijvoorbeeld 10 m in het geval van klasse 2-transceivers) als er geen grote obstakels tussen zitten (muren, scheidingswanden, deuren, enz.). ). Het werkelijke bereik kan variëren afhankelijk van de kenmerken van de kamer en van de aanwezigheid van radio-interferentie en bronnen van sterke elektromagnetische straling in de lucht.

Bluetooth-versies en hun verschillen

De eerste versie van de specificatie (Bluetooth 1.0) werd in 1999 goedgekeurd. Kort na de tussenspecificatie (Bluetooth 1.0B) werd Bluetooth 1.1 goedgekeurd - het corrigeerde fouten en elimineerde veel van de tekortkomingen van de eerste versie.

In 2003 werd de Bluetooth 1.2-kernspecificatie goedgekeurd. Een van de belangrijkste innovaties was de introductie van de methode voor adaptieve herconfiguratie van de werkfrequentie (Adaptive frequentieverspringende spreiding spectrum, AFH), waardoor de draadloze verbinding veel beter bestand is tegen beïnvloeding elektromagnetische interferentie. Bovendien was het mogelijk om de tijd die besteed werd aan het ontdekken en verbinden van apparaten te verminderen.

Een andere belangrijke verbetering in versie 1.2 was de toename van de gegevensuitwisselingssnelheid tot 433,9 Kbps in elke richting bij gebruik van asynchrone communicatie via een symmetrisch kanaal. In het geval van een asymmetrisch kanaal bedroeg de doorvoer 723,2 Kbit/s in de ene richting en 57,6 Kbit/s in de andere.

Er is ook een verbeterde versie van Extended Synchronous Connections (eSCO) -technologie toegevoegd, die de kwaliteit van het streamen van audio verbetert door een mechanisme te gebruiken om pakketten die tijdens de verzending zijn beschadigd opnieuw te verzenden.

Eind 2004 werd de basisspecificatie Bluetooth 2.0 + EDR goedgekeurd. De belangrijkste innovatie van de tweede versie was de Enhanced Data Rate (EDR) -technologie, dankzij de implementatie waarvan het mogelijk was om de interfacedoorvoer aanzienlijk (meerdere keren) te vergroten. Theoretisch kun je met EDR een gegevensoverdrachtsnelheid van 3 Mbit/s bereiken, maar in de praktijk komt dit cijfer meestal niet boven de 2 Mbit/s.

Opgemerkt moet worden dat EDR geen vereiste functie is voor transceivers die voldoen aan de Bluetooth 2.0-specificatie.

Apparaten uitgerust met Bluetooth 2.0-transceivers zijn achterwaarts compatibel met eerdere versies (1.x). Uiteraard wordt de gegevensoverdrachtsnelheid beperkt door de mogelijkheden van het langzamere apparaat.

In 2007 werd de basisspecificatie Bluetooth 2.1 + EDR goedgekeurd. Een van de innovaties die daarin werden geïmplementeerd was de energiebesparende technologie Sniff Subrating, die het mogelijk maakte om de duur aanzienlijk (van drie tot tien keer) te verlengen levensduur van de batterij mobiele apparaten. De procedure voor het tot stand brengen van communicatie tussen twee apparaten is ook aanzienlijk vereenvoudigd.

In augustus 2008 werden basistoevoegingen (Core Specification Addendum, CSA) aan de Bluetooth 2.0 + EDR- en Bluetooth 2.1 + EDR-specificaties goedgekeurd. Wijzigingen aangebracht zijn gericht op het verminderen van het energieverbruik, het verhogen van het beschermingsniveau van verzonden gegevens en het optimaliseren van procedures voor het identificeren en verbinden van Bluetooth-apparaten.

In april 2009 werd de Bluetooth 3.0+HS-kernspecificatie goedgekeurd. Afkorting HS in dit geval staat voor Hoge Snelheid ( hoge snelheid). De belangrijkste innovatie is de implementatie van Generic Alternate MAC/PHY-technologie, die de mogelijkheid biedt om gegevens over te dragen met snelheden tot 24 Mbit/s. Daarnaast is het de bedoeling om twee zendontvangermodules te gebruiken: lage snelheid (met laag stroomverbruik) en hoge snelheid. Afhankelijk van de breedte van de verzonden datastroom (of de grootte van het verzonden bestand) wordt een lagesnelheidstransceiver (tot 3 Mbit/s) of een hogesnelheidstransceiver gebruikt. Hierdoor kunt u het stroomverbruik verminderen in situaties waarin hoge gegevensoverdrachtsnelheden niet vereist zijn.

De Bluetooth 4.0-kernspecificatie werd in juni 2010 goedgekeurd. Belangrijkste kenmerk Deze versie maakt gebruik van energiezuinige technologie. Een lager energieverbruik wordt bereikt door zowel de gegevensoverdrachtsnelheid te beperken (niet meer dan 1 Mbit/s) als door het feit dat de zendontvanger niet constant werkt, maar alleen is ingeschakeld voor de duur van de gegevensuitwisseling. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, biedt Bluetooth 4.0 geen hogere gegevensoverdrachtsnelheden dan Bluetooth 3.0+HS.

Bluetooth-profielen

Het vermogen van apparaten om te communiceren wanneer ze via Bluetooth zijn verbonden, wordt grotendeels bepaald door de reeks profielen die elk apparaat ondersteunt. Een bepaald profiel biedt ondersteuning voor bepaalde functies, zoals het overbrengen van bestanden of het streamen van media, het voorzien van een netwerkverbinding, enz. Zie de zijbalk voor informatie over enkele Bluetooth-profielen.

Het is belangrijk om te begrijpen dat u een Bluetooth-verbinding alleen kunt gebruiken om welke taak dan ook uit te voeren als het juiste profiel wordt ondersteund door zowel de master- als de slave-apparaten. Zo is het alleen mogelijk om een ​​“visitekaartje” of een contactpersoon via een Bluetooth-verbinding van de ene mobiele telefoon naar de andere over te dragen als beide apparaten het OPP-profiel (Object Push Profile) ondersteunen. En om bijvoorbeeld een mobiele telefoon als draadloos mobiel modem te gebruiken, is het noodzakelijk dat dit apparaat en de computer die erop is aangesloten het DUN-profiel (Dial-up Networking Profile) ondersteunen.

Er doen zich vaak situaties voor waarin een Bluetooth-verbinding tot stand wordt gebracht tussen twee apparaten, maar een bepaalde actie (bijvoorbeeld het overbrengen van een bestand) niet kan worden uitgevoerd. Een van waarschijnlijke oorzaken Het optreden van dergelijke problemen kan te wijten zijn aan het gebrek aan ondersteuning voor het overeenkomstige profiel op een van de apparaten.

De set ondersteunde profielen is dus belangrijke factor, waarmee rekening moet worden gehouden bij het beoordelen van de mogelijkheden van een bepaald apparaat. Helaas ondersteunen sommige modellen mobiele apparaten een minimale set profielen (bijvoorbeeld alleen A2DP en HSP), wat de mogelijkheden van draadloze verbinding met andere apparatuur aanzienlijk beperkt.

Houd er rekening mee dat de set ondersteunde profielen niet alleen wordt bepaald door de specifieke kenmerken en ontwerpkenmerken apparaat, maar ook het beleid van de fabrikant. Sommige apparaten blokkeren bijvoorbeeld de mogelijkheid om bestanden van bepaalde formaten (afbeeldingen, video's, e-books, applicaties, enz.) over te dragen onder het voorwendsel van het bestrijden van piraterij. Het is waar dat in werkelijkheid niet de liefhebbers van nagemaakte media-inhoud en -software onder dergelijke beperkingen lijden, maar eerlijke gebruikers die gedwongen worden zelfs foto's die met hun eigen ingebouwde camera zijn gemaakt op omslachtige manieren over te zetten naar een pc (bijvoorbeeld door verzenden benodigde bestanden naar uw eigen e-mailadres).

Bluetooth-profielen A2DP(Advanced Audio Distribution Profile) - zorgt voor de overdracht van een tweekanaals (stereo) audiostream van een signaalbron (pc, speler, mobiele telefoon) naar een draadloze stereoheadset, luidsprekersysteem of ander afspeelapparaat. Om de verzonden stroom te comprimeren, kan de standaard SBC-codec (Sub Band Codec) of een andere codec die door de fabrikant van het apparaat is gedefinieerd, worden gebruikt. AVRCP(Audio/video Afstandsbediening Profiel) - hiermee kunt u beheren standaard kenmerken TV's, thuisbioscoopsystemen, enz. Een apparaat dat het AVRCP-profiel ondersteunt, kan als draadloze afstandsbediening fungeren. Kan worden gebruikt in combinatie met A2DP- of VDPT-profielen. BIP(Basic Imaging Profile) - biedt de mogelijkheid om afbeeldingen te verzenden, ontvangen en bekijken. Hiermee kunt u bijvoorbeeld digitale foto's overbrengen van digitale camera naar het geheugen van de mobiele telefoon. Het is mogelijk om de afmetingen en formaten van verzonden afbeeldingen te wijzigen, rekening houdend met de specifieke kenmerken van aangesloten apparaten. BPP(Basisafdrukprofiel) - een basisafdrukprofiel dat de verzending van verschillende objecten mogelijk maakt (tekstberichten, visitekaartjes, afbeeldingen, enz.) voor uitvoer op een afdrukapparaat. U kunt bijvoorbeeld een sms-bericht of een foto van uw mobiele telefoon naar een printer afdrukken. Een belangrijk kenmerk van het BPP-profiel is dat het op het apparaat waarvan het object wordt verzonden om te worden afgedrukt, niet nodig is om een ​​specifiek stuurprogramma voor het bestaande printermodel te installeren. DUN(Dial-up Networking Profile) - biedt een verbinding tussen een pc of ander apparaat en internet via een mobiele telefoon, die in dit geval fungeert als een extern modem. FAX(Faxprofiel) - hiermee kunt u gebruiken extern apparaat (mobiele telefoon of MFP met faxmodule) voor het ontvangen en verzenden van faxberichten vanaf een pc. FTP(File Transfer Profile) - biedt bestandsoverdracht en toegang tot het bestandssysteem van het aangesloten apparaat. Met een standaardset opdrachten kunt u er doorheen navigeren hiërarchische structuur logische schijf aangesloten apparaat, en bestanden kopiëren en verwijderen. GAVDP(General Audio/Video Distribution Profile) - zorgt voor de overdracht van audio- en videostreams van de signaalbron naar het afspeelapparaat. Het is standaard voor A2DP- en VDP-profielen. HFP(Handsfree profiel) - zorgt voor verbinding auto-apparaten handsfree naar een mobiele telefoon voor spraakcommunicatie. VERBORGEN(Human Interface Device Profile) - beschrijft protocollen en verbindingsmethoden draadloze apparaten invoer (muizen, toetsenborden, joysticks, afstandsbedieningen, etc.) naar de pc. Het HID-profiel wordt ondersteund in een aantal modellen mobiele telefoons en PDA's, waardoor u ze kunt gebruiken als draadloze afstandsbedieningen om de grafische interface van het besturingssysteem te bedienen of aparte toepassingen op pc. HSP(Headsetprofiel) - hiermee kunt u een draadloze hoofdtelefoon verbinden met een mobiele telefoon of ander apparaat. Naast het verzenden van de audiostream zijn functies als bellen, een inkomende oproep beantwoorden, een oproep beëindigen en het volume aanpassen aanwezig. OPP(Object Push Profile) - een basisprofiel voor het verzenden van objecten (afbeeldingen, visitekaartjes, enz.). U kunt bijvoorbeeld een lijst met contacten van de ene mobiele telefoon naar de andere overbrengen, of een foto van een smartphone naar een pc. In tegenstelling tot FTP biedt het OPP-profiel geen toegang tot het bestandssysteem van het aangesloten apparaat. PAN(Personal Area Networking Profile) - hiermee kunt u twee of meer apparaten combineren in een lokaal netwerk. Op deze manier kunt u meerdere pc's verbinden met één met internettoegang. Bovendien biedt dit profiel externe toegang tot een pc die als masterapparaat fungeert. SYNCHRONISEREN(Synchronisatieprofiel) - wordt gebruikt in combinatie met het basis-GOEP-profiel en synchroniseert persoonlijke gegevens (agenda, contactenlijst, enz.) tussen twee apparaten (bijvoorbeeld op een desktop-pc en een mobiele telefoon).

Fabrikanten overtuigen consumenten er voortdurend van dat nieuwe oplossingen zeker beter zijn dan oude. Nieuwe processors presteren beter en verbruiken minder energie dan hun voorgangers; nieuwe displays hebben meer hoge resolutie en breed kleurengamma, enz. Het is echter nauwelijks aan te raden om een ​​dergelijke aanpak te gebruiken om de mogelijkheden van de Bluetooth-interface te evalueren.

Ten eerste is het noodzakelijk om rekening te houden met de kenmerken van de bestaande vloot Bluetooth-apparaten. Zoals eerder vermeld wordt de maximale gegevensoverdrachtsnelheid immers bepaald door het apparaat dat is uitgerust met de oudste versie van de interface. Bovendien zijn niet voor alle taken hoge gegevensoverdrachtsnelheden vereist. Als u mediabestanden wilt kopiëren ( geluidsopnamen, afbeeldingen) of het uitzenden van een audiostream met een lage compressiegraad is een heel belangrijke factor, en voor normale interactie van de telefoon met draadloze hoofdtelefoon of om contacten uit te wisselen met een ander apparaat, de Bluetooth 2.0-mogelijkheden zijn voldoende.

Ten tweede is in veel gevallen de set ondersteunde Bluetooth-profielen een veel belangrijker factor dan de maximale snelheid van de draadloze verbinding. Hij is immers degene die feitelijk bepaalt met welke apparatuur het bestaande apparaat kan communiceren. Helaas wordt deze informatie zelden verstrekt, zelfs niet in de volledige specificatie van het apparaat, en vaak moet u ernaar zoeken in de tekst van de handleiding of op gebruikersforums.

Elk geluid begint bij een bron. Tegenwoordig zijn het er veel draadloze protocollen voor geluidsoverdracht. Sommigen van hen zijn veel interessanter dan Bluetooth, maar zijn nog niet goed verspreid. Tegenwoordig zijn bijna alle smartphones, laptops en tablets uitgerust met Bluetooth, en het uitrusten van een apparaat met ondersteuning als het een USB-uitgang heeft, is een kwestie van vijf minuten.

Daarom zullen we ons vandaag beperken tot apparaten die geluid reproduceren met behulp van "bluetooth" (de gids is redelijk geschikt voor het kiezen van een Bluetooth-luidspreker). Deze technologie heeft een vrij lange geschiedenis en veel valkuilen, waarvan het bestaan ​​niet altijd bekend is bij gebruikers.

De aanwezigheid van een Bluetooth-zender betekent niet dat het apparaat gebruikt kan worden als geluidsbron voor draadloze audioapparatuur. Niet met elke Bluetooth kun je zonder vervorming naar muziek van hoge kwaliteit luisteren. Niet iedereen is geschikt voor het luisteren naar bestanden met hoge bitrates en lossless formaten.

Waar je op moet letten om draadloos naar muziek te luisteren - of het nu een mp3 is of een hoogwaardige rip van een vinylplaat, dat vertellen we je in dit artikel.

Laten we beginnen met het allerbelangrijkste: deze parameter geeft direct aan of je met het apparaat naar muziek kunt luisteren.

VersieBluetooth

Op moderne apparaten kun je meestal ondersteuning vinden voor Bluetooth 3.0 of 4.0, in sommige topsmartphones en andere gadgets - 4.1. In dit geval kan het blijken dat de aangeschafte headset alleen verbinding ondersteunt via protocolversie 2.1. De adapters zijn achterwaarts compatibel, maar wanneer ze zijn aangesloten, werkt het langzaamste protocol van de twee.

De verschillen tussen protocolversies zijn voor de gemiddelde gebruiker minimaal vanwege achterwaartse compatibiliteit. Het belangrijkste dat opvalt is dat met elke nieuwe versie het stroomverbruik van apparaten wordt verminderd en dat vanaf 3.0 een tweede module is toegevoegd voor snelle gegevensoverdracht met een snelheid van 24 Mbit/s.

Versie 2.1 + EDR verzendt gegevens met een snelheid van maximaal 2,1 Mbit/s. Dit is voldoende om een ​​audiostream met een lage bitsnelheid af te spelen. Om audio- en videostreams af te spelen, wordt aanbevolen om Bluetooth-versie niet lager dan 3.0 te gebruiken.

Houd er rekening mee dat het zeer wenselijk is om het apparaat volledig als speler te kunnen gebruiken beschikbaarheid van Bluetooth versie 4.0 en hoger, en beter - met een lager energieverbruik.

U kunt een dergelijke adapter herkennen aan de volgende categorieën.

ProfielenBluetooth

Profielen zijn een reeks specifieke functies die door apparaten worden ondersteund. Van alle apparaten die in Bluetooth worden gebruikt om naar muziek te luisteren, zijn de volgende interessant:

1. Headsetprofiel (HSP) nodig voor het verbinden van de headset en smartphone en draadloze transmissie monogeluid met een bitrate van 64 kbit/s.
2. Handsfree profiel (HFP) biedt ook alleen mono-transmissie, maar met hogere kwaliteit.
3. Geavanceerd audiodistributieprofiel (A2DP) nodig voor het verzenden van een tweekanaals audiostream.
4. Audio/Video-afstandsbedieningsprofiel (AVRCP) biedt controle over de functies van afspeelapparaten (zonder dit is zelfs het wijzigen van het muziekvolume onmogelijk).

Om volledig naar muziek te luisteren is A2DP vereist. Het zorgt niet alleen voor de overdracht van de audiostream, maar beheert ook de compressie van de gegevens vóór verzending.

Maar zelfs als zowel het zendende als het reproducerende apparaat (bijvoorbeeld een smartphone en draadloze hoofdtelefoon) zijn voorzien van Bluetooth 3.0 of 4.0 en ondersteunen het benodigde protocol, dan moet je letten op de codec die gebruikt wordt.

CodecsBluetooth

Het belangrijkste voor het afspelen van muziek met behulp van het A2DP-protocol is de codec, die de audiostream comprimeert die naar de headset wordt verzonden. Er zijn momenteel drie codecs:

1. Subbandcodering (SBC)- codec die standaard door A2DP wordt gebruikt en is gemaakt door de profielontwikkelaars. Helaas is SBC veel ruwer dan MP3. En daarom is het niet geschikt om naar muziek te luisteren.
2. Geavanceerde audiocodering (AAC)- een meer geavanceerde codec die verschillende compressie-algoritmen gebruikt. Klinkt veel beter dan SBC.
3. AptX- hier is hij, juiste keuze! In ieder geval vanwege de mogelijkheid om bestanden over te zetten naar MP3 en AAC zonder extra manipulaties en transcodering. Dit betekent dat er geen sprake is van geluidsverslechtering. Het is echter de moeite waard om te reserveren. Er zijn verschillende versies van aptX om verschillende bitrates af te spelen. Elk van hen is ontworpen voor zijn eigen geluidsstroom.

Versie	Aantal ondersteunde kanalen	Maximale bemonsteringsfrequentie, kHz	Kwantisering, beetje	Maximale bitsnelheid	Compressieverhouding
AptX	2	44,1	16	320 kbps	2:1
Verbeterde AptX	2, 4, 5.1, 5.1+2	48	16, 20, 24	tot 1,28 Mbit/s	4:1
AptX Live	n.v.t	48	16, 20, 24	n.v.t	8:1
AptX verliesvrij	n.v.t	96	16, 20, 24	n.v.t	n.v.t
AptX lage latentie	n.v.t	48	16, 20, 24	n.v.t	n.v.t

»
De belangrijkste kenmerken van de nieuwste twee versies van de codec zijn de laagste latentie bij het afspelen van audio en een lagere processorbelasting tijdens het coderen. Met de Low Latency-versie kunt u een vertraging van 32 ms bereiken tussen de audiostreambron en het afspeelapparaat. Dit vermindert de vervorming die door de apparatuur wordt veroorzaakt bij het luisteren naar muziek.

Zo kun je bij bepaalde voorkeuren een specifieke codec kiezen. Als het afspelen van een verliesvrije stream niet wordt verwacht en een hoge audiolatentie niet kritisch is, moet u zich beperken tot standaard aptX en niet te veel betalen voor apparaatondersteuning voor volgende versies.

Het is de moeite waard om te onthouden dat het vereiste profiel en de vereiste codec moeten worden ondersteund door zowel de smartphone (of andere audiostreambron) als de headset zelf (of Bluetooth-luidspreker). Anders zal het A2DP-algoritme automatisch gaan werken met behulp van SBC.

Met Bluetooth werken twee willekeurige apparaten altijd met de laagste versie, de eenvoudigste codec en het eenvoudigste protocol. Dus als een van hen de benodigde technologie niet ondersteunt, kunt u niet ten volle genieten van de geluidskwaliteit.

Om lang naar muziek te luisteren heb je ondersteuning nodig voor Bluetooth versie 3.0 of hoger, aptX codec en A2DP profiel. Om naar muziek met een hoge bitsnelheid te luisteren, heb je ondersteuning nodig voor de aptX Lossless-codec - geen andere zal werken, omdat de muziek wordt gecomprimeerd wanneer deze wordt overgedragen naar het afspeelapparaat.

Wat is Bluetooth en waar wordt het mee gebruikt? Basisprincipes van technologie en datum van creatie

Bluetooth-communicatie is een draadloze technologiestandaard voor gegevensuitwisseling over korte afstand, waarbij gebruik wordt gemaakt van kortegolfmicrogolfradiogolven in het ISM-bereik van 2,4 tot 2,485 GHz voor gegevensuitwisseling tussen vaste en mobiele apparaten, en voor de constructie van Personal Area Networks (PAN).

De technologie werd in 1994 ontwikkeld door telecommunicatieleverancier Ericsson en is een grote speler geworden dagelijks leven dat het onmogelijk werd om een ​​leven zonder haar voor te stellen. Inclusief autoleven. Aanvankelijk was de nieuwe technologie bedoeld als draadloos alternatief voor de RS-232-interface van datakabels. Kan verbinding maken via Bluetooth verschillende apparaten, waardoor synchronisatieproblemen worden vermeden en zonder het gebruik van onnodige draden.

De Bluetooth-specificatie is ontwikkeld door de Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), die vandaag de dag leden heeft van meer dan 25.000 bedrijven in de telecommunicatie-, computer-, netwerk- en consumentenelektronica-industrie.

De opkomst van Bluetooth begon met een overeenkomst met de IEEE, op basis waarvan de Bluetooth-specificatie onderdeel werd IEEE-standaard 802.15.1. Op dit moment werden een aantal patenten verkregen die verschenen tijdens de ontwikkeling van de technologie.

Het mysterie van de Bluetooth-naam

"Bluetooth" is een onjuiste verengelsing van het Scandinavische Blåtand/Blåtann (Oudnoors blát|nn), de bijnaam van koning Harald Bluetooth, die in de 10e eeuw leefde. Hij slaagde erin de strijdende Deense stammen te verenigen tot één koninkrijk, volgens de legende introduceerde hij ook het christendom. In navolging van Harald, die naties verenigde, deed Bluetooth hetzelfde met protocollen, door deze te combineren tot één universele standaard.

En nog iets over de naam. Het woord "blå" betekent in moderne Scandinavische talen "blauw", maar in de tijd van de Vikingen betekende de tweede betekenis ook "zwart". Daarom had Harald hoogstwaarschijnlijk natuurlijk een zwarte voortand, maar geen blauwe. En in vertaling zou de Deense Harald Blåtand correcter worden geïnterpreteerd als Harald Blacktooth, in plaats van Harald Bluetooth. Dit is zo’n historische onnauwkeurigheid.

Het idee voor de naam werd in 1997 voorgesteld door Jim Kardash, die een systeem ontwikkelde waarmee mobiele telefoons met computers konden ‘praten’. Op het moment van ontwikkeling las Jim de historische roman Vikingschepen van Frans G. Bengtsson, die het verhaal vertelde van de Vikingen en koning Harald Bluetooth. Zo heeft de roman de naam beïnvloed.

Het Bluetooth-logo combineert de twee Scandinavische runen ‘haglaz’ en ‘berkana’.

1998

Vijf campagnes vormen Bluetooth Special Interest Group (SIG)

Bluetooth SIG verwelkomt tegen het einde van het jaar zijn 400ste lid

De Bluetooth-naam krijgt een officiële status

1999

Bluetooth 1.0-specificatie vrijgegeven

Bluetooth bij SIG organiseert de eerste UnPlugFest-ontwikkelbijeenkomst

Bluetooth-technologie bekroond als "Best of Show Technology Award" op COMDEX

2000

De eerste mobiele telefoon met Bluetooth komt op de markt

De eerste pc-kaart verschijnt

Prototype van een laptopmuis en gedemonstreerd op CeBIT 2000

Prototype van USB-module getoond op COMDEX

De eerste chip die radiofrequentie, basisband, microprocessorfuncties en draadloos combineert software Bluetooth-verbinding

De eerste headset gaat in de verkoop

2001

Eerste drukker

Eerste laptopje

De eerste handsfree carkit

De eerste handsfree met spraakherkenning

Bluetooth SIG, Inc. opgericht als een non-profit, non-stock bedrijf

2002

Eerste set toetsenbord en muis

Eerste GPS-ontvanger

Het aantal gekwalificeerde Bluetooth-producten bedroeg 500 eenheden

IEEE keurt de 802.15.1-standaard voor draadloze Bluetooth-technologie goed

Eerste digitale camera

Bluetooth-implementatie

Bluetooth werkt op frequenties van 2400 tot 2483,5 MHz (inclusief een tolerantiebereik van 2 MHz in het lagere bereik en 3,5 MHz aan de bovenkant). Dienovereenkomstig is, zoals u kunt zien, het werkingsprincipe gebaseerd op het gebruik van radiogolven. Bluetooth-radiocommunicatie wordt uitgevoerd in de ISM-band, die wordt gebruikt in verschillende huishoudelijke apparaten en draadloze netwerken.

Bluetooth maakt gebruik van een radiotechnologie genaamd Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Bluetooth verdeelt gegevens in pakketten en verzendt elk pakket via een van de aangewezen 79 kanalen (werkfrequenties). Elk kanaal heeft een bandbreedte van 1 MHz. Bluetooth 4.0-communicatie maakt gebruik van een bandbreedte van 2 MHz, die plaats biedt aan 40 kanalen. Het eerste kanaal begint op 2402 MHz en loopt door tot 2480 MHz in stappen van 1 MHz. Bluetooth maakt gebruik van de 'frequency hopping spread spectrum'-methode, waarbij de draaggolffrequentie van het signaal 1600 keer per seconde springt.

De volgorde van het schakelen tussen frequenties voor elke verbinding is pseudo-willekeurig en is alleen bekend bij de zender en ontvanger, die elke 625 μs (één tijdslot) synchroon overschakelen van de ene draaggolffrequentie naar de andere. Als er dus meerdere ontvanger-zenderparen in de buurt werken, interfereren ze niet met elkaar. Dit algoritme is dat ook integraal onderdeel systemen voor het beschermen van de vertrouwelijkheid van verzonden informatie: de overgang vindt plaats volgens een pseudo-willekeurig algoritme en wordt voor elke verbinding afzonderlijk bepaald.

Bluetooth-versies

Bluetooth 1.0

De eerste versie 1.0-apparaten hadden een aantal problemen. Ze hadden een middelmatige compatibiliteit met apparatuur van derden. In 1.0 en 1.0B was het verplicht om het apparaatadres (BD_ADDR) te verzenden tijdens het tot stand brengen van de verbinding, wat het onmogelijk maakte om verbindinganonimiteit op protocolniveau te implementeren en dit was het grootste nadeel van de versie.

Bluetooth 1.1

De allereerste update 1.1 corrigeerde veel van de tekortkomingen van versie 1.0B. Toegevoegd: ondersteuning voor niet-gecodeerde kanalen en RSSI-indicatie (Received Signal Strength Indication) voor het vermogensniveau.

Bluetooth 1.2

De daaropvolgende update had verbeteringen: snelle verbinding en detectie. Het is resistent geworden tegen radio-interferentie dankzij het gebruik van adaptieve frequentieflexibiliteit met een gespreid spectrum. Gegevensoverdrachtsnelheden tot 1 Mbit/s. Er verschenen Enhanced Synchronous Connections (eSCO), waardoor de kwaliteit van de spraakoverdracht in de audiostream werd verbeterd. Ondersteuning voor een driedraads UART-interface is toegevoegd aan de Host Controller Interface (HCI). IEEE-standaard 802.15.1-2005 is als standaard aangenomen.

Bluetooth 2,0+EDR

EDR biedt de volgende voordelen: 3x hogere transmissiesnelheid tot 2,1 Mbps, de mogelijkheid om meerdere verbindingen tot stand te brengen dankzij de extra bandbreedte. Lager energieverbruik door verminderde belasting.

Bluetooth 2.1

Toegevoegde technologie voor geavanceerd opvragen van apparaatkenmerken, energiebesparende technologie Sniff Subrating, waarmee u de gebruiksduur van het apparaat op één batterijlading met 3-10 keer kunt verlengen. De bijgewerkte specificatie vereenvoudigt en versnelt het tot stand brengen van communicatie tussen twee apparaten aanzienlijk, waardoor u de coderingssleutel kunt bijwerken zonder de verbinding te verbreken

Bluetooth 2.1+EDR

In augustus 2008 introduceerde Bluetooth SIG versie 2.1+EDR. De nieuwe Bluetooth-editie vermindert het energieverbruik met vijf keer, verbetert de gegevensbeveiliging en maakt het gemakkelijker om Bluetooth-apparaten te herkennen en te koppelen door het aantal benodigde stappen te verminderen.

Bluetooth 3,0+HS

Op 21 april 2009 verscheen Bluetooth 3.0+HS. De dataoverdrachtsnelheid (theoretisch) is toegenomen tot 24 Mbit/s. Bijzonder was de toevoeging van AMP (Alternate MAC/PHY), een toevoeging aan 802.11 als hogesnelheidsbericht. Voor AMP zijn twee technologieën beschikbaar: 802.11 en UWB.

Bluetooth 4.0

Vier jaar later, op 30 juni 2010, keurde de Bluetooth SIG de 4.0-specificatie goed. Bluetooth 4.0 omvatte de volgende protocollen: klassieke Bluetooth, snelle Bluetooth en Bluetooth lage energie.

Bluetooth 4.1

SIG introduceerde eind 2013 de Bluetooth 4.1-specificatie. Eén van de verbeteringen die in de Bluetooth 4.1-specificatie zijn doorgevoerd, betreft samenwerking Bluetooth-bediening En mobiele communicatie vierde generatie LTE. De standaard biedt bescherming tegen onderlinge interferentie door de overdracht van datapakketten automatisch te coördineren.

Bluetooth 4.2

Bluetooth 4.2 werd geïntroduceerd op 2 december 2014. De standaard is verbeterd op het gebied van snelheidseigenschappen en informatiebeveiliging.

Bluetooth 4.2 voegt de mogelijkheid toe om rechtstreeks verbinding te maken met internet. Dat wil zeggen dat apparaten met Bluetooth 4.2-ondersteuning niet alleen rechtstreeks met elkaar kunnen communiceren, maar ook verbinding kunnen maken met internet (dankzij de ondersteuning van het IPv6/6LoWPAN-protocol) via geschikte toegangspunten. Het belangrijkste idee achter de ontwikkeling van de standaard is om met behulp van Bluetooth het was mogelijk om alle apparaten met elkaar te verbinden.

Naast veilige en snelle communicatie zal Bluetooth 4.2 ook energiezuiniger zijn, dit alles zal de trend van de afgelopen maanden richting netwerkconnectiviteit doen verschuiven: steeds meer apparaten gaan hiervoor Bluetooth gebruiken, wat onder andere een positief effect op de levensduur van de batterij.

2003

Eerste MP3-speler met Bluetooth-technologie

Bluetooth-versie 1.2 geaccepteerd door Bluetooth SIG

Het aantal Bluetooth-productverzendingen groeit tot 1 miljoen per week

Eerst goedgekeurd medisch systeem Bluetooth

2004

SIG gebruikt kernspecificatie versie 2.0 Enhanced Data Rate (EDR)

Bluetooth-technologie is standaard geïnstalleerd op 250 miljoen apparaten

De leveringen bedroegen meer dan 3 miljoen eenheden per week

De eerste stereohoofdtelefoon

2005

Productleveringen stegen tot 5 miljoen chipsets per week

SIG verwelkomt haar 4.000ste lid

SIG opent zijn hoofdkantoor in Bellevue, Washington, met regionale kantoren in Malmö, Zweden en Hong Kong

SIG lanceert Profile Testing Suite (PTS) v1.0, een test- en typetesttool die volledig in eigen beheer is ontwikkeld

2006

Eerste zonnebril

Eerste uren

De eerste digitale fotolijst die Bluetooth ondersteunt

Bluetooth geïnstalleerd op 1 miljard apparaten

Er worden wekelijks 10 miljoen Bluetooth-apparaten verzonden

Het testen van Profile Tuning Suite (PTS) wordt een verplicht onderdeel van in aanmerking komende Bluetooth-producten

SIG kondigt aan dat het Ultra-Wide Band (UWB)-technologie zal integreren met WiMedia Alliance

2007

Eerste wekkerradio

Eerste televisie

SIG verwelkomt 8.000 leden

Michael Foley, CEO van Bluetooth SIG, ontvangt de Telematics Leadership Award

PTS Protocol Viewer is uitgebracht als onderdeel van de onlangs gepubliceerde versie 2.1.1, samen met een aanzienlijk bijgewerkte gebruikersinterface

De meest voorkomende Bluetooth-profielen

Te gebruiken draadloze technologie Bluetooth-apparaten moeten specifieke Bluetooth-profielen kunnen interpreteren die specifiek zijn voor specifieke toepassingsgebieden en algemeen gedrag kunnen aangeven om Bluetooth in te schakelen compatibele apparaten kan worden gebruikt om te communiceren met andere Bluetooth-apparaten.

Een profiel is een reeks functies of mogelijkheden die beschikbaar zijn voor een specifiek Bluetooth-apparaat.

Er is een breed scala aan Bluetooth-profielen die beschrijven verschillende soorten toepassingen of scenario's voor apparaatgebruik.

Lijst met door Bluetooth SIG goedgekeurde hoofdprofielen met een korte beschrijving en doel:

Geavanceerd audiodistributieprofiel (A2DP) ontworpen voor het verzenden van muziek naar een draadloze hoofdtelefoon of andere apparaten.

Audio/Video-afstandsbedieningsprofiel (AVRCP) gemaakt om standaardfuncties van televisies en uiterst nauwkeurige apparatuur te bedienen. Hiermee kunt u apparaten maken met afstandsbedieningsfuncties.

Basisbeeldvormingsprofiel (BIP) ontworpen voor het verzenden van afbeeldingen tussen apparaten. Met dit profiel is het mogelijk om het formaat van een afbeelding te wijzigen en deze te converteren naar een formaat dat door het ontvangende apparaat wordt ondersteund.

Basisafdrukprofiel (BPP) Met zijn hulp is het mogelijk om tekst, e-mails en vCards naar een printer te sturen. Voor het profiel zijn geen stuurprogramma's vereist.

Gemeenschappelijk ISDN-toegangsprofiel (CIP) gebruikt voor toegang tot apparaten digitaal netwerk met integratie van diensten, ISDN.

Draadloos telefonieprofiel (CTP) ondersteunt draadloze telefonie.

Apparaat-ID-profiel (DIP) helpt bij het bepalen van de apparaatklasse, de fabrikant en de productversie.

Inbelnetwerkprofiel (DUN) protocol biedt standaard toegang via Bluetooth met internet of een andere telefoondienst.

Faxprofiel (FAX) biedt een interface tussen mobiel of vaste telefoon, evenals een personal computer waarop software voor het werken met faxen is geïnstalleerd.

Profiel voor bestandsoverdracht (FTP_profile) biedt toegang tot het bestandssysteem van het apparaat.

Algemeen audio-/videodistributieprofiel (GAVDP) basis voor A2DP en VDP.

Generiek toegangsprofiel (GAP) basis voor andere profielen.

Generiek objectuitwisselingsprofiel (GOEP) basis voor andere gegevensoverdrachtprofielen, gebaseerd op OBEX.

Hardcopy kabelvervangingsprofiel (HCRP) vervanging kabel aansluiting tussen het apparaat en de printer. De negatieve kant van het profiel, waardoor het niet universeel is, is de noodzaak om stuurprogramma's te installeren.

Handsfree profiel (HFP)

Human Interface Device-profiel (HID) biedt ondersteuning voor apparaten met HID, waaronder toetsenborden, muizen, joysticks, enz. Een onderscheidend kenmerk is dat het een langzaam kanaal gebruikt en op lager vermogen werkt.

Headsetprofiel (HSP) gebruikt voor verbinding draadloze hoofdtelefoon en telefoon.

Intercomprofiel (ICP) Biedt spraakoproepen tussen Bluetooth-compatibele apparaten.

LAN-toegangsprofiel (LAP) biedt toegang tot Bluetooth-apparaten computernetwerken LAN, WAN of internet via een ander Bluetooth-apparaat dat dat wel heeft fysieke verbinding naar deze netwerken.

SIM-toegangsprofiel (SAP, SIM) Hiermee krijgt u toegang tot de simkaart van de telefoon, waardoor u één simkaart voor meerdere apparaten kunt gebruiken.

Synchronisatieprofiel (SYNCH) Hiermee kunt u persoonlijke gegevens (PIM) synchroniseren.

Videodistributieprofiel (VDP) Hiermee kunt u video streamen.

Draadloze applicatieprotocoldrager (WAPB) protocol voor het organiseren van P-to-P-verbindingen (Point-to-Point) via Bluetooth.

Bluetooth 5.0 werd werkelijkheid. Vergeleken met Bluetooth 4.0 nieuwe versie heeft tweemaal de capaciteit, viermaal het bereik en nog een aantal andere verbeteringen. Laten we eens kijken naar de voordelen van Bluetooth 5.0 ten opzichte van zijn voorgangers, inclusief een voorbeeld CPUCC2640R2F van Texas-instrumenten.

De populariteit van de Bluetooth 4-protocolversie, evenals enkele beperkingen ervan, werden de redenen voor de creatie van de volgende Bluetooth 5-specificatie. De ontwikkelaars stelden zichzelf een aantal doelen: het bereik vergroten en de doorvoer verhogen bij het verzenden van uitzendpakketten , verbetering van de immuniteit tegen ruis, enzovoort.

Nu de eerste apparaten met Bluetooth 5 verschijnen, hebben gebruikers en ontwikkelaars terecht vragen: welke van de eerder uitgesproken beloften zijn werkelijkheid geworden? Hoeveel zijn het bereik en de gegevensoverdrachtsnelheid toegenomen? Welke invloed had dit op het consumptieniveau? Hoe is de aanpak voor het genereren van broadcastpakketten veranderd? Welke verbeteringen zijn er aangebracht om de ruisimmuniteit te verbeteren? En de belangrijkste vraag is natuurlijk: is er achterwaartse compatibiliteit tussen Bluetooth 5 en Bluetooth 4? Laten we deze en enkele andere vragen beantwoorden en de belangrijkste voordelen van Bluetooth 5.0 ten opzichte van zijn voorgangers bekijken, inclusief het gebruik van een voorbeeld echte verwerker met ondersteuning voor Bluetooth 5.0 geproduceerd door het bedrijf Texas-instrumenten.

Laten we beginnen Bluetooth-recensie 5.0 met een antwoord op de meest gestelde vraag over achterwaartse compatibiliteit met Bluetooth 4.x

Is Bluetooth 5.0 achterwaarts compatibel met Bluetooth 4.x?

Ja, dat klopt. Bluetooth 5 neemt de meeste functies en uitbreidingen van Bluetooth 4.1 en 4.2 over. Bluetooth 5-apparaten behouden bijvoorbeeld alle verbeteringen op het gebied van gegevensbeveiliging van Bluetooth 4.2 en ondersteunen de LE Data Length Extension. Het is de moeite waard eraan te herinneren dat dankzij de LE Data Length Extension, te beginnen met Bluetooth 4.2, de grootte van het datapakket (packet data unit, PDU) tijdens een tot stand gebrachte verbinding kan worden vergroot van 27 naar 251 bytes, waardoor u de snelheid van gegevensuitwisseling met 2,5 keer.

Vanwege het grote aantal verschillen tussen protocolversies blijft het traditionele mechanisme voor het onderhandelen over parameters tussen apparaten bij het tot stand brengen van verbindingen behouden. Dit betekent dat voordat ze gegevens gaan uitwisselen, de apparaten elkaar ‘leren kennen’ en de maximale frequentie van gegevensoverdracht, de lengte van berichten, enzovoort bepalen. In dit geval worden standaard Bluetooth 4.0-parameters gebruikt. De overgang naar Bluetooth 5-parameters vindt alleen plaats als tijdens het koppelingsproces blijkt dat beide apparaten een latere versie van het protocol ondersteunen.

Als we het hebben over de tools die al beschikbaar zijn voor ontwikkelaars, is het vermeldenswaard nieuwe processor CC2640R2F en gratis BLE5-Stack van Texas Instruments. Tot grote vreugde van de ontwikkelaars is BLE5-Stack gebaseerd op vorige versie BLE-Stack, en veranderingen in het gebruik ervan hadden alleen betrekking op nieuwe Bluetooth-functies 5.0.

Hoe is de gegevensoverdrachtsnelheid toegenomen in Bluetooth 5?

Bluetooth 5 maakt gebruik van een draadloze verbinding met fysieke gegevensoverdrachtsnelheden tot 2 Mbps, wat twee keer zo snel is als Bluetooth 4.x. Het is vermeldenswaard dat de effectieve gegevensuitwisselingssnelheid niet alleen afhangt van de fysieke doorvoer van het transmissiekanaal, maar ook van de verhouding tussen service en nuttige informatie in het pakket, en van de daarmee samenhangende “overhead”-kosten, bijvoorbeeld , tijdverlies tussen pakketten (tabel 1).

Tabel 1. Communicatiesnelheid voor verschillende versiesBluetooth

In de versies Bluetooth 4.0 en 4.1 bedroeg de fysieke bandbreedte van het kanaal 1 Mbit/s, wat het met een PDU-datapakketlengte van 27 bytes mogelijk maakte om wisselkoersen tot 305 kbit/s te bereiken. Bluetooth 4.2 introduceerde de LE Data Length Extension. Dankzij dit werd het, na het tot stand brengen van een verbinding tussen apparaten, mogelijk om de pakketlengte te vergroten tot 251 bytes, wat leidde tot een toename van de gegevensuitwisselingssnelheid met 2,5 keer - tot 780 kbit/s.

Bluetooth-versie 5 behoudt ondersteuning voor LE Data Length Extension, waardoor, samen met een toename van de fysieke doorvoer tot 2 Mbit/s, gegevensuitwisselingssnelheden tot 1,4 Mbit/s kunnen worden bereikt.

Zoals de praktijk laat zien, is een dergelijke versnelling van de gegevensoverdracht niet de limiet. De CC2640R2F draadloze microcontroller kan bijvoorbeeld werken met snelheden tot 5 Mbps.

Het is de moeite waard om de algemene misvatting te vermelden dat de toename van de doorvoer tot 2 Mbit/s werd bereikt door het bereik te verkleinen. Uiteraard heeft de transceiverchip (PHY) fysiek bij werking op een frequentie van 2 Mbit/s 5 dBm minder gevoeligheid dan bij werking op een frequentie van 1 Mbit/s. Naast gevoeligheid zijn er echter nog andere factoren die bijdragen aan het vergroten van het bereik, bijvoorbeeld de overgang naar datacodering. Om deze reden, onder voorbehoud van gelijke omstandigheden Bluetooth-omstandigheden 5 blijkt betrouwbaarder te zijn en dat is ook zo grotere straal acties vergeleken met Bluetooth 4.0. Dit wordt in detail besproken in een van de volgende secties van het artikel.

Hoe kan ik de hogesnelheidsmodus voor gegevensoverdracht inschakelen in Bluetooth 5?

Wanneer u een verbinding tot stand brengt tussen twee Bluetooth-apparaten, wordt de Bluetooth-instellingen 4.0. Dit betekent dat de apparaten in de eerste fase data uitwisselen met een snelheid van 1 Mbit/s. Zodra de verbinding tot stand is gebracht, kan de Bluetooth 5.0-master de PHY-updateprocedure starten, met als doel een maximale snelheid van 2 Mbps tot stand te brengen. Deze operatie zal alleen slagen als de slave ook Bluetooth 5.0 ondersteunt. Anders blijft de snelheid 1 Mbit/s.

Voor ontwikkelaars die eerder de BLE-Stack van Texas Instruments hebben gebruikt, is het goede nieuws dat de nieuwe BLE5-Stack één enkele functie heeft die speciaal is bedoeld voor het uitvoeren van deze procedure, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(). Bij het overschakelen naar Bluetooth 5.0 zullen gebruikers van TI-producten dus geen problemen ondervinden bij de initiële initialisatie. Ook nuttig voor ontwikkelaars zal een voorbeeld zijn dat op de GitHub-portal wordt geplaatst, waarmee u de werking kunt evalueren van twee CC2640R2F-microcontrollers die werken als onderdeel van CC2640R2 LaunchPads in de modi Hoge snelheid en Lange afstand.

Hoe is het bereik van Bluetooth 5 vergroot?

De Bluetooth 5.0-specificatie spreekt over vier keer het bereik van Bluetooth 4.0. Dit is een nogal subtiele kwestie die de moeite waard is om dieper op in te gaan.

Ten eerste is het concept van ‘vier keer’ relatief en niet gebonden aan een specifiek bereik in meters of kilometers. Feit is dat het radiozendbereik sterk afhankelijk is van een aantal factoren: de toestand van de omgeving, het interferentieniveau, het aantal gelijktijdig uitzendende apparaten, enzovoort. Als gevolg hiervan geen enkele fabrikant, noch de ontwikkelaar zelf Bluetooth-standaard SIG biedt geen specifieke waarden. De bereikvergroting wordt gemeten in vergelijking met Bluetooth 4.0.

Voor verdere analyse is het noodzakelijk om enkele wiskundige berekeningen uit te voeren en het vermogensbudget van het radiokanaal te schatten. Bij gebruik van logaritmische waarden is het radiokanaalbudget (dB) gelijk aan het verschil tussen het zendvermogen (dBm) en de ontvangergevoeligheid (dBm):

Radiokanaalbudget = vermogenT X(dBm) – gevoeligheidR X(dBm)

Voor Bluetooth 4.0 is de standaardontvangergevoeligheid -93 dBm. Als we aannemen dat het zendvermogen 0 dBm is, dan is het budget 93 dB.

Een verviervoudiging van het bereik zou een budgetverhoging van 12 dB vereisen, wat zou resulteren in een waarde van 105 dB. Hoe moet deze waarde bereikt worden? Er zijn twee manieren:

• het vergroten van het zendvermogen;
• het verhogen van de gevoeligheid van ontvangers.

Als je het eerste pad volgt en het zendvermogen vergroot, zal dit onvermijdelijk een toename van het verbruik veroorzaken. Voor CC2640R2F kunt u bijvoorbeeld overschakelen naar uitgangsvermogen 5 dBm leidt tot een toename van het stroomverbruik tot 9 mA (Figuur 1). Bij 10 dBm zal de stroom toenemen tot 20 mA. Deze aanpak is niet aantrekkelijk voor de meeste draadloze apparaten op batterijen en is niet altijd geschikt voor IoT, het gebied waar Bluetooth 5.0 zich vooral op richtte. Om deze reden lijkt de tweede oplossing de voorkeur te hebben.

Om de gevoeligheid van de ontvanger te vergroten, worden twee methoden voorgesteld:

• reductie van de transmissiesnelheid;
• gebruik van gecodeerde PHY-gegevenscodering.

Het verlagen van de datasnelheid met een factor acht verhoogt theoretisch de gevoeligheid van de ontvanger met 9 dB. De gewenste waarde komt dus slechts 3 dB tekort.

De vereiste 3 dB kan worden bereikt met behulp van aanvullende gecodeerde PHY-codering. Voorheen was de bitcodering in Bluetooth 4.x-versies ondubbelzinnig 1:1. Dit betekent dat de datastroom rechtstreeks naar de differentiële demodulator werd gestuurd. In Bluetooth 5.0 zijn er bij gebruik van Coded PHY twee extra transmissieformaten:

• met 1:2-codering, waarbij elk gegevensbit wordt geassocieerd met twee bits in de radiogegevensstroom. Een logische "1" wordt bijvoorbeeld weergegeven als een reeks van "10". In dit geval blijft de fysieke snelheid gelijk aan 1 Mbit/s en daalt de werkelijke gegevensoverdrachtsnelheid naar 500 kbit/s.
• Met 1:4-codering. Een logische "1" wordt bijvoorbeeld weergegeven door de reeks "1100". De gegevensoverdrachtsnelheid wordt verlaagd tot 125 kbit/s.

De beschreven aanpak wordt Forward Error Correction (FEC) genoemd en maakt het mogelijk fouten aan de ontvangende kant te detecteren en corrigeren, in plaats van te vereisen dat pakketten opnieuw worden verzonden, zoals het geval was in Bluetooth 4.0.

Op papier ziet alles er goed uit. Het blijft alleen de vraag hoe deze theoretische berekeningen overeenkomen met de werkelijkheid. Laten we als voorbeeld dezelfde microcontroller CC2640R2F nemen. Dankzij verschillende verbeteringen en nieuwe Bluetooth 5.0-modulatiemodi heeft de transceiver van deze processor een gevoeligheid van -97 dBm bij 1 Mbps en -103 dBm bij gebruik van Coded PHY en 125 kbps. In het laatste geval ontbreekt dus slechts 2 dBm van het niveau van 105 dB.

Om het bereik van de CC2640R2F te evalueren, voerden ingenieurs van Texas Instruments een veldexperiment uit in Oslo. Tegelijkertijd kan de omgeving in dit experiment vanuit het oogpunt van geluidsniveau niet “vriendelijk” worden genoemd, aangezien het zakelijke deel van de stad dichtbij was.

Om een ​​vermogensbudget van ruim 105 dB te verkrijgen, werd besloten het zendvermogen te verhogen naar 5 dBm. Hierdoor konden we een indrukwekkende eindwaarde van 108 dBm bereiken (Figuur 2). Bij het uitvoeren van het experiment bedroeg het bereik 1,6 km, wat een zeer indrukwekkend resultaat is, vooral gezien het minimale verbruik van radiozenders.

Hoe is de aanpak van Bluetooth 5-broadcastberichten veranderd?

Voorheen gebruikte Bluetooth 4.x drie speciale datakanalen om verbindingen tussen apparaten tot stand te brengen (37, 38, 39). Met hun hulp vonden apparaten elkaar en wisselden ze service-informatie uit. Het was ook mogelijk om uitgezonden datapakketten over hen te verzenden. Deze aanpak heeft nadelen:

• bij grote hoeveelheden actieve zenders, deze kanalen kunnen simpelweg overbelast raken;
• Steeds meer apparaten gebruiken broadcast-berichten zonder een point-to-point-verbinding tot stand te brengen. Dit is vooral belangrijk voor het Internet of Things IoT;
• het nieuwe Coded PHY-coderingssysteem zal acht keer meer tijd nodig hebben om een ​​verbinding tot stand te brengen, waardoor bovendien uitzendkanalen worden geladen.

Om deze problemen in Bluetooth 5.0 op te lossen, werd besloten om over te stappen op een schema waarin gegevens worden verzonden op alle 37 gegevenskanalen, en servicekanalen 37, 38, 39 worden gebruikt om pointers te verzenden. De aanwijzer verwijst naar het kanaal waarover het uitgezonden bericht zal worden verzonden. In dit geval worden de gegevens slechts één keer verzonden. Als gevolg hiervan is het mogelijk om de belasting van servicekanalen aanzienlijk te verlichten en dit knelpunt te elimineren.

Het is ook vermeldenswaard dat de datalengte van een broadcastpakket nu 255 bytes kan bereiken in plaats van 6...37 bytes PDU in Bluetooth 4.x. Dit is uiterst belangrijk voor IoT-toepassingen, omdat hierdoor de transmissieoverhead kan worden geminimaliseerd en verbindingen kunnen worden geëlimineerd, waardoor het verbruik wordt verminderd.

Ondersteunt Bluetooth 5 Mesh-netwerken?

Texas Instruments-oplossingen voor Bluetooth 5

Een van de allereerste microcontrollers met Bluetooth 5.0 was de krachtige CC2640R2F-processor, vervaardigd door Texas Instruments.

De CC2640R2F is gebouwd op een moderne 32-bits ARM Cortex-M3-kern met een werkfrequentie tot 48 MHz. De werking van de radiozender wordt bestuurd door de tweede 32-bits ARM Cortex-M0-kern (Figuur 3). Bovendien beschikt de CC2640R2F over rijke digitale en analoge randapparatuur.

Het voordeel van de CC2640R2F-microcontroller is ook het lage verbruik (tabel 2). Dit geldt voor alle bedrijfsmodi. Bijvoorbeeld, binnen actieve modus bij het ontvangen van gegevens via het radiokanaal is het verbruik 5,9 mA, en bij het verzenden - 6,1 mA (0 dBm) of 9,1 mA (5 dBm). Bij het overschakelen naar de slaapmodus daalt de voedingsstroom volledig naar 1 µA.

De combinatie van drie belangrijke kwaliteiten zoals Bluetooth 5.0-ondersteuning, een laag verbruik en hoge piekprestaties maakt de CC2640R2F een zeer interessante oplossing voor het Internet of Things. Tegelijkertijd kunt u met deze microcontroller het hele scala aan IoT-apparaten creëren: autonome sensoren, die meerdere jaren op één batterij werkt, overbrugt een extra besturingsprocessor en een Bluetooth 5.0-kanaal, complexe toepassingen die een hoge rekenkracht vereisen.

Tabel 2. Verbruik van draadloze microcontrollersCC2640 R2 Fmet ondersteuningBluetooth5

Bedrijfsmodus	Parameter	Waarde (bij Vcc = 3 V)
Actief computergebruik	µA/MHz ARM® Cortex®-M3	61 µA/MHz
	Kernmarkering/mA	48,5
	Kernmerk op 48 MHz	142
Radio-uitwisseling	Piek ontvangststroom, mA	5,9
	Piekstroom tijdens transmissie, mA	6,1
Slaapmodus	Sensorcontroller, µA/MHz	8,2
	Slaapmodus met RTC ingeschakeld en geheugenbesparing, mA	1

Om snel aan de slag te gaan met de CC2640R2F heeft Texas Instruments een traditionele ontwikkelingskit opgesteld (Afbeelding 4). Met behulp van een aantal van dergelijke apparaten kunt u de snelheid en het bereik van de radiotransmissie via Bluetooth 5.0 evalueren. Hiervoor kunt u kant-en-klare voorbeelden gebruiken of uw eigen applicatie maken op basis van het gratis BLE 5 stack 1.0-protocol (www.ti.com/ble).

Conclusie

De nieuwe versie van het Bluetooth 5.0-protocol is gericht op maximale naleving van de behoeften van het Internet of Things (IoT). Vergeleken met de Bluetooth 4.0-versie heeft deze een aantal kwalitatieve verbeteringen:

• de snelheid van de gegevensoverdracht is verdubbeld en bereikt 2 Mbit/s;
• het transmissiebereik is verviervoudigd dankzij gecodeerde PHY- en Forward Error Correction (FEC)-gegevenscodering;
• doorvoer uitgezonden berichten 8 keer verhoogd.

Bovendien biedt Bluetooth 5.0 achterwaartse compatibiliteit met Bluetooth 4.x-apparaten en ondersteunt het ook de meeste uitbreidingen van latere versies van het protocol.

Tarief Bluetooth-mogelijkheden 5.0 is nu beschikbaar met behulp van tools van Texas Instruments. Het bedrijf produceert een krachtige en energiezuinige microcontroller CC2640R2F, levert een gratis BLE 5-stack 1.0 en vele kant-en-klare voorbeelden voor de LAUNCHXL-CC2640R2-foutopsporingskit.

Literatuur

1. Veelgestelde vragen over Bluetooth Core-specificatie 5.0. 2016. Bluetooth-SIG.