На каком канале работает блютуз. Все что нужно знать о технологии Bluetooth. Что такое Блютуз

Технология передачи данных на небольшие расстояния появилась еще в 1994 году, когда два инженера из компании Ericsson решили навсегда покончить с проводами при обмене данными между мобильными устройствами. Такая технология получила название Bluetooth («Синий зуб»). Название технология получила от имени Харольда Первого Синезубого, который был королем Дании и Норвегии, прославившегося объединив скандинавские племена под свое правление в Х веке.

Описание стандарта связи

Изначально разработка велась на частотах, которые не подлежат дополнительному лицензированию. Это 79 каналов, работающих на частотах от 2402 МГц до 2480 МГц, которые специально выделены для работы медицинского и научного оборудования.

Обмен информацией между приемником и передатчиков ведется путем постоянной смены каналов приблизительно 1600 раз в секунду. На какой канал произойдет переключение знает только приемное и передающее устройство, уведомление происходит посредством специальных ключей идентификации. Такой способ сводит возможность возникновения помех к минимуму и позволяет сопряженным устройствам не конфликтовать друг с другом. Стандарт bluetooth является одним из самых защищенных способов обмена информацией, ведь подключиться к устройству без разрешения невозможно. Единственной проблемой такого вида связи является очень маленький радиус действия, но с другой стороны это тоже увеличивает уровень безопасности.

По мощности радиопередатчиков стандарт делится на три большие группы или класса:

• Класс 1 используется в основном в медицинском оборудовании, для работы которого хватает передатчика с очень маленько мощностью.
• Класс 2 с передатчиками средней мощности можно увидеть в современных мобильных телефонах, планшетах и других периферийных устройствах.
• Класс 3 использует очень мощные передатчики и находит свое применение на промышленных предприятиях, например, для управления отдельными станками или всем процессом производства в целом.

Подключение возможно не только между двумя устройствами. Количество одновременно подключенных устройств ограничивается 71-м аппаратом, при этом одно устройство выступает в роли главного или master устройством, а все остальные работают как ведущие (slave). Аппарат, который работает в качестве ведомого, в свою очередь может выступать ведущим для подключенных к нему. Так можно создавать целую сеть, которая называется пикосеть. Одновременно не может быть объединено более десяти пикосетей.

Эволюция стандарта

С момента появления стандарта в 94-м году, стандарт получил название Bluethooth 1.0. Это был еще очень сырой продукт. У него было очень много уязвимостей по безопасности из-за того, что необходимо было передавать в открытом виде адрес устройства. Так же сложности были с сопряжением девайсов от разных производителей. Скорость блютуз также оставляла желать лучшего. В версии 1.1 появилась возможность видеть уровень сигнала и была добавлена поддержка не шифрованных каналов.

Исследования постоянно продолжались, но следующая версия блютуз 2.0 появилась только в 2007 году. Была существенно увеличена скорость bluetooth, которая достигла почти 2,5 Мб/с, а в версии 2.1 были существенно переработаны и уменьшены параметры энергопотребления. Улучшена безопасность и скорость сопряжения устройств.

В апреле 2007 года был представлен стандарт Bluetooth 3.0. совместно с применением технологии асинхронного мультипроцессирования скорость обмена данными составила 24 Мб/с, но увеличилось энергопотребление. Увеличение энергопотребления не давало покоя разработчикам, ведь для мобильных устройств это довольно критический момент. После доработок в конце года широка общественность смогла увидеть bluetooth 4, которая используется до сих пор.

Основное отличие от предыдущих версий это очень низкое потребление ресурса аккумулятора. Это достигается также тем, что сигнал передается не постоянно, а только по мере необходимости, т.е. передатчик находится в постоянном режиме ожидания, и включается в работу только при необходимости.

Соединение между устройствами теперь происходит за 5 мс, а расстояние между устройствами теперь может достигать 100 метров в пределах прямой видимости. Степень шифрования данных в блютуз 4 происходит по 128 битному алгоритму. Этот стандарт стал эталонным для подключения периферийных устройств, таких как наушники, внешние колонки, «умные» часы и многие другие.

В различных версиях bluetooth скорость передачи данных следующая:

• 2 - до 1 Мб/с;
• 0 - до 3 Мб/с;
• 0 и v4.0 - до 24 Мб/с.

Производители стараются разрабатывать устройства таким образом, чтобы они поддерживали различные версии bluetooth, для большей совместимости между аппаратами.

Применение блютуз в быту

В настоящее время передача информации с использованием блютуз довольно популярна, и интерес к технологии постоянно растет. Можно назвать множество сфер деятельности где она нашла свое применение:

• обмен данными между двумя мобильными телефонами;
• загрузка фотографий с цифрового фотоаппарата без использования проводного подключения;
• подключение мыши, клавиатуры, принтера, сканера и другой периферии к компьютеру или ноутбуку;
• синхронизация данных между ПК и мобильным устройством;
• подключение гарнитуры, смарт-часов и других устройств к мобильному телефону.

Фантазия разработчиков по поводу того, где можно использовать Bluetooth безгранична. Постоянно на рынок поставляются новые и новые изделия, поддерживающие работу по этой технологии.

Технология Bluetooth первоначально разработана для передачи данных и представляет собой открытый стандарт беспроводного соединения, предназначенного для обмена данными на небольшом расстоянии. Поддержка гарнитуры Bluetooth - обычная функция большинства мобильных телефонов, что делает эту технологию идеальным выбором для сотрудников, использующих мобильные телефоны в качестве основного средства общения.

Устройства Bluetooth работают в диапазоне частот 2,4 ГГц, предназначенном для промышленной, научной и медицинской аппаратуры (ISM-Instrument, Scientific and Medical). Эта частота совместно используется также другими технологиями, в том числе точками доступа Wi-Fi, беспроводными радиотелефонами, любительскими радиостанциями и др. устройствами. Поскольку разные технологии используют одинаковые радиочастоты, для этих устройств существует потенциальная возможность конфликта. Говоря подробнее, технология Bluetooth работает на частотах от 2,402 ГГц до 2,480 ГГц. Этот спектр частот разделен на 79 каналов шириной 1 МГц. При работе гарнитура Bluetooth переключается между 79 каналами 1 600 раз в секунду в псевдослучайной последовательности, согласуемой только между приемником и передатчиком.

Bluetooth гарнитуры работают в сочетании с телефоном, модулем USB Bluetooth или с другим устройством, называемым аудиошлюзом. Передача информации между гарнитурой и аудиошлюзом может произойти только после соединения одного устройства с другим, называемого процессом сопряжения. Во время сопряжения устройства координируются для создания 128-битных кодов аутентификации и шифрования контента.

Адаптивная скачкообразная перестройка частоты

Bluetooth-гарнитуры Plantronics используют скачкообразное изменение частоты (Frequency Hopping) для того, чтобы снизить эффект интерференции из-за использования одного и того же спектра частот с другими пользователями. При возникновении интерференции гарнитуры Bluetooth отмечают частоту, на которой это произошло, и удаляют ее из последовательности частотных скачков. Такая система отлично работает с одной-двумя точками доступа Wi-Fi 802.11, расположенными поблизости, хотя могут и возникать краткие вспышки интерференции. Когда в одной области расположено более двух точек доступа Wi-Fi, гарнитурам Bluetooth приходится работать при существенно сокращенном количестве каналов, что повышает частоту возникновения интерференции.

Дистанция и мощность

В стандарте Bluetooth определены три класса мощности передатчика. Большинство обычных гарнитур принадлежат к классу 2, который обеспечивает хороший баланс производительности, приемлемую рабочую дистанцию, экономит заряд батареи и обеспечивает меньшую интерференцию с другими устройствами. Plantronics также предлагает устройства, работающие по классу 1, который обеспечивает значительно большую рабочую дистанцию. Гарнитуры Plantronics, принадлежащие к классу 1, имеют преимущества адаптивного контроля мощности - они работают на мощности, соответствующей классу 1 при спаривании со шлюзом класса 1, или когда требуется дистанция, соответствующая классу 1. Когда необходима меньшая дистанция, либо при спаривании с аудиошлюзом класса 2, мощность их передатчика снижается до класса 2.

Безопасность

Когда мобильные пользователи свободно перемещаются и общаются в любое время и в любом месте, безопасность и защита личных данных чрезвычайно важна. В технологии Bluetooth реализованы несколько уровней безопасности, которые призваны обеспечить конфиденциальность персонального общения.

• Устройства Bluetooth подключаются друг к другу с применением 128-битных ключей аутентификации. Сочетание личного идентификационного номера (PIN) и адреса Bluetooth-устройства позволяет распознавать устройства Bluetooth
• Быстрое переключение по спектру диапазона, реализованное в устройствах Bluetooth, обеспечивает дополнительный уровень безопасности. Вместо передачи на одной частоте в диапазоне 2,4 ГГц, устройства Bluetooth постоянно переключаются в псевдослучайной последовательности, известной только сопряженным устройствам

Подключения с использованием нескольких точек доступа (Multipoint)

Bluetooth гарнитура с поддержкой технологии Multipoint, подключенная к двум аудиошлюзам одновременно, позволяет использовать ее с любой из этих баз. Такую гарнитуру, например, можно одновременно сопрячь с мобильным телефоном и другим Bluetooth устройством UC, что позволит пользователю в удобном режиме переключаться между двумя телефонными системами, используя при этом одну гарнитуру.

Широкополосные решения

Технология широкополосной передачи сигнала обеспечивает отклик по более широкому спектру частот, чем традиционные телефоны, позволяя передавать насыщенный, реалистичный голос и мультимедийный контент. Поскольку расширенная полоса частот позволяет передавать большее число пакетов, обогащая звук, она занимает больший спектр радиочастот и быстрее разряжает аккумулятор. Гарнитуры Plantronics, использующие технологию расширенного частотного спектра, позволяют пользователям выбирать стандартное качество аудио в тех случаях, когда требуется обеспечить максимальное время работы аккумулятора и плотность.

Использование Bluetooth с компьютером

Большинство компьютеров оснащено встроенным Bluetooth-модулем. К сожалению, эти модули обладают массой конструктивных различий и возможностей. Большинство из них не поддерживают все функции, необходимые для голосового общения. По этой причине Bluetooth гарнитуры Plantronics, разработанные для компьютерных приложений, поставляются с Bluetooth USB-адаптерами, которые поддерживают беспроводное голосовое общение и в итоге обеспечивают самые лучшие впечатления.

Если задуматься, выяснится, что вы понятия не имеете, как работает большинство функций привычных вам электронных устройств. Восполнить эти пробелы я постараюсь в серии образовательных статей. Начнется же она с Bluetooth – технологии беспроводной связи, без которой не обходится ни один смартфон. О том, как она появилась, почему так названа, что из себя представляет и какой станет в ближайшем будущем, читайте в этом материале.

История названия Bluetooth

В 1998 году инженер компании Intel Джим Кардак, в составе большой команды разработчиков трудился над радиотехнологией ближнего действия. Системой связи, которая могла бы объединить компьютеры и мобильные телефоны универсальным протоколом связи.

Для нее технологии было перебрано множество названий, но ни одно из них не устраивало руководство компании. Одни были какими-то-громоздкими, другие не отражали сути проекта. Тогда, Джим Кардак услышал от своего шведского коллеги историю об одной маленькой норвежской деревеньке.

Она известна лишь одной старинной достопримечательностью. Там установлены рунные камни Еллинга.

Сейчас они защищены от непогоды и вандалов прочным стеклом, за которым поддерживается постоянная температура, но больше тысячи лет каменную поверхность поливали дожди и ветра, так что ныне камни Еллинга мало напоминают те монументы, что были здесь когда-то.

Самый маленький и самый старый из них поставлен королем Дании Гормом в честь жены, Тиры. Камень побольше - дело рук их сына, чье имя, в переводе на английский звучит как Харольд Блютуз (Синезубый). Надпись на нем гласит «Харальд, покоривший всю Данию и Норвегию, кто крестил датчан».

История о владыке, объединившим такие непохожие народы, приглянулась Кардаку и он решил, что из имени «Блютуз» получится неплохое кодовое название. Надо же как-то называть проект пока продолжаются споры. Только и всего.

После долгих совещаний и согласований официальным названием решили сделать «Персональная Сеть» или PAN (Personal Area Networking), но за три недели до релиза юристы сказали, что не могут зарегистрировать товарный знак на нечто с таким распространенным названием. Выбора не осталось, и за протоколом закрепили техническое название - имя древнего короля - Bluetooth.

Что до логотипа, то он означает: Харальд Блютуз. «ХБ», написанные рунным алфавитом слившись вместе образуют нечто древней подписи.

Тысячу лет назад датский король приказал вырезать и воздвигнуть камни в память о своих деяниях, а через век его имя увековечили в каждом смартфоне.

Аппаратная основа Bluetooth

Думаю, среди читателей этой статьи вряд ли найдется хоть один человек, который бы никогда не пользовался Bluetooth, так что я не буду задерживаться на том, для чего нужна эта технология. Лучше сразу расскажу, как выходит, что файлы перемещаются будто по воздуху с одного телефона на другой.

Вначале работу Bluetooth обеспечивал отдельный невзрачный маленький чип, который ничем не отличался от других компонентов, распаянных на плате телефона.

Однако, со временем миниатюризация, подстегиваемая погоней за наименьшей толщиной телефонов и первых смартфонов, вынудила инженеров создать чипы, объединяющие в себе Wi-Fi, FM-радио и Bluetooth под одной крышкой. Так эти протоколы связи могли использовать одну антенну, да и в случае поломки куда проще заменить один чип, чем несколько распаянных по всей плате.

Вот только в современных смартфонах вы скорее всего не найдете и комбинированного чипа беспроводных интерфейсов.

Нынче Bluetooth принято интегрировать в кремниевый кристалл, объединяющий в себе процессор, видео ускоритель и прочие вычислительные элементы.

Встраивать сетевой функционал непосредственно в кристалл или выносить его отдельным чипом решает производитель процессоров. В продаже ещё можно найти отдельные чипы Bluetooth от MediaTek, но постепенно такой подход к компоновке компонентов уходит в прошлое.

Принцип функционирования протокола

Что же до процесса передачи, то выбрав файл в меню операционной системы, вы активируете радиопередатчик, работающий в ограниченном диапазоне частот в районе 2,4ГГц, так называемом ISM - Industry, Science and Medicine - части спектра, выделенной специально под нужды различных высокотехнологичных устройств.

Bluetooth начинает отслеживать все сигналы, в этих пределах. Смартфон на другом конце делает то же самое - старается вычленить из шума помех знакомые приветственные последовательности.

Стоит иметь в виду, что формально Bluetooth это разом и приемник, и передатчик, но одновременно работать в обоих режимах чип не может. Исключение составляет звук в bluetooth-гарнитурах, но этот аспект технологии заслуживает отдельного рассказа.

После того, как телефоны обнаружили друг друга, начинается настоящая магия. Первый Bluetooth контроллер берет на себя роль передатчика, а второй становится приемником. Передатчик формирует из радиоволн особый шаблон, который меняется 1600 раз за секунду «прыгая» с одной из доступных 79 частот (в пределах с 2,401ГГц до 2,480ГГц) на другую в почти что случайном порядке.

Шаблон выступает в роли идентификатора. Обменяться файлами смогут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон. В то же время для других приборов передаваемая информация ничем не отличается от обычных радиопомех. Так удается добиться не только приватности, но и беспрепятственной одновременной работы нескольких пар приемник-передатчик, например, в одной комнате.

Непосредственно перед отправкой по bluetooth данные разбиваются на пакеты - определённым образом оформленные блоки данных, сопровождаемые инструкциями по сборке из них исходного файла.

Процессор приемника обрабатывает эти пакеты, складывает их в один файл и помещает его в постоянную память устройства. Если обнаруживается нехватка пакета, он запрашивается повторно.

Весь это процесс требует куда меньше времени, чем понадобилось на то, чтобы прочесть его объяснение - обычно от нескольких секунд, до пары минут. Скорость передачи файла зависит главным образом от его размера.

Краткая история версий

Некоторые из наших читателей могут помнить времена, когда передача файлов по Bluetooth была тем еще занятием. Единственный рингтон мог передаваться десятки минут, а процесс сопровождали разрывы связи. Имели место и проблемы совместимости между разными аппаратами (скажем, LG и Nokia). Все дело в версиях. Ни один продукт не идеален с самого первого дня его существования. Протоколы связи постоянно дорабатываются и настраиваются.

Так, Bluetooth 1.0 был ужасен, и по сути представлял собой демонстрационный образец. К счастью, в реальной жизни почти никто не успел с ним столкнуться.

Bluetooth 1.1 и 1.2 были чуть лучше, но принципиально от первой версии не отличались. С ними разработчики в основном сосредоточились на исправлении ошибок и повышении стабильности протокола.

Только с 10 ноября 2004 года, когда был выпущен Bluetooth 2.0, технология пошла в массы. С внедрением EDR (Enhanced Data Rate) скорость передачи данных достигла 2,1 Мбит/с, а Bluetooth быстро приобрел огромную популярность.

Следующим большим шагом вперед стал выход Bluetooth 4.0 в котором под одним названием фактически объединили несколько протоколов связи: обычный, высокоскоростной и с низким энергопотреблением. Последний из них - Bluetooth Low Energy продвигался как идеальное решение для миниатюрных устройств эпохи интернета вещей, которая так и не наступила. Зато экономичный протокол пригодился при создании гарнитур, беспроводных наушников и фитнес браслетов.

В этом режиме сканирование радиодиапазона не обязательно пробуждает устройство. Смартфон с помощью Bluetooth Low Energy может распознать, например, гарнитуру, и поддерживать с ней связь, не выходя из режима ожидания.

К тому же, новые версии этого беспроводного протокола обучены распараллеливать вещание. Речь не об одновременной связи с несколькими устройствами (это было реализовано уже давно), а о распределении полосы связи между различными приложениями.

Поскольку место в каждом пакете с данными ограничено, раньше приложения, желающие передать данные через Bluetooth, конкурировали за него. С выпуском Bluetooth 4.0 разработчики могут указывать содержимое пакетов вещания, а радиомодуль отправлять данные каждого приложения в отдельном наборе пакетов.

Как и в случае со сканированием, технология теперь позволяет настроить частоту передачи пакетов запросов, для соблюдения баланса между питанием и работой функций Bluetooth, например, сканирования или подключения к беспроводному геймпаду.

Наиболее распространенной сейчас является модификация Bluetooth 4.2, с более сложной и безопасной, чем у первоначальной модификации процедурой установления соединения между устройствами.

В декабре Bluetooth 4.2 исполняется три года – почтенный возраст, так что в грядущем 2018 большинство смартфонов, по крайней мере из среднего и высокого ценового сегментов, будут иметь на борту Bluetooth 5.0, еще более быстрый энергоэффективный и стабильный.

По сравнению с версией 4.2 новый Bluetooth обладает в два раза большей максимальной скоростью передачи данных - 6,25 МБ/с, и куда большим радиусом. Замеры в лабораторных условиях, которые и приводят в характеристиках протокола, говорят об увеличении радиуса связи с 10 до 40 метров в помещениях и с 50 до 200 метров на улице.

Для особенно прожорливых приложений и быстрой передачи больших объемов данных добавлен и режим вещания с увеличенным пакетом.

Bluetooth Special Interest Group, нынешние разработчики протокола, продолжают развитие темы интернета вещей и ввели для него схему последовательного подключения устройств. Проще говоря, с Bluetooth 5.0 данные могут передаваться не только напрямую между смартфоном и умной лампочкой, но и через систему посредников – ретрансляторов, в роли которых выступят другие элементы умного дома.

К счастью, с выходом новых версий протокол не утрачивает поддержки старых – это называется обратной совместимостью. Так Bluetooth 5.0 без проблем установит соединение с Bluetooth 3.0, но передача данных будет ограничена скоростью младшего протокола и, конечно, все эти новые возможности работать не будут.

Заключение или пара слов о будущем протокола

С 1994 года Bluetooth стал неотъемлемым атрибутом любого смартфона, оказался востребован в самых разных устройствах, от умных лампочек, до геймпадов. Тем не менее, похоже, что пик популярности протокола уже пройден.

По крайней мере мы все реже пользуемся его базовым функционалом – передачей файлов с устройства на устройство без посредников.

Вряд ли технология вновь обретет прежнюю популярность как средство передачи файлов, по крайней мере в тех странах, где есть скоростной интернет, но для выполнения других задач Bluetooth по-прежнему незаменим.

Все больше компаний отказываются от 3,5 мм jack в своих смартфонах и нет никаких сомнений в том, что гарнитуры будут присоединяться к новым флагманам именно по Bluetooth. Но приведет ли распространение Bluetooth 5.0 к новому взлету популярности технологии, покажет только время.

Bluetooth (в переводе означает «синий зуб» или в народе «синезуб») - одна из технологий беспроводных сетей, обеспечивающих обмен информацией между различными устройствами, включая персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, принтеры, фотоаппараты и другие подобные продукты. Bluetooth позволяет устройствам сообщаться - максимальный радиус действия равен 100 метрам друг от друга.

Главная задача технологии Bluetooth заключается в передаче данных между устройствами без помощи проводов - обеспечение экономичной и дешёвой радиосвязи между различными типами электронных устройств.

Принцип действия основан на использовании радиоволн, а сама технология Bluetooth представляет собой маленький чип, являющийся высокочастотным приёмопередатчиком. Он работает в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine; промышленный, научный и медицинский), так как для использования этих частот не требуется лицензия - они свободны для применения по всему миру (исключения: Франция и Испания).

Основополагающий принцип построения сетей на базе Bluetooth - метод расширения спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum). Метод FHSS прост в реализации - он обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорогое.

Передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму, при котором несущая частота (шаблон) меняется 1600 раз в секунду и принимает значение одной из 79 подчастот. Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику.

Несколько устройств, объединённых при помощи Bluetooth, образует так называемую пикосеть (Piconet) - это совокупность от двух до восьми устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В рамках пикосети одно из устройств является ведущим, а другое - ведомым. Ведомых устройств технология Bluetooth может поддерживать несколько - максимум до семи. Ведущим же является пользовательское устройство, инициирующее связь. Оно же управляет и работой устройств в пикосети.

Bluetooth позволяет передавать как голос, так и данные. Голос передаётся по трём аудиоканалам со скоростью 64 Кбит/с в каждом. Скорость передачи данных составляет приблизительно 720 Кбит/с в ассиметричном и 420 Кбит/c в полностью симметричном или полнодуплексном (двустороннем) режиме. Работать «синий зуб» может на сравнительно небольших расстояниях. Согласно спецификациям (версии 1.1 и 1.2), он имеет два класса адаптеров: класс 1 (класс A) поддерживает расстояние до 100 метров, а класс 2 (класс B) работает в пределах 10 метров (до сих пор является самым распространенным классом среди спецификаций).

В настоящее время самая новая спецификация Bluetooth имеет индекс 4.0. Bluetooth SIG утвердил спецификацию 30 июня 2010 года. Протокол Bluetooth с низким энергопотреблением поддерживает передачу таких данных, как датчики температуры, давления, влажности, скорости передвижения и другие на базе этого стандарта могут передавать информацию на различные устройства: мобильные телефоны, персональные компьютеры, смартфоны и другие тому подобные мобильные продукты.

Также технология Bluetooth может применяться в самых различных сферах мобильной жизни. Вы без какого-либо труда можете применять её для следующих целей:

• Для автоматической синхронизации между устройствами. Например, как только вы вводите новые данные в адресную книгу в ноутбуке, автоматически модифицируются соответствующие записи в настольном компьютере, и наоборот
• Для автоматической резервной синхронизации. Примером станет такая ситуация: руководитель изменил ваш план мероприятий, в то время как вы находитесь в отпуске. Офисный ПК посылает изменения на ваше мобильное устройство, которое автоматически соединяется с ноутбуком и передает модифицированное расписание
• Для использования портативного ПК в качестве спикерфона. Соединив беспроводный головной телефон с ноутбуком, можно использовать его в офисе, автомобиле или дома
• Для соединения всех участиников обмена информацией. Находясь на каком-либо деловом мероприятии, можно быстро обсудить интересующий вопрос со всеми ее участниками. Кроме того, вы можете дистанционно выполнять функции управления. Например, включить проектор
• Для передачи различного мультимедийного контента из любой точки. Фотоаппарат соединяется с телефоном (без проводов), а вы добавляете комментарии посредством использования клавиатуры на телефоне или ноутбуке. Фотографии и текст отправляются адресату

Все вышеперечисленное - это лишь самая малая часть, где может применяться беспроводная технология Bluetooth. Сейчас уже появляются такие экзотичные варианты, как встраивание модулей, работающих на этой технологии, в принтеры, карты памяти и другие различные устройства.

В ближайшем будущем технология Bluetooth, помимо мобильных телефонов, смартфонов, и других соединяемых между собой устройств, будет встраиваться даже в бытовую технику. Стоит только представить это: телевизор, пылесос, холодильник, микроволновая печь и другая домашняя техника может управляться с помощью смартфона - также, как и с универсального пульта управления. Кроме того, в настоящее время ведутся разработки альтернативных решений, которые должны составить серьёзную конкуренцию так называемому «синему зубу» и даже, вероятно, превзойти эту технологию.

Bluetooth: технология и ее применение

…и сказал он: "да воссоединятся все".

Вполне возможно, что именно с этими словами средневекового датского короля Харальда II Синезубого (Harald II Bluetooth) связано его другое прозвище - "объединитель", через 1000 лет ставшее названием нового интерфейса беспроводной связи.

Что же такое Bluetooth? Это технология беспроводной связи, созданная в 1998 году группой компаний: Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba. В настоящее время разработки в области Bluetooth ведутся Bluetooth SIG (Special Interest Group), в которую входят также Lucent, Microsoft и многие другие.

Основное назначение Bluetooth - обеспечение экономичной (с точки зрения потребляемого тока) и дешевой радиосвязи между различными типами электронных устройств, причем немалое значение придается компактности электронных компонентов, что дает возможность применять Bluetooth в малогабаритных устройствах размером с наручные часы.

Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, коим является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией.

Bluetooth работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Вкратце это можно объяснить так: передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму скачкообразной перестройки частоты (1600 раз в секунду), или шаблону (pattern), составленному из 79 подчастот. "Понять" друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон передачи - для посторонних приборов переданная информация будет обычным шумом.

Основным структурным элементом сети Bluetooth является так называемая "пикосеть" (piconet) - совокупность от 2 до 8 устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как master, а остальные как slave. Master определяет шаблон, на котором будут работать все slave-устройства его пикосети, и синхронизирует ее работу. Стандарт Bluetooth предусматривает соединение независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей (до 10) в так называемую "scatternet" (я еще не встречал корректного русского перевода этого термина, но один из вариантов перевода глагола to scatter звучит как "рассеивать"). Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет master"ом в одной и slave"ом в другой. Таким образом, в пределах отдельной scatternet с интерфейсом Bluetooth может быть одновременно связано максимум 71 устройство, однако никто не ограничивает применение устройств-гейтов, использующих тот же Internet для более дальней связи.

Частотный диапазона Bluetooth в большинстве стран свободен от лицензирования, но во Франции, Испании и Японии из-за законодательных ограничений необходимо использовать отличные от указанных выше частоты.

Говоря о беспроводной связи, нельзя не затронуть вопрос безопасности такого соединения. Помимо фокуса с частотными шаблонами и необходимости синхронизации приемопередачи в стандарте Bluetooth предусмотрено шифрование передаваемых данных с ключом эффективной длины от 8 до 128 бит и возможностью выбора односторонней или двусторонней аутентификации (конечно, можно обойтись вообще без аутентификации), что позволяет устанавливать стойкость результирующего шифрования в соответствии с законодательством каждой отдельной страны (в некоторых странах запрещено использование сильной криптографии:). В дополнение к шифрованию на уровне протокола может быть применено шифрование на уровне приложений - здесь уже применение сколь угодно стойких алгоритмов никто не ограничивает.

Часто приходится сталкиваться с мнением, что находящиеся в пределах действия связи Bluetooth-устройства могут просто соединиться и начать обмениваться информацией, которая, возможно, не предназначена для сторонних ушей или глаз. На самом деле автоматический обмен информацией между Bluetooth-устройствами ведется лишь на уровне аппаратного обеспечения, т.е. исключительно для определения самого факта возможности соединения. А вот на уровне приложений пользователь сам решает, ввести или запретить автоматическую установку связи. Таким образом, использование Bluetooth становится не опаснее подключения к Интернету, в котором все узлы также соединены электрически, но это еще не означает получение безоговорочного доступа к любому ресурсу.

Стоит также заметить, что стандарт Bluetooth разрабатывался с расчетом на малую мощность, поэтому воздействие его на организм человека сведено к минимуму.

Основным направлением использования Bluetooth должно стать создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи с холодильниками (вот уж что давно не подключали в сеть). Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подсоединения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в информации либо обладающие необходимой информацией.

Давайте сравним Bluetooth с другим не менее известным интерфейсом беспроводной связи - IEEE 802.11, тем более что оба решения уже доступны на широком рынке. Основные различия между ними можно свести к следующему:

	IEEE 802.11	Bluetooth
1. Назначение	Беспроводные домашние/офисные сети	Замена кабельных соединений для компактных коммуникационных средств
2. Рабочая частота	2.4 ГГц	2.4 ГГц
3. Максимальная скорость передачи данных	11 Мбит/сек (IEEE 802.11b), 2Мбит/сек (IEEE 802.11)	721 Кбит/сек
4. Дальность действия	100 м	10 м или 100 м
5. Максимальное количество узлов	128 устройств на сеть	8 устройств на одну пикосеть, макс. 10 пикосетей, т.е. до 71 устройства на один scatternet
6. Голосовые каналы	Нет (опционально)	3 канала
7. Доступность	Сейчас	Сейчас
8. Цена	$100-$400 за узел	Около $5 за узел

Как легко заметить, интерфейс Bluetooth намного лучше приспособлен для использования в тех беспроводных устройствах связи, где требуется достаточно низкая цена, нет необходимости в высоких скоростях и желательно низкое энергопотребление. Однако, как уже отмечалось, возможно создание комбинированных сетей, тем более что IEEE 802.11 работает совершенно по другому принципу кодирования передаваемых данных, следовательно, находясь на одной и той же рабочей частоте, оба стандарта будут слышать друг друга физически, но чужие сигналы будут расценены каждым из них как посторонний шум.

Немаловажным аспектом в развитии Bluetooth является тот факт, что эта технология не подлежит лицензированию и ее использование не требует выплаты каких-либо лицензионных отчислений (хотя и требует подписания бесплатного соглашения). Такая политика позволила многим компаниям энергично включиться в процесс разработки устройств с интерфейсом Bluetooth, кои были в большом количестве продемонстрированы на выставке CeBIT 2001.

Наибольший интерес, естественно, вызывают устройства, обеспечивающие переход с уже существующих интерфейсов на Bluetooth. Одним из них стало Industrial Bluetooth Serial Port Adapter шведской компании connectBlue . Как видно из названия, это устройство предназначено для промышленного применения и позволяет подключать к Bluetooth любые приборы, оборудованные последовательным портом:

Типичным вариантом использования может стать, например, конфигурирование промышленных установок при помощи ноутбука.

Характеристики:

• дальность действия - до 10 м,
• скорость передачи - 300-115200 Кбит,
• напряжение питания - 9-30 Вольт.

Компания Belkin, знаменитая, в частности, своими продуктами для шины USB, представила целый набор устройств Bluetooth:

Эта карта формата PCMCIA Type II позволяет всем устройствам, имеющим подобный слот, получить Bluetooth интерфейс со скоростью до 721 Кбит/сек. Дальность действия - 10 м.

Здесь мы видим отличное USB решение для настольных (и не только) компьютеров: характеристики те же, что и в предыдущем случае, к тому же это устройство позволяет обмениваться данными по голосовым каналам.

Есть даже адаптер для Palm V: Palm просто кладется в него, как в стандартную кроватку, после чего можно синхронизироваться с настольным компьютером или выходить в Интернет при помощи мобильного телефона, также снабженного Bluetooth интерфейсом. Данный адаптер питается от батареи самого Palm"а.

На выставке можно было найти даже Bluetooth адаптер для Compact Flash:

Компания Troy XCD представила адаптер для подключения принтера с интерфейсом Centronics к Bluetooth:

Компания обещает выпустить его на рынок в начале лета, примерная стоимость - около 195$.

Не менее интересным вариантом применения технологии Bluetooth может стать организация беспроводного доступа в локальную сеть и/или Интернет для устройств в малом офисе или дома. Безусловным лидером в этой области стала компания Red-M , представившая свое решение - сервер Red-M 3000AS:

А вот фотография его прототипа в работе:

3000AS представляет собой Linux-сервер, который может также работать как шлюз в локальную сеть или Интернет. В отличие от большинства других Bluetooth-устройств 3000AS имеет мощный приемопередатчик, обеспечивающий связь в пределах 100 м, причем в комплект входит внешняя антенна, повышающая надежность связи при наличии внешних помех. Для подключения можно использовать ISDN (с выбором вариантов "постоянно онлайн" или "подключение по требованию"), 10/100 Мбит Ethernet, а также RS-232 для сервисного применения. Сервер может также быть запитан через UPS.

Для расширения доступа к серверу могут использоваться малогабаритные точки доступа Red-M 1000AP:

Сервер автоматически определяет и конфигурирует все точки доступа, находящиеся в пределах дальности его действия. Внешние устройства могут быть подсоединены к точке доступа через 10/100 Мбит Ethernet.

Схожую систему представил MiTAC: их Bluetooth Access Point несет на борту 750МГц процессор Transmeta Crusoe TM5400, встроенный NAT и DHCP сервер и, как и предыдущий образец, мощный приемопередатчик дальностью действия до 100 м:

Отличным дополнением к такой системе может стать устройство от Canon - Bluetooth модуль для цифрового фотоаппарата:

Только представьте себе - фотоаппарат сможет автоматически сбрасывать снимки через Bluetooth-гейт на вашу рабочую станцию, или тот же субноутбук, или даже через подключенный к Интернет сотовый телефон с поддержкой Bluetooth… в общем, возможности бесконечны.

Распространенным вариантом является подключение стандартных устройств ввода через Bluetooth, например, вот так:

Sony представила на CeBIT специальный модуль в формате Memory Stick под названием InfoStick:

Очень неплохая идея, особенно учитывая наличие аналогичного устройства для Compact Flash.

Остается только заметить, что лицензирование поддержки Bluetooth бесплатно и необходимо только для заключения соглашения об использовании торговых марок. Так что в скором будущем мы вполне можем ожидать появление Bluetooth в лампочках и утюгах:). А если серьезно, то технология Bluetooth может совершить настоящую революцию в мире персональных коммуникаций и вообще в жизни человека. А вот насколько нам нужна еще одна революция - это еще предстоит решить.