Bluetooth на какой частоте работает

Bluetooth от А до Я

Смартфоны, планшеты, ноутбуки и другие устройства имеют множество технологий и стандартов для соединения друг с другом. Примером могут послужить 4G LTE, а также Wi-Fi. Все это относительно новые технологии, имеющие массу преимуществ.

Более устаревшей, но не менее важной является технология Bluetooth. Это стандарт соединения устройств друг с другом на небольшом расстоянии. Такое решение часто встречается в смартфонах и планшетах, умных часах, фитнес-браслетах, колонках, машинах и других устройствах. Блютуз-технологии широко используются в современном мире. Их применение практически безгранично.

Далее предстоит изучить Bluetooth более подробно. Нужно выяснить, что это за технология, какие версии/стандарты она предусматривает, как функционирует, а также где именно встречается. Предложенные сведения рассчитаны на широкую публику. Они подойдут и IT-специалистам, и обычным пользователям.

Определение

Bluetooth – производственная спецификация беспроводных персональных сетей. Стандарт технологии беспроводной связи малого радиуса действия. Он активно используется для обмена данными между стационарными и мобильными устройствами на коротких расстояниях, а также для создания персональных вычислительных сетей (PANS).

Для передачи данных Bluetooth использует радиосвязь. С помощью этой технологии получится передавать:

музыку;
изображения и фото;
документы;
файлы.

Особенности подключения Bluetooth сказываются на пропускной способности. Этот параметр находится на относительно низких показателях. Также стоит отметить, что у Bluetooth-технологий значительная энергоэффективность. Все это приводит к тому, что стандарт применяется преимущественно для передачи звука или небольших файлов/картинок между несколькими устройствами.

Bluetooth – открытый стандарт, описанный в спецификации IEEE 802.15.1. Он подразумевает три ключевых класса мощности с пределами дальности действия:

1 метр;
10 метров;
100 метров.

Сейчас Блютуз встречается практически в каждом смартфоне и планшете, а также компьютере или ноутбуке. Он позволяет передавать данные на небольшом расстоянии без непосредственного подключения к Интернету.

Историческая справка

Bluetooth – стандарт, разработка которого началась в 1994 году компанией Ericsson. Вместе с Nokia, MBI, Intel и Toshiba они создали группу SIG (Special Interest Group), целью которой стал выпуск универсального стандарта беспроводной связи малого радиуса действия. Концепция избавления от проводов привела к образованию LAN-сети, а затем перешла в WLAN (Wi-Fi).

Самая первая версия рассматриваемого стандарта была представлена в 1999 году. Тогда официальная документация занимала около 1500 страниц.

Особенности функционирования

Bluetooth в самом простом случае соединяет два устройства. Примером может послужить смартфон с гарнитурой. Подключение устанавливается через PAN (Personal Area Network), в котором имеется одно соединение типа «точка-точка». У каждого устройства с Блютузом имеется уникальный AMA (Active Member Address) – идентификатор, позволяющий с легкостью распознавать соответствующее оборудование. Производители могут называть свои устройства понятными именами – это облегчает поиск гаджета в списке Bluetooth-устройств, находящихся в непосредственной близости. Соответствующее название-идентификатор пользователи обычно могут корректировать по собственному желанию.

Рассматриваемый стандарт позволяет одновременно подключать большое количество устройств в пределах одной сети – до 8 штук. В этой ситуации применяется подключение типа «точка-много точек». Одно устройство будет выступать в качестве сервера, а остальные – узлами.

Некоторые устройства Bluetooth имеют опцию standby – режим ожидания. С ее помощью клиент не должен будет ждать подключения устройств между собой. Все будет осуществляться автоматически. Примером может послужить соединение смартфона с беспроводной гарнитурой при ее включении.

Теоретически Блютуз технологии предусматривают возможность подключения до 256 устройств в режиме ожидания. Подобные перспективы гарантируются адресацией PMA (Passive Member Address). Она поддерживает разрядность 8 бит.

Диапазоны и классы

Изучаемый стандарт имеет несколько классов. Их задача – определение максимально доступной дальности передачи сигнала и мощности беспроводного соединения.

На данный момент известны следующие классы Блютуз:

1 класс. Подключение гарантируется с мощностью 100 милливатт (МВТ). Это значит, что предельный охват территории, на которой сигнал будет ловиться, составляет 100 метров. Данный класс предусматривает самую большую мощность и «зону покрытия». Модули 1 класса обычно устанавливаются в автомобилях и компьютерах.
2 класс. Мощность передачи составляет 100 МВТ. Максимальное расстояние, на котором сигнал от сети будет успешно ловиться, – 50 метров при условии отсутствия препятствий между подключенными устройствами. Адаптеры 2 класса встречаются в модулях Bluetooth на USB.
3 класс. Это наименее мощный из всех модулей. У него установлена минимальная сила – 1 МВТ. С его помощью данные передаются на расстояние не более 10 метров. Именно модули 3 класса встречаются в подавляющем большинстве мобильных устройств.

Особенности передачи данных и скорость обмена информацией у Bluetooth зависят не только от класса стандарта, но и от его версии.

Версии Bluetooth – самые популярные стандарты

На современном рынке достаточно тяжело отыскать устройства с версиями Bluetooth 1-2.1. Это связано с устареванием соответствующих стандартов. Сейчас чаще всего встречаются следующие технологии:

Bluetooth 3 – версия, которая называется 3.0 HS (High Speed). Данная технология предусматривает увеличенную скорость передачи данных – до 24 Мбит/сек. Новая версия стандарта 3.1 HS увеличила соответствующий параметр до 40 Мбит/сек.
Bluetooth 4 – в своем названии эта версия имела дополнение LE (Low Energy). Особое внимание здесь уделяется энергопотреблению и увеличению радиуса действия до 100 метров. Соответствующий стандарт требует меньше энергии, но это негативно сказалось на пропускной способности. Она снизилась до 1 Мбит/сек. Передача в режиме экономии энергии становится еще медленнее и поддерживает зону покрытия до 10 метров.
Bluetooth 4.1 – модификация предыдущего стандарта. Создана специально для IoT (Интернет вещей). Дает возможность подключения соответствующих устройств к Интернету при помощи Bluetooth.
Bluetooth 4.2 – стандарт, поддерживающий еще большую энергоэффективность при одновременном повышении уровня безопасности. Данная версия предусматривает быструю передачу данных. В ней исправлен процесс сопряжения оборудования друг с другом.
Bluetooth 5.0 – стандарт, сочетающий в себе преимущества версий 4.2 и 3.0. При активации BLE-режима пропускная способность сети увеличивается до 2Мбит/сек. Это позволяет быстрее обновлять смарт-устройства без Wi-Fi.

На открытой местности, если производитель ограничивает передачу данных скоростью 125 Кбит/сек, можно добиться увеличения дальности действия зоны покрытия оборудования до 200 метров. Скорость обработки информации может увеличиваться за счет энергоэффективности.

Профили

Bluetooth-устройства обладают различными профилями. Они указывают на то, как устройства могут взаимодействовать друг с другом по беспроводной связи.

Существует множество Блютус-профилей, используемых для определенных целей. Наиболее популярными среди них выступают:

A2DP – расширенный профиль распространения звука в стерео.
AVCTP – используется для передачи изображений и звука.
AVRCP – профиль дистанционного управления аудио/видео. Используется в качестве своеобразного пульта управления, который задействует Bluetooth-связь.
BPP – профиль, применяемый для печати документов с мобильного оборудования через Bluetooth. Сейчас он практически не встречается. Это связано с тем, что соответствующие задачи на себя взял Wi-Fi.
BIP – профиль, который помогает передавать, отображать и печатать файлы в формате JPEG. Обычно ими выступают или картинки, или фотографии.
HSP – позволяет работать с клавишами управления мультимедиа в гарнитуре (наушниках).
HFP – используется для осуществления телефонных звонков в режиме hands-free.
SYNC – применяется для организации синхронизации данных. Гарантирует передачу информации на компьютеры/ноутбуки.
PBAP – предоставляет доступ к телефонной книге.

Другие профили у рассматриваемого стандарта тоже используются, но встречаются намного реже.

Как организована передача данных

Задумываясь, как работает Bluetooth, необходимо помнить – стандарт использует полосу частот ISM в диапазоне от 2,402 до 2,480 ГГц. Этот интервал предоставляет доступ к 79 каналам. Каждый из них обладает шириной полосы 1 МГц. Диапазон частот 2,4 ГГц, очень близкий к 2,402 ГГЦ, использует Wi-Fi, совместимый со стандартом IEEE 802.11.

Bluetooth поддерживает опции, позволяющие «на лету» изменять частоту – FHSS. За счет них каналы могут меняться в течение секунды около 1600 раз. Соответствующие изменения и передача небольших информационных пакетов приводят к тому, что соединение по Bluetooth всегда остается стабильным.

Отличие от Wi-Fi

Bluetooth и WLAN (Wi-Fi) – стандарты, которые исходят от одной и той же идеи. Они работают по схожим принципам, но задействованы для совершенно разных целей.

Bluetooth на устройстве использует два метода передачи информации:

SCO (Synchronous Connection Oriented) – для передачи голоса в режиме реального времени со скоростью 64 Кбит/сек.
ACL (Asynchronous Connectionless Link) – для передачи остальных данных. Для хранения информации у задействованного устройства должно быть достаточно внутренней памяти.

Wi-Fi может передавать данные только в асинхронном режиме. Он работает на разных частотах и имеет более высокую пропускную способность.

Где обнаружить настройки

Почти все современные устройства имеют Блютус-технологии. Их расположение зависит только от производителя конкретного оборудования. Сейчас устройства имеют несколько популярных операционных систем, в которых параметры изучаемого стандарта располагаются в конкретных местах:

В Android-устройствах необходимо перейти в «Настройки» и перейти в «Подключения». Там – выбрать Bluetooth.
В iOS нужно запустить приложение «Настройки» и выбрать в предложенном списке изучаемый стандарт. Он обычно располагается в самом верху.
Windows 10 требует перехода в «Параметры»–«Устройства». Там находится нужный раздел.
В MacOS предстоит перейти в приложение «Системные настройки» и выбрать там рассматриваемый стандарт подключения.

Обычно в соответствующих параметрах можно не только включить/отключить изучаемую опцию, но и придумать имя своему устройству. С его помощью можно будет обнаружить оборудование в пределах беспроводной сети.

Как установить соединение

Как работает Bluetooth, понятно. У многих пользователей возникают вопросы относительно подключения устройств к рассматриваемой сети.

Для соединения двух устройств нужно активировать на обоих Bluetooth-модуль. Обычно это делается в настройках подключения. Оборудование, к которому хочется подключить другое, должно находиться в режиме сопряжения. Для этого нужно выбрать желаемое устройство из списка и нажать на «Разрешить подключение».

При попытке подключения оба устройства отобразят четырехзначный PIN-код. Он вводится в специально отведенное поле на экране, чтобы подтвердить установку соединения. Только после этого процедура подключения по Bluetooth будет успешно завершена.

P. S. Интересуют компьютерные сети, сетевые технологии, протоколы передачи данных? Обратите внимание на следующие курсы в Otus:

Технология Bluetooth и отличия Bluetooth 5.0 от версий Bluetooth 4

Вы уже знаете, что Bluetooth – это технология беспроводного обмена данными между устройствами, находящимися на небольшом расстоянии друг от друга. Эта технология давно вошла в обиход, и сегодня мы не представляем себе мобильных устройств без Bluetooth. Технология Bluetooth уже неоднократно обновлялась, и в этой статье мы рассмотрим отличия версии Bluetooth 5.0 от версий Bluetooth 4 (4.2, 4.1, 4.0).

Последняя на текущий момент версия Bluetooth – 5.0 – была анонсирована на сайте Bluetooth.com 16 июня 2016 года, а ее официальный пресс-релиз состоялся 7 декабря того же года. И вскоре после этого два технологических гиганта – Samsung и Apple – выпустили первые смартфоны с поддержкой Bluetooth 5.0 (модели Samsung Galaxy S8 и Apple iPhone 8, 8 Plus и iPhone X).

Преимущества Bluetooth 5

Новая версия Bluetooth содержит ряд усовершенствований. Однако если у вас относительно старое устройство, то апгрейд Bluetooth до версии 5.0 не даст вам никаких практических преимуществ новой версии. Bluetooth обладает свойством обратной совместимости. Но вы сможете устанавливать связь с другими пользовательскими устройствами с актуальной версией Bluetooth 5.0.

К преимуществам Bluetooth 5.0 по сравнению с версией 4.2 относятся следующие: в четыре раза больший радиус действия; в два раза большая скорость передачи данных; в восемь раз большая информационная емкость сообщения. И главное преимущество версии 5.0 – спецификация Bluetooth Low Energy (BLE), устанавливающая сверхнизкие нормативы энергопотребления для любых аудиоустройств (до этого стандарт Bluetooth Low Energy не мог использоваться при подключении беспроводных наушников). Рассмотрим отличия Bluetooth 5.0 подробнее.

Более эффективное параллельное использование Bluetooth 5.0 и Wi-Fi

Стандарт Bluetooth 5 позиционировался на рынке как обеспечивающий более эффективное сосуществование и взаимодействие беспроводных технологий, что может быть ошибочно интерпретировано как более эффективное сочетание Bluetooth и Wi-Fi в одном устройстве. В действительности здесь имеется в виду одновременное использование разных BLE устройств, находящихся в непосредственной близости друг от друга. Скачкообразная перестройка несущей частоты Bluetooth 5 по псевдослучайным алгоритмам уменьшает вероятность одновременного попадания вашего устройства в один радиоканал с соседним BLE устройством, использующим тот же диапазон (2.4 ГГц), что увеличивает надежность каждого из этих соединений. Bluetooth 5 позволяет пользователю управлять различной аппаратурой со смартфонов, наушников и других мобильных устройств, оснащенных Bluetooth.

Скорость передачи данных по Bluetooth

Версия Bluetooth 5 быстрее, чем 4: Bluetooth 4 может обеспечить передачу со скоростью 1 Мбит/с, а Bluetooth 5 – 2 Мбит/с.

Радиус действия Bluetooth 5.0

Радиус действия Bluetooth 4 составляет 50 м на улице и 10 м в помещении, тогда как у Bluetooth 5 радиус действия увеличивается до 60 м на улице и до 40 м в помещении.

Энергетическая эффективность

Стандарт Bluetooth 5 разработан в расчете на меньшее энергопотребление, чем у Bluetooth 4. Это значит, что устройство с Bluetooth 5 при прочих равных условиях может работать в автономном режиме дольше, чем устройство с Bluetooth 4.

Информационная емкость сообщения

По Bluetooth 4.0 можно передать сообщение длиной 31 байт, а по Bluetooth 5.0 – 255 байт.

Сравнение характеристик Bluetooth 5 и Bluetooth 4

Характеристика	Bluetooth 5	Bluetooth 4
Максимальная скорость передачи данных, Мбит/с	2	1
Радиус действия в помещении, м	40	10
Энергопотребление	низкое	высокое
Информационная емкость сообщения, байт	255	31
Производительность в условиях высокой загрузки эфира	лучше	хуже
Время автономной работы	больше	меньше
Защита данных	лучше	хуже
Теоретическая пропускная способность	2 Мбит/с (в реальных условиях – около 1.6 Мбит/с)	1 Мбит/с
Надежность соединения	высокая	низкая
Поддержка устройств IoT	есть	нет
Использование Bluetooth-ретрансляторов	Ретрансляторы используются более широко и более эффективны благодаря большей скорости передачи и большему радиусу действия	Ретрансляторы используются менее широко и менее эффективны из-за меньшей скорости передачи и меньшего радиуса действия

Часто задаваемые вопросы и ответы

Ниже приводится перечень часто задаваемых вопросов (с ответами), составленный на основе популярных запросов пользователей интернета по теме Bluetooth. Эти вопросы и ответы помогут вам лучше усвоить информацию о технологии Bluetooth.

Что предлагает последняя версия Bluetooth 5.0?

Последняя версия Bluetooth 5.0, опубликованная в декабре 2016 года, предлагает вдвое большую скорость передачи, в восемь раз большую информационную емкость передаваемого сообщения и в четыре раза большую дальность действия в помещении по сравнению с предыдущей версией Bluetooth.

Bluetooth 5 действительно лучше?

Bluetooth 5.0 очевидно эффективнее предыдущей версии.

Можно ли устанавливать Bluetooth-подключения между устройствами с Bluetooth 5.0 и устройствами с Bluetooth 4?

Да, Bluetooth 5 обладает обратной совместимостью по отношению к версиям Bluetooth 4 (4.2, 4.1, 4.0).

Что нового в версии Bluetooth 5.1?

Основное отличие Bluetooth 5.1 от других версий Bluetooth – направленность сигнала. В предыдущих версиях, включая Bluetooth 5.0, уровень сигнала определяется только расстоянием от передатчика. В Bluetooth 5.1 сигнал наибольшей интенсивности формируется в направлении подключаемого устройства.

Что нового в версии Bluetooth 5.2?

Ключевых отличий от 5.1 нет. Немного уменьшили задержки припередачи данных, добавили несколько улучшений для TWS наушников и улучшили передачу данных для устройств с низкой пропускной способностью вроде финтнес-браслетов.

Выпускаются ли наушники с Bluetooth 5.0?

Да, наушники с Bluetooth 5.0 предлагают такие бренды, как Sony, Samsung, Bose, JBL, AKG, Apple, ATH, Master & Dynamic, Plantronics, Jabra, Logitech, Razer, Sennheiser, Beyerdynamic, Mpow, Enacfire, Klipesh и др.

Bluetooth: технология и ее применение

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.

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.

Ссылки по теме:

www.bluetooth.com/
www.bluetoothcentral.com/faq_plain.html
www.devx.com/wireless/articles/Bluetooth/BtoothFAQ.asp

Bluetooth Low Energy: подробный гайд для начинающих

Создание кастомного сервиса и тем более клиента Bluetooth Low Energy – прогулка по граблям с завязанными глазами. По крайне мере так было для меня 4 года назад, когда я только начинал работать с BLE-устройствами. Сейчас почти каждый мой проект предусматривает использование этого протокола, поэтому в свое время пришлось в нем долго и мучительно разбираться.

Разложить все по полкам помогла книга Мохаммада Афане «Intro to Bluetooth Low Energy» и серия постов на Novel Bits. Лично для меня эта книга стала настоящим открытием. Изначально я делал ее перевод на русский для своих коллег, не имеющим опыт работы с BLE. С согласия автора (огромное ему спасибо) решил опубликовать свою работу здесь. Надеюсь, перевод окажется полезным.

Это первая часть перевода (всего их будет 5), которая рассказывает, что такое BLE, его возможности и отличия от Bluetooth Classic, а также описывает архитектуру протокола.

Об авторе

Мохаммад Афане занимается разработкой встроенного программного обеспечения и прошивок с 2006 года. Он работал и консультировал множество крупных компаний, включая такие как Allegion (Schlage locks), Motorola, Technicolor, Audiovox, и Denon & Marantz Group. На протяжении всей своей карьеры он работал над множеством проектов Интернета Вещей, включая: беспроводные электронные дверные замки, спутниковые приемники, беспроводные дверные замки и т.д.

В июле 2015 года он принял решение прекратить работу на полную ставку для того, чтобы основать собственную компанию Novel Bits, LLC, где он делится своими знаниями и опытом на своем web-сайте, локальных тренингах и в электронных книгах, посвященных разработке приложений с поддержкой Bluetooth Low Energy.

Вы можете связаться с Мохаммадом по его электронной почте: mohammad@novelbits.io или через профиль на LinkedIn.

Базовые понятия Bluetooth Low Energy

1. Что такое Bluetooth Low Energy?

Bluetooth был задуман как технология связи ближнего диапазона, призванная заменить провода в таких устройствах, как компьютерные мыши, клавиатуры или персональные компьютеры. Если у вас есть современный автомобиль или смартфон, то скорее всего вы использовали Bluetooth хотя бы раз в своей жизни. Он повсюду: в громкоговорителях и колонках, беспроводных наушниках, автомобилях, носимых устройствах и даже в шлёпанцах!

Первая официальная версия стандарта была выпущена компанией Ericsson в 1994 году. Разработчики назвали свое изобретение в честь короля Дании Харальда Гормссона по прозвищу «Синезубый», объединившего в 10 веке враждовавшие датские племена в единое королевство.

В настоящее время существует два типа устройств с поддержкой Bluetooth:

Bluetooth Classic (BR/EDR), используется в беспроводных громкоговорителях, автомобильных информационно-развлекательных системах и наушниках;
Bluetooth Low Energy (BLE), т.е. Bluetooth с низким энергопотреблением, который появился в версии стандарта Bluetooth 4.0. Он чаще всего применяется в приложениях, чувствительных к энергопотреблению (например в устройствах с батарейным питанием) или в устройствах, передающих небольшие объемы данных с большими перерывами между передачами (например, разнообразные сенсоры параметров окружающей среды или управляющие устройства, такие как беспроводные выключатели).

Эти два типа устройств несовместимы друг с другом, даже если они выпущены под одним брендом или спецификацией. Устройства с поддержкой Bluetooth Classic не могут напрямую связываться с устройствами, использующими BLE. Это причина, по которой некоторые устройства, такие как смартфоны, выполняются с поддержкой обоих типов соединения (так называемые Dual mode Bluetooth devices), что позволяет им обмениваться информацией с обоими типами устройств.

Рис.1: Типы Bluetooth-устройств

Несколько важных замечаний о BLE:

Официальная спецификация Bluetooth сочетает оба типа Bluetooth (Classic и BLE), что иногда затрудняет поиск документации, специфичной для BLE;
BLE был введен в версии 4.0 спецификации стандарта Bluetooth, выпущенной в 2010 году;
BLE иногда называют Bluetooth Smart, BTLE или Bluetooth 4.0, что является ошибкой, так как эта версия в действительности включает оба типа Bluetooth;
Bluetooth Classic и BLE работают в одном и том же частотном диапазоне – 2.4 ГГц, ISM-диапазон.

Поскольку во многих устройствах Интернета Вещей (IoT) используются небольшие устройства и датчики, BLE стал наиболее часто используемым протоколом связи (в сравнении с Bluetooth Classic) в приложениях Интернета Вещей. В декабре 2016 года группа компаний Bluetooth Special Interest Group (SIG), регулирующая развитие стандарта, выпустила Bluetooth версии 5.0 (для простоты маркетинга была убрана точка из названия, так что официально он называется Bluetooth 5). Большинство улучшений и новых функций, представленных в этой версии, были ориентированы на BLE, а не на Bluetooth Classic.

Вы также могли слышать о другом термине, связанном с Bluetooth − Bluetooth Mesh. Bluetooth Mesh был выпущен в июле 2017 года и основан на BLE. Для работы ему требуется полный стек BLE (ПО, которое действует как интерфейс для другого программного или аппаратного обеспечения), но он не является частью основной спецификации Bluetooth. Мы рассмотрим более подробно эту технологию в отдельной главе.

Подводя итог, посмотрим на диаграмму, показывающую прогресс BLE за прошедшие годы с начала его появления:

Рис.2: История BLE

Технические факты о BLE

Некоторые из наиболее важных технических фактов о BLE включают в себя:

Используемый частотный диапазон 2.400 — 2.4835 ГГц.
Весь частотный диапазон поделен на 40каналов по 2 МГц каждый.
Максимальная скорость передачи данных по радиоканалу (начиная с Bluetooth версии 5) 2Мбит/с.
Дальность передачи сильно зависит от физического окружения, а также используемого режима передачи. Например, в режиме большой дальности передачи дальность связи будет выше, а скорость передачи ниже, чем в высокоскоростном режиме. Типичная дальность передачи: 10-30 метров.
Потребление электроэнергии также может изменяться в широких пределах. Оно зависит от реализации устройства, различных параметров протокола и используемого чипсета. Типичное потребление BLE-трансивера во время передачи данных как правило не превышает 15 мА.
Обеспечение безопасности не обязательно при обмене данными через BLE и зависит от устройства и реализации приложения разработчиком. Другими словами, существует несколько возможных для реализации уровней обеспечения безопасности.
Для всех операций, связанных с шифрованием, BLE использует алгоритм AES-CCM с длиной ключа 128 бит.
BLE предназначен для передачи данных по каналу с низкой пропускной способностью. Использование BLE для приложений с большим объемом часто передаваемых данных существенно увеличивает потребление электроэнергии и сводит на нет основное преимущество BLE. То есть минимизация использования радиосвязи, насколько это возможно, позволяет достичь минимального уровня потребления энергии.
Версии Bluetooth (в части BLE) являются обратно совместимыми. Тем не менее возможности связи будут ограничены функциями более старой версии. Например, устройство с поддержкой Bluetooth 5 LE может установить связь с устройством с поддержкой Bluetooth 4.1 LE, но возможности, появившиеся в версии 4.2 и более новых, будут недоступны. В то же время они смогут использовать возможности подключения, рассылки и приема широковещательных пакетов, обнаруживать сервисы и характеристики, а также читать и записывать их независимо от поддерживаемой ими версии стандарта, так как эти возможности доступны во всех версиях Bluetooth.

Сравнение Bluetooth Classic и BLE

Важно помнить, что существует большая разница между классическим Bluetooth и Bluetooth с низким энергопотреблением с точки зрения технических спецификаций, реализации и типов приложений, для которых они предназначены. Это в дополнение к тому факту, что они несовместимы друг с другом.

Некоторые из упомянутых различий представлены в этой таблице:

Таблица 1. Сравнение Bluetooth Classic и BLE

Bluetooth Classic

BLE

Используется для потоковых приложений, таких как трансляция аудио и передача файлов

Используется в сенсорах, управлении устройствами и приложениях, не требующих передачи больших объемов данных

Не оптимизирован для низкого энергопотребления, но поддерживает большую скорость передачи (максимум 3 МБит/с, в то время как BLE 5 имеет максимум 2 МБит/с)

Предназначен для применения в малопотребляющих устройствах с большими интервалами между передачей данных

Использует 79 радиоканалов

Использует 40 радиоканалов

Обнаружение происходит на 32 каналах

Обнаружение происходит на 3 каналах, что приводит к более быстрому обнаружению и установке соединения по сравнению с Bluetooth Classic

С момента официального выпуска в 2010 году BLE прошел череду ревизий и изменений. Наиболее важное изменение произошло в декабре 2016 года с внедрением Bluetooth 5, который привнес множество важных улучшений в спецификацию стандарта, большинство из которых касалось BLE. Эти улучшения позволили удвоить скорость передачи, в 4 раза увеличить дальность передачи и в 8 раз увеличить размер широковещательного пакета.

Возможности и ограничения BLE

Каждая технология имеет свои ограничения, и BLE не является исключением. Как мы упомянули ранее, BLE наилучшим образом подходит для приложений с небольшим радиусом передачи и редко передаваемыми небольшими объемами данных.

4.1. Ограничения BLE

Пропускная способность

Пропускная способность BLE ограничена физической пропускной способностью радиоканала, т.е. скоростью, с которой данные передаются по радиоканалу. Пропускная способность зависит от используемой версии Bluetooth. Для Bluetooth 4.2 и более ранних, доступна только пропускная способность в 1 Мбит/с. В Bluetooth 5 и более поздних версиях пропускная способность зависит от выбранного режима PHY (Physical Layer, рассматривается в разделе физического уровня). Она может составлять 1 Мбит/с как в более ранних версиях или 2 Мбит/с при использовании высокоскоростной передачи. При использовании функции дальней связи пропускная способность ограничена значениями 500 или 125 кбит/с. Мы обсудим это более подробно в главе, посвященной Bluetooth 5.

Скорость передачи с точки зрения конечного пользователя всегда будет ниже скорости передачи по радиоканалу в силу следующих факторов:

Промежутки между пакетами данных: спецификация Bluetooth определяет зазор в 150 микросекунд между передаваемыми пакетами как требование для соблюдения спецификации. В этот промежуток времени невозможна передача данных между устройствами.
Служебная информация внутри пакета: каждый пакет содержит помимо полезной нагрузки заголовок и служебные данные, обрабатываемые на уровнях ниже уровня приложения. Они учитываются при передаче данных, но не используются вашим приложением.
Требование на передачу служебной информации периферийным устройством: спецификация требует обязательного ответа ведомого устройства на каждый пакет, переданный ведущим. В случае, когда необходимая для передачи информация отсутствует, передается пустой пакет.
Переотправка пакетов данных: в случае потери пакета или перекрестных помех от находящихся поблизости устройств, потерянные или поврежденные данные отправляются заново.

Дальность передачи

BLE был разработан для применения на коротких расстояниях, и, следовательно, его диапазон действия ограничен. Вот некоторые факторы, ограничивающие дальность передачи при помощи BLE:

На передачу в ISM-диапазоне 2.4 ГГц сильно влияют окружающие нас препятствия, такие как металлические предметы, бетонные стены, вода и человеческие тела.
Диаграмма направленности и коэффициент усиления антенны.
Корпус устройства, в котором находится антенна, также ухудшает характеристики антенны.
Ориентация устройства в пространстве, от которого зависит ориентация антенны, например в смартфонах.

Потребность в шлюзе для интернет-соединения

Для передачи данных с устройства, поддерживающего только BLE-соединение, необходимо другое устройство с поддержкой как BLE, так и IP-соединения. Именно оно будет получать данные и отправлять их в интернет.

4.2 Преимущества BLE

Даже с учетом представленных выше ограничений BLE имеет некоторые существенные преимущества перед другими аналогичными технологиями передачи данных для IoT.

Вот некоторые из них:

По сравнению с другими низкопотребляющими технологиями передачи данных, BLE потребляет гораздо меньше электроэнергии. Это достигается благодаря глубокой оптимизации протокола, выключению передатчика при первой возможности и пересылке малых объемов данных на низкой скорости.

Бесплатный доступ к официальным спецификациям;

Чтобы получить доступ к спецификациям большинства других протоколов вы должны стать членом официальной группы или консорциума по этому стандарту. Стать членом можно за внушительную сумму (от 7500 до 35000 долларов в год). В случае с BLE, спецификации для основных версий (4.0, 4.1, 4.2, 5) доступны для загрузки с сайта Bluetooth абсолютно бесплатно.

Низкая цена модулей и чипсетов по сравнению с другими технологиями;
Наконец, не менее важный фактор – наличие в большинстве смартфонов на рынке. Возможно, это наибольшее преимущество BLE перед такими технологиями как ZigBee, Z-Wave и Thread.

4.3 Наиболее подходящие области применения BLE

Исходя из ограничений и преимуществ, указанных выше, существуют варианты использования, где BLE раскрывается наиболее полно:

BLE подходит для случаев, когда устройство передает небольшие объемы данных, например, данные датчиков или команды исполнительных устройств.

В случаях, когда BLE не удовлетворяет основным требованиям системы, он может использоваться для настройки устройства до того, как оно окажется подключенным к основной сети передачи данных.

Например, некоторые устройства с поддержкой WiFi добавляют BLE как вспомогательный протокол вместо использования таких технологий как WiFi Direct. Это технология, которая позволяет двум устройствам с поддержкой WiFi соединяться напрямую, минуя роутер. Вы можете узнать подробнее о ней на Википедии или здесь.

Использование смартфона в качестве интерфейса;

Компактные малопотребляющие устройства обычно не имеют больших экранов и зачастую отображают ограниченное количество данных конечному пользователю,например, путем светодиодной индикации. В настоящее время, благодаря широкому распространению смартфонов, BLE может предложить альтернативный, гораздо более информативный и удобный интерфейс для этих устройств. Еще одним преимуществом смартфона является возможность загрузки данных в облако.

Персональные и носимые устройства;

Для случаев, когда устройство является носимым и находится вне зоны покрытия беспроводных сетей (таких как WiFi или сотовая связь), BLE может оказаться единственным доступным способом подключения.

Устройства без возможности установления соединения.

Вероятно вы слышали или видели ранее такие устройства как маячки. У этих устройств одна простая задача – выдавать через определенные промежутки времени в эфир данные так, чтобы другие устройства могли их обнаружить и принять передаваемые данные. Существуют и другие технологии, которые могут быть использованы для этих целей. Тем не менее BLE становится все более популярным, так как большинство людей имеют смартфоны, которые поддерживают BLE «из коробки».

Все вышеперечисленные сценарии только выигрывают от использования BLE. С другой стороны, есть условия, при которых, как правило, использование BLE невозможно или не дает ощутимых преимуществ, такие как:

Потоковая передача видео;
Трансляция высококачественного звука (прим.: стала возможна в BLE 5.2);
Передача больших объемов данных в течении длительного времени в тех случаях, когда важно сокращение энергопотребления.

Архитектура BLE

Рисунок ниже иллюстрирует различные уровни, присущие архитектуре BLE. Три главных блока в этой архитектуре – приложение, хост и контроллер.

Рис.3: Архитектура BLE

В этой книге мы сфокусируемся на верхних уровнях архитектуры, кратко ознакомившись с нижними уровнями в этой главе. Подробное описание верхних уровней – GAP (Generic Access Profile), GATT (Generic Attribute Profile) и Security Manager – вынесем в отдельные главы.

Прикладной уровень

Прикладной уровень зависит от варианта использования девайса/приложения и относится к реализации на основе общего профиля доступа (GAP) и общего профиля атрибутов (GATT) – он отвечает за то, как ваше приложение обрабатывает данные, полученные от других устройств и отправленные на них, а также управляющую логику.

Эта часть является кодом, который вы написали для своего приложения и, как правило, не является частью BLE-стека для платформы, под которую вы разрабатываете. Эта часть не рассматривается в книге, поскольку она зависит от специфики вашего приложения и способа использования.

Хост-уровень

Хост включает следующие уровни:

Общий профиль доступа (GAP, Generic Access Profile);
Общий профиль атрибутов (GATT, Generic Attribute Profile);
Протокол атрибутов (ATT, Attribute Protocol);
Менеджер безопасности (SM, Security Manager);
Протокол управления и адаптации логических связей (L2CAP, Logical Link Control and Adaptation Protocol);
Интерфейс хост-контроллера (HCI, Host Controller Interface), зона ответственности хоста.

Контроллер

Контроллер включает следующие уровни:

Физический уровень (PHY, Physical Layer);
Слой связи (Link Layer);
Режим прямого тестирования (DTM, Direct Test Mode);
Интерфейс хост-контроллера (HCI, Host Controller Interface), зона ответственности контроллера.

Уровни архитектуры BLE

Физический уровень (PHY)

PHY относится к части оборудования, ответственного за прием, передачу, модуляцию и демодуляцию сигнала. BLE работает в ISM-диапазоне (2.4 ГГЦ), который разделен на 40 каналов по 2 Мгц, как показано на рисунке ниже:

Рис.4: Частотный спектр и радиоканалы в BLE

Три выделенных канала носят название Первичных Широковещательных Каналов, в то время, как оставшиеся 37 используются в роли Вторичных Широковещательных и для передачи данных во время соединения. Мы подробно рассмотрим принципы их использования в разделе “Адвертайзинг и сканирование”, но для начала кратко ознакомимся с ними в этой главе.

Адвертайзинг заключается в рассылке широковещательных пакетов по трем Первичным Каналам Адвертайзинга (или части из них). Это дает возможность обнаружить широковещающее устройство и прочитать его данные сканирующим устройствам. После этого сканирующее устройство может инициировать соединение, если широковещающее разрешает подключение. Также сканирующее устройство может послать запрос на сканирование, и, если широковещающее устройство поддерживает эту функцию, то оно пошлет ответ на сканирование. Запросы на сканирование и ответы на него позволяют передавать дополнительные данные без подключения к устройству.

Вот некоторые другие важные технические детали, касающиеся физического уровня передачи BLE:

Он использует скачкообразную перестройку несущей частоты (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum), что позволяет двум взаимодействующим устройствам переключаться на случайные предварительно согласованные частоты для обмена данными. Это значительно повышает надежность и позволяет устройствам избегать перегруженных каналов.
Мощность передачи может быть:

Не более: 100 мВт (+20 дБм) для версии 5 и более новых, 10 мВт (+10 дБм) для версии 4.2 и более старых;

Не менее: 0.01 мВт (-20 дБм).

В старых версиях Bluetooth (4.0, 4.1 и 4.2) была доступна только одна скорость передачи – 1 Мбит/с. Физический уровень радио (PHY) в этом случае называется 1M PHY и является обязательным во всех версиях, включая Bluetooth 5. В Bluetooth 5 были также введены два новых дополнительных PHY:
- 2 Мбит/с PHY, используемый для удвоения скорости передачи по сравнению с более ранними версиями Bluetooth.
- Кодированный PHY, используемый для связи на дальних расстояниях.
Мы рассмотрим эти два новых PHY и концепцию кодирования в главе, посвященной Bluetooth 5.

Канальный уровень

Канальный уровень отвечает за взаимодействие с физическим уровнем радио и предоставление другим уровням абстракции для взаимодействия с радио (через промежуточный уровень интерфейса хост-контроллера, который мы вскоре обсудим). Он отвечает за управление состоянием радио и соблюдение требований к временным задержкам, необходимых для удовлетворения спецификации BLE. Также он отвечает за управление аппаратно-ускоренными операциями, такими как вычисление контрольных сумм, генерацию случайных чисел и шифрование.

Существует три основных состояния, в которых может находиться устройство с BLE:
- Широковещательное состояние (Advertising);
- Состояние сканирования (Scanning);
- Подключенное состояние.
Когда устройство посылает широковещательные пакеты, оно позволяет сканирующим устройствам обнаружить себя и подключиться. Если широковещающее устройство допускает подключения, сканирующее устройство нашло его и послало запрос на подключение, оба они переходят в подключенное состояние.

Канальный уровень управляет различными состояниями радио, показанными на рисунке:
- Standby: состояние по умолчанию, когда радио не передает и не принимает никаких данных.
- Advertising: состояние, в котором устройство посылает широковещательные пакеты для обнаружения и чтения другими устройствами.
- Scanning: состояние, в котором устройство ищет устройства, посылающие широковещательные пакеты.
- Initiating: состояние, в котором начинается процесс установки соединения с устройством, находящимся в состоянии advertising.
- Connected: Состояние, в котором одно устройство установило соединение с другим и регулярно обменивается с ним информацией. В подключенном состоянии устройство, которое находилось в состоянии scanning и инициировало соединение, называется ведущим. Устройство, которое рассылало широковещательные пакеты, называется ведомым.
Мы рассмотрим эти состояния более подробно в последующих главах.

Bluetooth-устройства идентифицируются посредством 48-битного адреса, похожего на MAC-адрес. Существуют два основных типа адресов: публичный и случайный.

Это фиксированный адрес, запрограммированный на фабрике. Он не может быть изменен и должен быть зарегистрирован в IEEE (также, как и MAC-адреса устройств с поддержкой WiFi или Ethernet).

Так как у производителей есть возможность выбирать, какой тип адреса использовать (публичный или случайный), случайные адреса встречаются более часто, так как они не требуют регистрации в Институте инженеров электротехники и электроники. Случайный адрес программируется на устройстве или генерируется в ходе выполнения программы. Он может относиться к одному из следующих подтипов:
- Статический адрес
  - Используется в качестве замены публичного адреса;
  - Может быть заново сгенерирован при загрузке кода или оставаться постоянным в течение всего срока службы;
  - Не может изменяться при включении или выключении.
  - Случайный, генерируется на определенный промежуток времени;
  - Широко не используется.
  – Разрешимый частный адрес:
  - Используется для обеспечения безопасности;
  - Генерируется с использованием ключа (IRK, Identity Resolving Key) и случайного числа;
  - Периодически меняется (даже во время соединения);
  - Используется для защиты от отслеживания злоумышленниками;
  - Доверенные устройства (связанные, описанные в главе, посвященной безопасности) могут расшифровать адрес, используя предварительно сохраненный ключ.
  Режим прямого тестирования
  
  Режим прямого тестирования (DTM, Direct Test Mode) используется исключительно для проведения испытаний радиочасти во время производства или сертификационных испытаний. Он не относится напрямую к теме нашей книги, поэтому мы оставим его без подробного рассмотрения.
  
  Уровень интерфейса хост-контроллера (HCI)
  
  Интерфейс хост-контроллера – это стандартный протокол, определенный спецификацией Bluetooth, который позволяет уровню хоста коммуницировать с уровнем контроллера. Эти уровни могут быть реализованы на двух раздельных микросхемах или существовать на одной. В этом смысле он также обеспечивает взаимодействие между микросхемами, поэтому разработчик устройства может выбрать два сертифицированных Bluetooth-устройства, контроллер и хост, и быть на 100% уверенным в том, что они совместимы друг с другом в плане связи между уровнями хоста и контроллера.
  
  В случае, когда хост и контроллер находятся на разных микросхемах, связь между ними может быть реализована посредством трех официально поддерживаемых физических интерфейсов: UART, USB или SDIO (Secure Digital Input Output). В случае, когда хост и контроллер находятся на одной и той же микросхеме, интерфейс хост-контроллера будет логическим интерфейсом.
  
  Задача интерфейса хост-контроллера состоит в передаче команд от хоста контроллеру и передаче информации и событий от контроллера к хосту. На рисунке ниже приведен пример обмена командами и событиями между уровнями хоста и контроллера.
  
  Примеры сообщений включают в себя: пакеты команд, настройку контроллера, запрос действий, управление параметрами соединения, пакеты событий, завершение команд и события состояния.
  
  Уровень протокола управления и адаптации логического канала (L2CAP)
  
  Протокол L2CAP предоставляет услуги по работе с данными, как ориентированные на соединения, так и без ориентации на них, протоколам более высокого уровня с возможностями мультиплексирования и обеспечения операций по сегментации и обратной сборке. Он заимствован из стандарта Bluetooth Classic и в случае BLE выполняет следующие задачи:
  - Принимает несколько протоколов с верхних уровней и помещает их в стандартные пакеты BLE, которые передаются на нижние уровни под ним.
  - Управляет фрагментацией и рекомбинацией пакетов. Он берет большие пакеты с верхних уровней и разбивает их на порции, которые соответствуют максимальному размеру полезной нагрузки BLE, поддерживаемому для передачи. На стороне получателя он принимает несколько пакетов и объединяет их в один пакет, который может быть обработан верхними уровнями.
  В случае BLE уровень L2CAP управляет двумя основными протоколами: протоколом атрибутов (ATT, рассмотрен в главе, посвященной GATT) и протоколу управления безопасностью (SMP, рассмотрен в главе, посвященной безопасности).
  
  Слои верхнего уровня
  
  Протокол атрибутов (АТТ), общий профиль атрибутов (GATT), менеджер безопасности (SM) и общий профиль доступа (GAP) будут подробно рассмотрены в следующих главах.
  
  На этом заканчивается первая глава книги. Большое спасибо дочитавшим. Следующая часть будет посвящена классам устройств и адвертайзингу – методу, с помощью которого устройства сообщают о своем присутствии окружающему миру.
  Похожие публикации: