Статьи и Лайфхаки

Абсолютное большинство современных мобильных устройств оснащено такой беспроводной технологией, как Bluetooth, однако находятся и те, кому до сих пор незнакомы её функции. Разобравшись в том, что же такое на самом деле блютуз, пользователь сможет понять принцип его работы. Сделать это не так уж и сложно.

Что же это такое? Понятие, технические особенности и принцип работы

Итак, Bluetooth представляет собой особый стандарт передачи данных между устройствами беспроводным образом. Передача может осуществляться как между гаджетами различных типов (например, ноутбуком и ), так и между подобными устройствами (двумя телефонами).

С самого начала своего появления эта технология получила множество версий, последней из которых стала Bluetooth 4.0. Сегодня ею оснащены многие современные многофункциональные девайсы. Версия позволяет пользователям сообщаться на расстоянии до 100 метров и передавать данные со скоростью до 1-го мегабита в секунду. Дополнительное оборудование при этом не требуется.

Принцип работы технологии блютуз основывается на использовании радиосвязи в диапазоне ISM. Именно этот диапазон используют в беспроводных сетях, а также ряде бытовых приборов. При этом само оборудование является недорогим, а уровень сопротивляемости помехам – высоким. Кроме того, энергопотребление невысоко, а значит, и других мобильных устройств.

Если рядом по Bluetooth сообщаются несколько устройств, друг другу они не мешают, поскольку последовательность переключения частот известна только самим аппаратам, и они могут перестраиваться на другие частоты вполне синхронно. Ну а вследствие того, что передача происходит по алгоритму псевдо-случайности, сохраняется конфиденциальность.

В случае утери нужных данных они будут переданы повторно. При этом используются самые различные системы кодировки аудио-сигналов, потому они не повторяются.

Разобравшись с тем, что это такое, можно остановиться более подробно и на его технических характеристиках.

Итак, как уже было сказано, беспроводная сеть использует диапазон ISM, который свободен от необходимости в лицензировании, а последовательность переключения между частотами случайна.

Несущая частота сигнала меняется 1,6 тыс. раз за секунду, что и обеспечивает высокий уровень сопротивляемости различным помехам. Это также возможно благодаря особому расширению спектра, в котором частота перестраивается скачкообразно (метод FHSS).

Использование системы блютуз

Кроме мобильной техники, данная технология активно используется в ноутбуках, настольных и планшетных компьютерах. Многие подобные устройства оснащаются встроенным модулем беспроводного соединения Bluetooth.

Технология блютуз обеспечивает связь между цифровыми фотоаппаратами, ПК, мышками, сканерами, гарнитурами, наушниками, клавиатурами, принтерами и смартфонами. Сегодня в продаже можно найти даже Bluetooth-адаптеры с флеш-накопителями.

Всё это оборудование может сообщаться между собой на расстоянии до 100 метров. Иногда беспроводная связь возможна даже в том случае, когда устройства находятся в разных помещениях.

Пользоваться данной технологией совсем не сложно. Для этого на устройствах активируют функцию Bluetooth в подходящем радиусе действия, ищут другое доступное оборудование и пробуют соединиться. В конце передачи или приёма данных функцию следует отключить.

Bluetooth - технология, с помощью которой мобильные устройства (некоторые компьютеры) могут передавать данные и соединяться с другим устройством. Основное достоинство этой технологии заключается в том, что для ее использования не требуется никаких кабелей и различных проводов. Ближайшим «предком» Bluetooth является IrDa. В отличии от Bluetooth, IrDa требует наличия специального порта в устройстве, а для передачи данных их нужно объединить. Недостатком этого инфракрасного порта является то, что с его помощью передача данных осуществляется на небольших скоростях.

Особенности передачи данных посредством Bluetooth

Как было сказано выше, технология Bluetooth позволяет владельцам различных устройств передавать информацию на высоких скоростях и без использования различных кабелей и др. Для того чтобы начать процесс передачи информации с одного устройства на другое, необходимо убедиться, что они оба имеют встроенный адаптер Bluetooth. Каждое такое устройство, после включения адаптера осуществляет автоматический поиск других. До недавнего времени радиус поиска других устройств и передачи информации составлял 10 метров. Сегодня радиус составляет почти 100 м. Это обусловлено тем, что сегодня появляется больше беспроводных мышек, клавиатур и других устройств, которые можно подключить к компьютеру с помощью Bluetooth, а не использовать для этого громоздкие провода.

Установка и настройка Bluetooth

Большинство пользователей полагают, что установить и настроить Bluetooth - самое сложное. С одной стороны это правильно. В первую очередь необходимо убедиться, что у вас имеется Bluetooth адаптер, а если его нет, то лучше его приобрести и установить. Для того чтобы поставить Bluetooth адаптер на персональный компьютер, достаточно только включить его в USB-разъем (обычно они находятся сзади блока компьютера или на передней панели). Затем устройство должно автоматически определиться компьютером. Если этого не произошло, тогда понадобится установить драйвера (обычно идут в комплекте с адаптером). Затем, когда драйвера установятся, нужно нажать на значок Bluetooth правой кнопкой мыши, который находится на панели в правом нижнем углу экрана или на рабочем столе. В появившемся контекстном меню выбрать «Принять файл». Программа будет осуществлять автоматический поиск всех необходимых устройств, а затем, когда вы найдете свое, то с легкостью можете передавать файлы с одного устройства на другое.

Для того чтобы работать с Bluetooth, необходимо включить на одном и другом устройстве этот адаптер. Потом, когда автоматическое сканирование будет завершено, необходимо найти в списке свое устройство и подключиться к нему. После этого пользователь с легкостью может передавать файлы с телефона на компьютер или наоборот.

Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам общаться, на расстоянии от 1 до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Происхождение названия Bluetooth

Слово Bluetooth - перевод на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Это прозвище носил король Харальд I, правивший в X веке Данией и частью Норвегии и объединивший враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт.

С чего начался Bluetooth?

Первая концепция технологии Bluetooth появилась в небольшом городке Швеции Лунде, в 1994 году, где компания Ericsson решила воздвигнуть там новый камень (своеобразный ритуал) в память о великом человеке. Надпись на этом памятнике гласит (в оригинале - на древнескандинавском языке): «Компания Ericsson Mobile Communications АВ установила этот камень в честь Гаральда Блютуса, который дал свое имя новой беспроводной технологии для мобильных коммуникаций».

Далее, в начале 1998 года, пять крупных компаний - Ericsson, Nokia, IBM, Intel и Toshiba - объединились, чтобы начать работу над созданием новой технологии беспроводной связи Bluetooth. 20 мая этого же года для дальнейшего продвижения новой технологии на телекоммуникационном рынке была сформирована специальная рабочая группа (Special Interest Group - SIG). Любая компания, которая планирует разрабатывать устройства Bluetooth, может бесплатно войти в эту группу. В настоящее время в SIG входит более трех тысяч компаний, среди которых есть и старые представители, давшие начало развитию данного стандарта, и новые - например, такие гиганты, как Lucent, Microsoft, Motorola и др.

Основные положения технологии Bluetooth

Bluetooth – это, как уже было сказано выше, современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth - это маленький чип (рис. 1), представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик.

Рис. 1 Чип Bluetooth

Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров. Как радиотехнология, Bluetooth способен "обходить" препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка - точка (два устройства), но и по принципу точка - много точек (одно устройство работает с несколькими другими).

Рис. 2 Bluetooth -чип и спичка рядом

Чип Bluetooth реализован с учетом всех современных тенденций. Размер чипа (рис. 2) - менее одного квадратного сантиметра. Применяемая частота позволяет ограничить потребляемую мощность 1мВт. Подобные характеристики позволяют интегрировать чипы Bluetooth в таких устройствах, как мобильные телефоны и карманные компьютеры.

Принцип работы Bluetooth

Технология Вluetooth предполагает два вида связи: синхронную - SCO (Synchronous Connection Oriented) и асинхронную - ACL (Аsynchronous Connectionless). Первый вид, SCO, рассчитан на установление симметричного соединения "точка - точка" и служит преимущественно для передачи речевых сообщений. Скорость передачи информации SCO равна 64 Кит/с. Второй, ACL, предназначен для пакетной передачи данных. Он поддерживает симметричные и асимметричные соединения типа "точка - много точек". Скорость передачи пакетной информации при ACL cоставляет порядка 721 Кбит/с. Пакеты данных имеют фиксированный формат. В начале блока находится 72-бит код доступа. Он может применяться, в частности, для синхронизации устройств. За ним следует 54-бит заголовок пакета, содержащий контрольную сумму пакета и информацию о его параметрах (например, о повторной передаче блока данных). Замыкает пакет область, непосредственно содержащая пересылаемую информацию. Размер этой области варьируется от 0 до 2745 бит.

Основополагающим принципом построения систем Bluetooth является использование метода расширения спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum). Весь выделенный для Bluetooth-радиосвязи частотный диапазон 2,402-2,480 ГГц разбит на N частотных каналов. Полоса каждого канала 1 МГц, разнос каналов – 140-175 кГц. Для кодирования пакетной информации используется частотная манипуляция.

Для США и Европы N = 79. Исключение составляют Испания и Франция, где для Bluetooth применяется 23 частотных канала. Смена каналов производится по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду. Постоянное чередование частот позволяет радиоинтерфейсу Bluetooth транслировать информацию по всему диапазону ISM и избежать воздействия помех со стороны устройств, работающих в этом же диапазоне. Если данный канал зашумлён, то система перейдёт на другой, и так будет происходить до тех пор, пока не обнаружится канал, свободный от помех.

Рис. 3. Частотно-временная диаграмма работы модулей Bluetooth

На рис. 3 показана частотно-временная плоскость, иллюстрирующая одновременную работу трёх Bluetooth-модулей. Модули работают тактами (слотами), длительностью 625 мкс. Каждому модулю в пределах каждого такта назначается соответствующий частотный канал и режим передачи или приёма.

Когда пара любых Bluetooth-устройств соединяется, то они образуют пикосеть (рис. 4).

Одно из них, выполняющее функции ведущего устройства, формирует сигналы синхронизации частоты и ее изменения. Обычно ведущим является тот модуль, который размещён в наиболее мощном устройстве, таком, как персональный компьютер. Все другие устройства являются ведомыми.

Рис. 4 Пикосеть

Пикосеть является фундаментальной формой коммуникации в технологии Bluetooth. Пикосеть может содержать до 7 активных ведомых устройств. Кроме того, в окрестности (зоне уверенного приема) ведущего устройства могут находиться неактивные ведомые устройства, которые также синхронизированы на общие часы и общую последовательность смены частот, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не активирует их. Если в сети оказывается более 8 устройств, то будет сформирована вторая пикосеть и так далее. Несколько (до 10) независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей, между которыми возможен обмен информацией, могут объединяться в так называемую большую сеть Scatternel. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет главным в одной и подчиняемым в другой. Таким образом, в пределах отдельной Scatternet может быть одновременно связано максимум 71 устройство.

Структурная схема архитектуры Bluetooth

Рис. 5 Архитектура Bluetooth

Важной частью архитектуры (рис. 5) является Host to Controller интерфейс (HCI), обеспечивающий взаимодействие софтовой подсистемы Host с железной подсистемой Controller. Всё взаимодействие верхних уровней Bluetooth системы с ее аппаратной частью происходит через HCI-команды, инициируемые драйвером.

Основные блоки архитектуры:
RF
Блок Radio занимается преобразованием битовой последовательности в радио сигналы. Вопросы модуляции, спектральных характеристик и физики процессов обеспечения битовой скорости - все это решается на нижнем уровне модели.

Baseband Layer = Link Controller + Baseband Manager + Device Manager
Уровень baseband представлен в виде трех блоков, совместная задача которых состоит в управлении физическими каналами, поверх которых устанавливаются физические соединения. Bluetooth-адресация, синхронизации генераторов устройств, управление кодами доступа к физическим каналам, поиск устройств и установление физического канала между ними - все это задачи Baseband-уровня.

Link Manager

После того, как два нижних уровня обеспечили нас физическим соединением между устройствами, дело становится за организацией логических каналов, которые впоследствии и станут базой для передачи трафика приложений. Link Managerв ответе за установление, изменение и освобождение логических соединений между устройствами, а так же за обновление параметров физических соединений. Для этих целей Link Manager использует Link Management протокол (LMP).

L2CAP Layer = Channel Manager + L2CAP Resource Manager
Это высокоуровневый блок Bluetooth Host, оккупированный L2CAP уровнем. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) - протокол, работающий поверх созданных логических соединений, обеспечивающий сегментацию и восстановление пакетных данных от всех вышележащих приложений.

Скачков Максим Константинович

Многие люди, используют технологию для обмена данными Bluetooth, но не знают, что это такое, а возможно некоторые только собираются ей воспользоваться. Данная статья коротко расскажет, что такое Bluetooth; как этот вид радио связи работает; где используется и как воспользоваться Bluetooth на своём компьютере.

Bluetooth является стандартом беспроводной радиосвязи, связывающим на коротких расстояниях различные типы устройств и предназначенным для создания личных сетей. Технология Bluetooth использует ту же 2,4 ГГц рабочую частоту, что и при использовании беспроводных стандартов 802.11b и 802.11g, но, в свою очередь, во время работы потребляет меньшее количество энергии.

Низкое энергопотребление приводит к гораздо более узкому диапазону и более медленными темпами передачи данных, но этот способ соединения завоевал свою нишу и используется практически повсеместно.
Существуют три класса радиоприемников Bluetooth. Класс 1, используемый в промышленных целях и обеспечивающий радиус действия до 100 метров; при этом для питания используется 100 мВт. Класс 2 является наиболее широко используемым радиоканалом, использующий только 2,5 мВт и предоставляющий радиус действия до 10 метров. Класс 3 использует 1 мВт для питания, но и радиус охвата всего 1 метр.

Эта технология применяется во многих устройствах, имеющие чипы Bluetooth. Наиболее распространено использование мобильных телефонов для связи с компьютерами, гарнитурами и другими устройствами. Этот вид связи даёт возможность дистанционного управления игровыми консолями, многие планшеты и ноутбуки тоже имеют чипы Bluetooth. Существуют и другие устройства, с поддержкой Bluetooth: беспроводные мыши и клавиатуры , аудио системы для автомобилей, и т.д.

Немного из истории Bluetooth

Термин Bluetooth связан с именем датского правителя 10-го века Harald Blåtand - или Harald Bluetooth на английском языке. Он был первым правителем, объединившим враждующие группировки, называемые сейчас Норвегия, Швеция и Дания. Если перевести Bluetooth, то получится словосочетание «синиц зуб», гораздо чаще можно увидеть Блютуз или Блютус.

Bluetooth был изобретен шведской компанией Ericsson в 1994 году. С 1998 года, стандарт управляется специальной группой Bluetooth (SIG) - орган, который осуществляет надзор за разработкой стандартов Bluetooth, лицензирование технологий Bluetooth и товарных знаков для производителей. Эта организация ориентирована на разработку стандарта, новых версий, но не производство и продажу продуктов Bluetooth, оставляя такую возможность лицензированным производителям.

Новейшие стандартные версии, используемые в большинстве современных устройств Bluetooth 3.0 и Bluetooth 4.0 - 4.2.

Bluetooth 3.0 используется в большинстве современных смартфонов и прочих устройств. Стандарт был принят 21 апреля 2009 года и предусматривает теоретические скорости передачи данных до 24 Мбит / с.

Bluetooth 4.0 является улучшением по сравнению с версией 3.0 и обеспечивает более низкое энергопотребление при той же скорость передачи. Стандарт был принят 30 июня 2010 года, а количество устройств, использующих эту версию неуклонно растет. Одними из самых известных смартфонов, использующих эту версию, являются iPhone 6 в и Samsung Galaxy S3.

Самая современная, на момент выпуска статьи, является версия Bluetooth 4.2, представленная 3 декабря 2014 года.

Как воспользоваться Bluetooth на своём компьютере?

Bluetooth интегрирован почти в каждый смартфон и планшет, а также имеется в ряде ноутбуков. А вот наличие чипов Bluetooth в стационарных компьютерах скорее исключение из правил.

Поэтому, единственным способом, иметь Bluetooth на настольном компьютере становится приобретение небольшого по размеру Bluetooth адаптера с USB интерфейсом подключения. Такие адаптеры могут быть найдены практически в любом компьютерном магазине.

При выборе Bluetooth адаптера, нужно обратить внимание на поддерживаемую версию Bluetooth. Приобретать нужно по крайней мере версию 3.0, если не 4,0 или более свежие. Обычно самые дешёвые USB-адаптеры обеспечивают поддержку только для Bluetooth версии 2.1. Более дорогостоящие адаптеры, как правило, обеспечивают поддержку последних версий.

Установка таких устройств обычно происходит в автоматическом режиме (Plug and Play). Windows 7, 8 или 10 просто обнаруживает USB-адаптер Bluetooth и устанавливает свои драйверы автоматически. Затем устройство можно сразу же использовать.

Если операционная система не найдёт драйвер устройства, нужно воспользоваться находящимся в комплекте с устройством компакт-диском, или произвести поиск драйверов на сайте производителя. Для расширения возможностей связи можно использовать предназначенную для этого утилиту.

При работающем модуле Bluetooth на компьютере, можно увидеть его синий значок в области уведомлений панели задач. Если значка Bluetooth там нет, это означает, что установка была выполнена неправильно или же Bluetooth вовсе отсутствует.

Итак, теперь стало понятно, что такое Bluetooth, принципы его работы, возможности и способы использования. Но существует стандарт связи Wi-Fi Direct , который имеет преимущества над Bluetooth и по этому имеет все шансы заменить его.