Bluetooth 5.0 έγινε πραγματικότητα. Σε σύγκριση με το Bluetooth 4.0, η νέα έκδοση έχει διπλάσια χωρητικότητα, τετραπλάσια εμβέλειακαι μια σειρά από άλλες βελτιώσεις. Ας δούμε τα πλεονεκτήματα του Bluetooth 5.0 έναντι των προκατόχων του, συμπεριλαμβανομένου ενός παραδείγματος CPU CC2640R2Fαπό Texas Instruments.
Η δημοτικότητα της έκδοσης πρωτοκόλλου Bluetooth 4, καθώς και ορισμένοι από τους περιορισμούς της, έγιναν οι λόγοι για τη δημιουργία της επόμενης προδιαγραφής Bluetooth 5. Οι προγραμματιστές έθεσαν αρκετούς στόχους: επέκταση της εμβέλειας, αύξηση της απόδοσης κατά την αποστολή πακέτων εκπομπής , βελτίωση της ατρωσίας από τον θόρυβο και ούτω καθεξής.
Τώρα που άρχισαν να εμφανίζονται οι πρώτες συσκευές με Bluetooth 5, οι χρήστες και οι προγραμματιστές έχουν δικαίως απορίες: ποιες από τις προηγούμενες υποσχέσεις έγιναν πραγματικότητα; Πόσο έχει αυξηθεί η εμβέλεια και η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων; Πώς επηρέασε αυτό τα επίπεδα κατανάλωσης; Πώς έχει αλλάξει η προσέγγιση για τη δημιουργία πακέτων εκπομπής; Ποιες βελτιώσεις έχουν γίνει για τη βελτίωση της ατρωσίας από τον θόρυβο; Και, φυσικά, το κύριο ερώτημα είναι - υπάρχει συμβατότητα προς τα πίσω μεταξύ Bluetooth 5 και Bluetooth 4; Ας απαντήσουμε σε αυτές και μερικές άλλες ερωτήσεις και ας εξετάσουμε τα κύρια πλεονεκτήματα του Bluetooth 5.0 έναντι των προκατόχων του, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης του παραδείγματος ενός πραγματικού επεξεργαστή με υποστήριξη Bluetooth 5.0 που παράγεται από την εταιρεία Texas Instruments.
Ας ξεκινήσουμε την ανασκόπηση του Bluetooth 5.0 απαντώντας στην πιο συχνή ερώτηση σχετικά με τη συμβατότητα με το Bluetooth 4.x
Είναι το Bluetooth 5.0 προς τα πίσω συμβατό με το Bluetooth 4.x;
Ναι είναι. Το Bluetooth 5 υιοθετεί τις περισσότερες από τις δυνατότητες και τις επεκτάσεις του Bluetooth 4.1 και 4.2. Για παράδειγμα, οι συσκευές Bluetooth 5 διατηρούν όλες τις βελτιώσεις ασφάλειας δεδομένων του Bluetooth 4.2 και υποστηρίζουν την επέκταση LE Data Length. Αξίζει να υπενθυμίσουμε ότι χάρη στην επέκταση μήκους δεδομένων LE, ξεκινώντας με το Bluetooth 4.2, το μέγεθος του πακέτου δεδομένων (μονάδα δεδομένων πακέτου, PDU) κατά τη διάρκεια μιας εγκατεστημένης σύνδεσης μπορεί να αυξηθεί από 27 σε 251 byte, γεγονός που σας επιτρέπει να αυξήσετε το ταχύτητα ανταλλαγής δεδομένων κατά 2,5 φορές.
Λόγω του μεγάλου αριθμού διαφορών μεταξύ των εκδόσεων πρωτοκόλλου, διατηρείται ο παραδοσιακός μηχανισμός για τη διαπραγμάτευση παραμέτρων μεταξύ συσκευών κατά τη δημιουργία συνδέσεων. Αυτό σημαίνει ότι πριν ξεκινήσουν την ανταλλαγή δεδομένων, οι συσκευές «γνωρίζονται μεταξύ τους» και καθορίζουν τη μέγιστη συχνότητα μετάδοσης δεδομένων, τη διάρκεια των μηνυμάτων κ.λπ. Σε αυτήν την περίπτωση, οι παράμετροι Bluetooth 4.0 χρησιμοποιούνται από προεπιλογή. Η μετάβαση στις παραμέτρους Bluetooth 5 πραγματοποιείται μόνο εάν, κατά τη διαδικασία σύζευξης, αποδειχθεί ότι και οι δύο συσκευές υποστηρίζουν μια νεότερη έκδοση του πρωτοκόλλου.
Μιλώντας για εργαλεία που είναι ήδη διαθέσιμα στους προγραμματιστές, αξίζει να σημειωθεί ο νέος επεξεργαστής CC2640R2F και το δωρεάν BLE5-Stack από την Texas Instruments. Προς χαρά των προγραμματιστών, το BLE5-Stack βασίζεται στην προηγούμενη έκδοση του BLE-Stack και οι αλλαγές στη χρήση του επηρέασαν μόνο τις νέες δυνατότητες του Bluetooth 5.0.
Πώς έχει αυξηθεί η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων στο Bluetooth 5;
Το Bluetooth 5 χρησιμοποιεί ασύρματη σύνδεση με φυσικούς ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων έως και 2 Mbps, που είναι δύο φορές ταχύτερος από το Bluetooth 4.x. Αξίζει να σημειωθεί εδώ ότι η αποτελεσματική ισοτιμία ανταλλαγής δεδομένων εξαρτάται όχι μόνο από τη φυσική απόδοση του καναλιού μετάδοσης, αλλά και από την αναλογία της υπηρεσίας και των χρήσιμων πληροφοριών στο πακέτο, καθώς και από το σχετικό κόστος «γενικών εξόδων», για παράδειγμα , απώλεια χρόνου μεταξύ πακέτων (Πίνακας 1).
Τραπέζι 1. Ταχύτητα επικοινωνίας για διαφορετικές εκδόσειςBluetooth
Στις εκδόσεις Bluetooth 4.0 και 4.1, το φυσικό εύρος ζώνης του καναλιού ήταν 1 Mbit/s, το οποίο, με μήκος πακέτου δεδομένων PDU 27 byte, επέτρεψε την επίτευξη ισοτιμιών ανταλλαγής έως και 305 kbit/s. Το Bluetooth 4.2 παρουσίασε το LE Data Length Extension. Χάρη σε αυτό, μετά τη δημιουργία σύνδεσης μεταξύ συσκευών, κατέστη δυνατή η αύξηση του μήκους του πακέτου στα 251 byte, γεγονός που οδήγησε σε αύξηση της ταχύτητας ανταλλαγής δεδομένων κατά 2,5 φορές - έως και 780 kbit/s.
Η έκδοση Bluetooth 5 διατηρεί την υποστήριξη για την επέκταση μήκους δεδομένων LE, η οποία, μαζί με την αύξηση της φυσικής απόδοσης στα 2 Mbit/s, επιτρέπει την επίτευξη ταχύτητων ανταλλαγής δεδομένων έως και 1,4 Mbit/s.
Όπως δείχνει η πρακτική, αυτή η επιτάχυνση της μεταφοράς δεδομένων δεν είναι το όριο. Για παράδειγμα, ο ασύρματος μικροελεγκτής CC2640R2F μπορεί να λειτουργεί με ταχύτητες έως και 5 Mbps.
Αξίζει να αναφερθεί η κοινή εσφαλμένη αντίληψη ότι η αύξηση της απόδοσης στα 2 Mbit/s επιτεύχθηκε με τη μείωση της εμβέλειας. Φυσικά, φυσικά το τσιπ πομποδέκτη (PHY) όταν λειτουργεί σε συχνότητα 2 Mbit/s έχει 5 dBm λιγότερη ευαισθησία από ότι όταν λειτουργεί σε συχνότητα 1 Mbit/s. Ωστόσο, εκτός από την ευαισθησία, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που συμβάλλουν στην αύξηση του εύρους, για παράδειγμα, η μετάβαση στην κωδικοποίηση δεδομένων. Για το λόγο αυτό, αν και όλα τα άλλα είναι ίδια, το Bluetooth 5 αποδεικνύεται πιο αξιόπιστο και έχει μεγαλύτερη εμβέλεια σε σύγκριση με το Bluetooth 4.0. Αυτό συζητείται λεπτομερώς σε μία από τις ακόλουθες ενότητες του άρθρου.
Πώς να ενεργοποιήσετε τη λειτουργία μεταφοράς δεδομένων υψηλής ταχύτητας στο Bluetooth 5;
Κατά τη δημιουργία μιας σύνδεσης μεταξύ δύο συσκευών Bluetooth, χρησιμοποιούνται αρχικά οι ρυθμίσεις Bluetooth 4.0. Αυτό σημαίνει ότι στο πρώτο στάδιο οι συσκευές ανταλλάσσουν δεδομένα με ταχύτητα 1 Mbit/s. Μόλις δημιουργηθεί η σύνδεση, η κύρια μονάδα με δυνατότητα Bluetooth 5.0 μπορεί να ξεκινήσει τη Διαδικασία ενημέρωσης PHY, στόχος της οποίας είναι η δημιουργία μέγιστης ταχύτητας 2 Mbps. Αυτή η λειτουργία θα είναι επιτυχής μόνο εάν η υποτελής υποστηρίζει επίσης Bluetooth 5.0. Διαφορετικά, η ταχύτητα παραμένει στο 1 Mbit/s.
Για προγραμματιστές που έχουν χρησιμοποιήσει προηγουμένως το Texas Instruments BLE-Stack, τα καλά νέα είναι ότι το νέο BLE5-Stack παρέχει μια ενιαία λειτουργία, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(), για την εκτέλεση αυτής της διαδικασίας. Έτσι, κατά τη μετάβαση στο Bluetooth 5.0, οι χρήστες προϊόντων TI δεν θα έχουν προβλήματα με την αρχική προετοιμασία. Επίσης χρήσιμο για τους προγραμματιστές θα είναι ένα παράδειγμα που δημοσιεύτηκε στην πύλη GitHub, το οποίο σας επιτρέπει να αξιολογήσετε τη λειτουργία δύο μικροελεγκτών CC2640R2F που λειτουργούν ως μέρος των CC2640R2 LaunchPads σε λειτουργίες υψηλής ταχύτητας και μεγάλης εμβέλειας.
Πώς έχει αυξηθεί η εμβέλεια του Bluetooth 5;
Η προδιαγραφή Bluetooth 5.0 αναφέρει ότι το εύρος είναι τέσσερις φορές μεγαλύτερο από το Bluetooth 4.0. Αυτό είναι ένα αρκετά λεπτό ζήτημα που αξίζει να σταθούμε με περισσότερες λεπτομέρειες.
Πρώτον, η έννοια του «τέσσερις φορές» είναι σχετική και δεν συνδέεται με ένα συγκεκριμένο εύρος σε μέτρα ή χιλιόμετρα. Το γεγονός είναι ότι το εύρος εκπομπής ραδιοφώνου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από διάφορους παράγοντες: την κατάσταση του περιβάλλοντος, το επίπεδο παρεμβολής, τον αριθμό των συσκευών που εκπέμπουν ταυτόχρονα και ούτω καθεξής. Ως αποτέλεσμα, κανένας κατασκευαστής, όπως και ο ίδιος ο προγραμματιστής του προτύπου Bluetooth SIG, δεν παρέχει συγκεκριμένες τιμές. Η αύξηση της εμβέλειας μετριέται σε σύγκριση με το Bluetooth 4.0.
Για περαιτέρω ανάλυση, είναι απαραίτητο να γίνουν ορισμένοι μαθηματικοί υπολογισμοί και να εκτιμηθεί ο προϋπολογισμός ισχύος του ραδιοφωνικού καναλιού. Όταν χρησιμοποιείτε λογαριθμικές τιμές, ο προϋπολογισμός του ραδιοφωνικού καναλιού (dB) είναι ίσος με τη διαφορά μεταξύ της ισχύος πομπού (dBm) και της ευαισθησίας του δέκτη (dBm):
Προϋπολογισμός ραδιοφωνικού καναλιού = ισχύςΤ Χ(dBm) – ευαισθησίαR X(dBm)
Για το Bluetooth 4.0, η τυπική ευαισθησία του δέκτη είναι -93 dBm. Αν υποθέσουμε ότι η ισχύς του πομπού είναι 0 dBm, τότε ο προϋπολογισμός είναι 93 dB.
Ο τετραπλασιασμός του εύρους θα απαιτούσε αύξηση του προϋπολογισμού κατά 12 dB, με αποτέλεσμα μια τιμή 105 dB. Πώς υποτίθεται ότι θα επιτευχθεί αυτή η τιμή; Υπάρχουν δύο τρόποι:
- αύξηση της ισχύος πομπού?
- αύξηση της ευαισθησίας των δεκτών.
Εάν ακολουθήσετε την πρώτη διαδρομή και αυξήσετε την ισχύ του πομπού, αυτό θα προκαλέσει αναπόφευκτα αύξηση της κατανάλωσης. Για παράδειγμα, για το CC2640R2F, η μετάβαση σε ισχύ εξόδου 5 dBm οδηγεί σε αύξηση της κατανάλωσης ρεύματος στα 9 mA (Εικόνα 1). Στα 10 dBm το ρεύμα θα αυξηθεί στα 20 mA. Αυτή η προσέγγιση δεν είναι ελκυστική για τις περισσότερες ασύρματες συσκευές που τροφοδοτούνται με μπαταρία και δεν είναι πάντα κατάλληλη για το IoT, που είναι ο τομέας στον οποίο στόχευε κυρίως το Bluetooth 5.0. Για το λόγο αυτό, η δεύτερη λύση φαίνεται προτιμότερη.
Για να αυξηθεί η ευαισθησία του δέκτη, προτείνονται δύο μέθοδοι:
- μείωση της ταχύτητας μετάδοσης·
- χρήση κωδικοποιημένης κωδικοποίησης δεδομένων PHY.
Η μείωση του ρυθμού μετάδοσης δεδομένων κατά οκτώ αυξάνει θεωρητικά την ευαισθησία του δέκτη κατά 9 dB. Έτσι, η επιθυμητή τιμή είναι μόνο 3 dB μικρή.
Τα απαιτούμενα 3 dB μπορούν να επιτευχθούν χρησιμοποιώντας πρόσθετη κωδικοποίηση κωδικοποιημένης PHY. Προηγουμένως, στις εκδόσεις Bluetooth 4.x, η κωδικοποίηση bit ήταν σαφής 1:1. Αυτό σημαίνει ότι η ροή δεδομένων στάλθηκε απευθείας στον διαφορικό αποδιαμορφωτή. Στο Bluetooth 5.0, όταν χρησιμοποιείτε το Coded PHY, υπάρχουν δύο πρόσθετες μορφές μετάδοσης:
- με κωδικοποίηση 1:2, στην οποία κάθε bit δεδομένων συσχετίζεται με δύο bit στη ροή δεδομένων ραδιοφώνου. Για παράδειγμα, ένα λογικό "1" αντιπροσωπεύεται ως ακολουθία του "10". Σε αυτήν την περίπτωση, η φυσική ταχύτητα παραμένει ίση με 1 Mbit/s και η πραγματική ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων πέφτει στα 500 kbit/s.
- Με κωδικοποίηση 1:4. Για παράδειγμα, ένα λογικό "1" αντιπροσωπεύεται από την ακολουθία "1100". Ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων μειώνεται στα 125 kbit/s.
Η περιγραφόμενη προσέγγιση ονομάζεται Forward Error Correction (FEC) και επιτρέπει τον εντοπισμό και τη διόρθωση σφαλμάτων στην πλευρά λήψης, αντί να απαιτείται η αναμετάδοση των πακέτων, όπως συνέβαινε στο Bluetooth 4.0.
Στα χαρτιά όλα φαίνονται καλά. Μένει μόνο να μάθουμε πώς αυτοί οι θεωρητικοί υπολογισμοί αντιστοιχούν στην πραγματικότητα. Για παράδειγμα, ας πάρουμε τον ίδιο μικροελεγκτή CC2640R2F. Χάρη σε διάφορες βελτιώσεις και νέες λειτουργίες διαμόρφωσης Bluetooth 5.0, ο πομποδέκτης αυτού του επεξεργαστή έχει ευαισθησία -97 dBm στο 1 Mbps και -103 dBm όταν χρησιμοποιεί Coded PHY και 125 kbps. Έτσι, στην τελευταία περίπτωση, λείπουν μόνο 2 dBm από το επίπεδο των 105 dB.
Για να αξιολογήσουν την εμβέλεια του CC2640R2F, μηχανικοί από την Texas Instruments πραγματοποίησαν ένα πείραμα πεδίου στο Όσλο. Ταυτόχρονα, από την άποψη του επιπέδου θορύβου, το περιβάλλον σε αυτό το πείραμα δεν μπορεί να ονομαστεί «φιλικό», καθώς το επιχειρηματικό τμήμα της πόλης ήταν σε κοντινή απόσταση.
Για να αποκτήσετε έναν προϋπολογισμό ισχύος μεγαλύτερο από 105 dB, αποφασίστηκε να αυξηθεί η ισχύς του πομπού στα 5 dBm. Αυτό μας επέτρεψε να επιτύχουμε μια εντυπωσιακή τελική τιμή 108 dBm (Εικόνα 2). Κατά την εκτέλεση του πειράματος, η εμβέλεια ήταν 1,6 km, που είναι ένα πολύ εντυπωσιακό αποτέλεσμα, ειδικά αν ληφθεί υπόψη το ελάχιστο επίπεδο κατανάλωσης ραδιοπομπών.
Πώς έχει αλλάξει η προσέγγιση στα μηνύματα μετάδοσης Bluetooth 5;
Προηγουμένως, το Bluetooth 4.x χρησιμοποιούσε τρία αποκλειστικά κανάλια δεδομένων για τη δημιουργία συνδέσεων μεταξύ συσκευών (37, 38, 39). Με τη βοήθειά τους, οι συσκευές βρήκαν η μία την άλλη και αντάλλαξαν πληροφορίες υπηρεσιών. Ήταν επίσης δυνατή η μετάδοση πακέτων δεδομένων εκπομπής μέσω αυτών. Αυτή η προσέγγιση έχει μειονεκτήματα:
- Με μεγάλο αριθμό ενεργών πομπών, αυτά τα κανάλια μπορούν απλά να υπερφορτωθούν.
- Όλο και περισσότερες συσκευές χρησιμοποιούν μηνύματα εκπομπής χωρίς να δημιουργούν σύνδεση σημείου προς σημείο. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για το Internet of Things IoT.
- το νέο σύστημα κωδικοποίησης κωδικοποιημένου PHY θα απαιτήσει οκτώ φορές περισσότερο χρόνο για να δημιουργήσει μια σύνδεση, η οποία θα φορτώσει επιπλέον τα κανάλια εκπομπής.
Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων στο Bluetooth 5.0, αποφασίστηκε η μετάβαση σε ένα σχήμα στο οποίο τα δεδομένα μεταδίδονται και στα 37 κανάλια δεδομένων και τα κανάλια υπηρεσίας 37, 38, 39 χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεικτών. Ο δείκτης αναφέρεται στο κανάλι μέσω του οποίου θα μεταδοθεί το μήνυμα εκπομπής. Σε αυτή την περίπτωση, τα δεδομένα μεταδίδονται μόνο μία φορά. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατό να εκτονωθεί σημαντικά το φορτίο στα κανάλια εξυπηρέτησης και να εξαλειφθεί αυτή η συμφόρηση.
Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι τώρα το μήκος δεδομένων ενός πακέτου εκπομπής μπορεί να φτάσει τα 255 byte αντί για 6...37 bytes PDU στο Bluetooth 4.x. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό για εφαρμογές IoT, καθώς επιτρέπει την ελαχιστοποίηση των γενικών εξόδων μετάδοσης και την εξάλειψη των συνδέσεων, μειώνοντας έτσι την κατανάλωση.
Το Bluetooth 5 υποστηρίζει δίκτυα Mesh;
Λύσεις Texas Instruments για Bluetooth 5
Ένας από τους πρώτους μικροελεγκτές με Bluetooth 5.0 ήταν ο υψηλής απόδοσης επεξεργαστής CC2640R2F που κατασκευάστηκε από την Texas Instruments.
Το CC2640R2F είναι χτισμένο σε έναν σύγχρονο πυρήνα 32-bit ARM Cortex-M3 με συχνότητα λειτουργίας έως και 48 MHz. Η λειτουργία του ραδιοπομπού ελέγχεται από τον δεύτερο πυρήνα 32-bit ARM Cortex-M0 (Εικόνα 3). Επιπλέον, το CC2640R2F διαθέτει πλούσια ψηφιακά και αναλογικά περιφερειακά.
Το πλεονέκτημα του μικροελεγκτή CC2640R2F είναι επίσης το χαμηλό επίπεδο κατανάλωσης (Πίνακας 2). Αυτό ισχύει για όλους τους τρόπους λειτουργίας. Για παράδειγμα, στην ενεργή λειτουργία, κατά τη λήψη δεδομένων μέσω ενός ραδιοφωνικού καναλιού, η κατανάλωση είναι 5,9 mA και κατά τη μετάδοση - 6,1 mA (0 dBm) ή 9,1 mA (5 dBm). Κατά τη μετάβαση σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας, το ρεύμα τροφοδοσίας πέφτει εντελώς στο 1 μΑ.
Ο συνδυασμός τριών σημαντικών ιδιοτήτων όπως η υποστήριξη Bluetooth 5.0, η χαμηλή κατανάλωση και η υψηλή απόδοση καθιστούν το CC2640R2F μια πολύ ενδιαφέρουσα λύση για το Internet of Things. Ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας αυτόν τον μικροελεγκτή, μπορείτε να δημιουργήσετε ολόκληρη τη γκάμα συσκευών IoT: αυτόνομους αισθητήρες που λειτουργούν για αρκετά χρόνια με μία μπαταρία, γέφυρες μεταξύ ενός πρόσθετου επεξεργαστή ελέγχου και ενός καναλιού Bluetooth 5.0, σύνθετες εφαρμογές που απαιτούν υψηλή υπολογιστική ισχύ .
Πίνακας 2. Κατανάλωση ασύρματου μικροελεγκτήCC2640 R2 φάμε την υποστήριξηBluetooth 5
| Τρόπος λειτουργίας | Παράμετρος | Τιμή (σε Vcc = 3 V) |
|---|---|---|
| Ενεργός Υπολογισμός | μA/MHz ARM® Cortex®-M3 | 61 μA/MHz |
| Coremark/mA | 48,5 | |
| Coremark στα 48 MHz | 142 | |
| Ανταλλαγή ραδιοφώνου | Ρεύμα αιχμής λήψης, mA | 5,9 |
| Ρεύμα αιχμής κατά τη μετάδοση, mA | 6,1 | |
| Λειτουργία ύπνου | Ελεγκτής αισθητήρα, μA/MHz | 8,2 |
| Λειτουργία ύπνου με ενεργοποιημένο το RTC και διατήρηση μνήμης, mA | 1 |
Για να ξεκινήσετε γρήγορα με το CC2640R2F, η Texas Instruments ετοίμασε ένα παραδοσιακό κιτ ανάπτυξης (Εικόνα 4). Χρησιμοποιώντας μερικές τέτοιες συσκευές, μπορείτε να αξιολογήσετε την ταχύτητα και την εμβέλεια της μετάδοσης ραδιοφώνου μέσω Bluetooth 5.0. Για να το κάνετε αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έτοιμα παραδείγματα ή να δημιουργήσετε τη δική σας εφαρμογή με βάση το δωρεάν πρωτόκολλο BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).
συμπέρασμα
Η νέα έκδοση του πρωτοκόλλου Bluetooth 5.0 εστιάζει στη μέγιστη συμμόρφωση με τις ανάγκες του Internet of Things (IoT). Σε σύγκριση με την έκδοση Bluetooth 4.0, έχει μια σειρά από ποιοτικές βελτιώσεις:
- Η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων διπλασιάστηκε και έφτασε τα 2 Mbit/s.
- Το εύρος μετάδοσης έχει τετραπλασιαστεί λόγω της κωδικοποίησης δεδομένων κωδικοποιημένης PHY και Διόρθωσης Προώθησης Σφάλματος (FEC).
- Η απόδοση του μηνύματος μετάδοσης αυξήθηκε 8 φορές.
Επιπλέον, το Bluetooth 5.0 παρέχει συμβατότητα προς τα πίσω με συσκευές Bluetooth 4.x και υποστηρίζει επίσης τις περισσότερες επεκτάσεις νεότερων εκδόσεων του πρωτοκόλλου.
Μπορείτε να αξιολογήσετε τις δυνατότητες του Bluetooth 5.0 τώρα χρησιμοποιώντας εργαλεία που παράγονται από την Texas Instruments. Η εταιρεία παράγει έναν μικροελεγκτή υψηλής απόδοσης και χαμηλής κατανάλωσης CC2640R2F, παρέχει δωρεάν BLE 5 stack 1.0 και πολλά έτοιμα παραδείγματα για το κιτ εντοπισμού σφαλμάτων LAUNCHXL-CC2640R2.
Βιβλιογραφία
- Bluetooth Core Specification 5.0 FAQ. 2016. Bluetooth SIG.
Δεν έχει προβλεφθεί σχεδόν καμία τεχνολογία να πεθαίνει πιο συχνά από το Bluetooth. Ταυτόχρονα, είναι αδύνατο να μην αναγνωρίσουμε την ιδέα της ασύρματης επικοινωνίας ως αρκετά επιτυχημένη: η έκδοση Bluetooth 1.0 εμφανίστηκε στην αγορά πριν από περισσότερα από 15 χρόνια και το Bluetooth δεν έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ σε τόσες πολλές συσκευές όπως είναι τώρα. Όλα χάρη στην έκδοση Bluetooth 4.0, που τώρα, όμως, φαίνεται αρκετά αργό.
Αναβάθμιση σε 4.1
Ένα δισεκατομμύριο συσκευές Bluetooth πωλούνται κάθε χρόνο. Αλλά υπάρχουν ακόμα λίγα gadget με Bluetooth 4.1. Προς το παρόν, έχει ανακοινωθεί το έξυπνο βραχιόλι Huawei TalkBand B1. Πολλά σύγχρονα chipset, όπως αυτά του smartphone OnePlus, θα αναβαθμιστούν επίσης σε 4.1.
Αντικαθιστά Bluetooth χαμηλής ενέργειας(ή Bluetooth Smart) - έκδοση εξοικονόμησης μπαταρίας. Σε αυτήν την περίπτωση, το εύρος δράσης περιορίζεται στα 10 m και ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων είναι 1 Mbit/s, αλλά δεν καταναλώνεται περισσότερο από 10 mA κατά τη μετάδοση.
Και τώρα έρχεται το επόμενο στάδιο: η Ομάδα Ειδικού Ενδιαφέροντος Bluetooth, η οποία περιλαμβάνει περισσότερες από 8.000 εταιρείες, ετοιμάζει μια προδιαγραφή έκδοσης. Φυσικά, δεν πρέπει να περιμένετε επαναστατικές αλλαγές, αλλά οι χρήστες κινητών συσκευών μπορούν να περιμένουν ορισμένες σημαντικές καινοτομίες. Η CHIP αποφάσισε να διευκρινίσει ορισμένα τεχνικά ζητήματα.
Οι περισσότερες από τις καινοτομίες στο Bluetooth 4.1 σχετίζονται με την προστασία παρεμβολών. Το Bluetooth είναι πλέον ένα τυπικό στοιχείο smartphone και tablet. Οι μονάδες LTE θα αρχίσουν σύντομα να εισάγονται σε αυτές τις συσκευές.
Δυστυχώς, το Bluetooth χρησιμοποιεί τη ζώνη συχνοτήτων 2,45 GHz χωρίς άδεια (μαζί με τα 2,6 GHz), καθώς και τη ζώνη LTE στη Ρωσία και σε άλλες χώρες. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αμοιβαία παρεμβολή (βλ. διάγραμμα). Το πρόβλημα είναι ότι ο χρήστης δεν έχει καμία επιρροή στο σήμα LTE.
Οι προγραμματιστές Bluetooth έπρεπε να κάνουν ορισμένα πράγματα για να αποφύγουν παρεμβολές. Και αυτό ακριβώς έγινε στη νέα έκδοση.
Για την ελαχιστοποίηση των παρεμβολών, το Bluetooth 4.1 θα έχει ενσωματωμένο φίλτρο ζώνης LTE. Εάν ένας πομπός LTE παρεμβαίνει στα δεδομένα που μεταδίδονται μέσω Bluetooth, το Bluetooth 4.1 θα ανταποκριθεί αμέσως
Η μονάδα LTE που στέλνει και λαμβάνει δεδομένα παρεμβαίνει στη λειτουργία Bluetooth. Στην έκδοση 4.0, οι απώλειες έφτασαν το 75% των πακέτων. Η έκδοση 4.1 του Bluetooth δεν είναι τόσο ευαίσθητη σε παρεμβολές από LTE. Ένα φίλτρο θορύβου προστατεύει τη μονάδα ραδιοφώνου. Σε δύσκολες περιπτώσεις, το κανάλι αλλάζει αυτόματα. Το λεγόμενο προσαρμοστικό σύστημα μεταγωγής Bluetooth 4.1 θα αναζητήσει άλλο κανάλι όπου υπάρχουν λιγότερες παρεμβολές, μεταδίδοντας και λαμβάνοντας δεδομένα σε διαφορετική συχνότητα. Ενώ με το Bluetooth 4.0 LTE προκαλεί παρεμβολές στο 75% των περιπτώσεων, με το Bluetooth 4.1 αυτό το ποσοστό πέφτει στο 25%.
Λήψη και μετάδοση δεδομένων χωρίς παρεμβολές
Οι συσκευές με Bluetooth χαμηλής ενέργειας είναι ιδιαίτερα δημοφιλείς τώρα. Ειδικά για αυτήν τη λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας, η έκδοση 4.1 έχει μια νέα μέθοδο μεταφοράς δεδομένων που παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Οι χρήστες Bluetooth έχουν μάθει από σκληρή εμπειρία σχετικά με το πρόβλημα των αποσυνδεδεμένων συνδέσεων. Συχνά συνέβαινε ότι εάν ο χρήστης πήγαινε σε άλλο δωμάτιο, η σύνδεση διακόπηκε. Μετά από αυτό, έπρεπε να ρυθμίσω τη σύνδεση με μη αυτόματο τρόπο.
Λιγότερες αποσυνδέσεις με νέο Bluetooth
Εάν δύο συσκευές Bluetooth μετακινηθούν εκτός εμβέλειας, η σύνδεση θα χαθεί. Με το Bluetooth 4.0, οι συσκευές πρέπει να επιστρέψουν εντός 30 δευτερολέπτων για να συνδεθούν αυτόματα. Στην έκδοση 4.1 αυτός ο χρόνος αυξάνεται σε τρία λεπτά.
Με το Bluetooth 4.1, οι κατασκευαστές μπορούν να ορίσουν σταθερά διαστήματα, έτσι ώστε ο χρήστης να μην χρειάζεται να ρυθμίζει μια νέα σύνδεση κάθε φορά μετά την αποσύνδεση. Το Bluetooth 4.1 μπορεί να λειτουργήσει με διακοπτόμενη σύνδεση για έως και τρία λεπτά - προηγουμένως ο αριθμός αυτός δεν ήταν μεγαλύτερος από 30 δευτερόλεπτα.
Το γεγονός ότι δεν χρειάζεται να είστε συνδεδεμένοι σε υπολογιστή για να χρησιμοποιήσετε το Bluetooth αποδεικνύεται από μια καινοτομία που έχει σχεδιαστεί ειδικά για γυαλιά 3D που λειτουργούν σε συνδυασμό με τηλεόραση. Συνήθως, αυτό απαιτούσε σύνδεση σε πολλές συσκευές ταυτόχρονα, επομένως η εικόνα στις τηλεοράσεις συχνά καθυστερούσε. Όλα πρέπει να λειτουργούν καλύτερα τώρα.
Η χωρίς επαφή Slave Broadcast σε Bluetooth 4.1 είναι η δεύτερη νέα δυνατότητα από την οποία θα επωφεληθούν οι λάτρεις των ταινιών 3D. Η σύνδεση Bluetooth είναι μόνο προς μία κατεύθυνση, η τηλεόραση στέλνει δεδομένα σε σταθερά διαστήματα, τα γυαλιά 3D λαμβάνουν δεδομένα αλλά δεν στέλνουν συνδέσεις απόκρισης στην τηλεόραση.
Ευέλικτες συνδέσεις με Bluetooth 4.1
Η αρχιτεκτονική σύνδεσης Bluetooth 4.1 λειτουργεί σύμφωνα με την αρχή Master-Slave. Η μία συσκευή λειτουργεί ως κύριος και η δεύτερη ως σκλάβος. Όλες οι συσκευές μπορούν να λειτουργήσουν και ως κύριοι και ως σκλάβοι.
Έτσι, τα δεδομένα από ένα βραχιόλι γυμναστικής ή μια οθόνη καρδιακών παλμών μπορούν πλέον να μεταφερθούν απευθείας σε ένα smartphone, το οποίο στη συνέχεια θα τα αναλύσει. Προηγουμένως, η άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ ενός βραχιολιού γυμναστικής και ενός smartphone ήταν αδύνατη.
Δύο πλεονεκτήματα της αναβάθμισης Bluetooth: Πρώτον, δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για τη συμβατότητα. Το Bluetooth 4.0 και το Bluetooth 4.1 είναι απολύτως συμβατά. Δεν χρειάζεται επίσης ένα νέο τσιπ για Bluetooth 4.1. Το Bluetooth 4.1 θα είναι διαθέσιμο μέσω ενημέρωσης υλικολογισμικού Bluetooth 4.0.
Οι ειδικοί προβλέπουν επίσης ότι το Bluetooth 4.1 θα υποστηρίζει IPv6. Τώρα αυτό δεν ισχύει. Δεδομένου ότι η νέα έκδοση του Bluetooth υποστηρίζει πλήρως το IPv6, σε όλες τις συσκευές Bluetooth θα εκχωρηθεί μια διεύθυνση IP και θα είναι προσβάσιμη μέσω Διαδικτύου. Μπορούμε λοιπόν να πούμε ότι η επανάσταση του Bluetooth έχει ήδη ξεκινήσει.
Bluetooth σε σύγκριση
Το Bluetooth υπάρχει εδώ και 15 χρόνια, με νέες εκδόσεις να κυκλοφορούν κάθε δύο χρόνια. Η έκδοση 4.0 παρουσίασε ένα προφίλ χαμηλής κατανάλωσης. Δεδομένου ότι οι προκάτοχοί του δεν το έχουν, τα πρωτόκολλα 4.0 και 4.1 δεν είναι συμβατά προς τα πίσω. Στο 4.1 σχεδιάζεται να λειτουργήσει χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο IPv6.
| Bluetooth 4.0 | Bluetooth 3.0 | Bluetooth 2.x | Bluetooth 1.x | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Βασική ταχύτητα | 1 Mbit/s | 1 Mbit/s | 1 Mbit/s | 1 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| Ενισχυμένος ρυθμός δεδομένων (EDR) | 3 Mbit/s | 3 Mbit/s | 3 Mbit/s | 3 Mbit/s | Οχι |
| Υψηλή ταχύτητα | 54 Mbit/s | 54 Mbit/s | 54 Mbit/s | Οχι | Οχι |
| Εύρος (μέγιστη/ελάχιστη ισχύς) | 100 m/10 m | 100 m/10 m | 100 m/αρ | 100 m/αρ | 100 m/αρ |
| Λειτουργία χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας | Ναί | Ναί | Οχι | Οχι | Οχι |
| Διπλό προφίλ (ταυτόχρονος ρόλος ως Slave και Master) | Ναί | Οχι | Οχι | Οχι | Οχι |
| Υποστήριξη IPv6 | ετοιμάζομαι | Οχι | Οχι | Οχι | Οχι |
| Σύζευξη NFC | Ναί | Ναί | Ναί | Ναί | Οχι |
| Κρυπτογράφηση AES 128 bit | Ναί | Ναί | Οχι | Οχι | Οχι |
Φωτογραφίες στο άρθρο:κατασκευαστικές εταιρείες
Η τεχνολογία Bluetooth, την οποία άρχισε να αναπτύσσει η σουηδική εταιρεία Ericsson το 1994, δεν προοριζόταν αρχικά για κινητά τηλέφωνα, αλλά για την ιδέα Flyway που δημιουργήθηκε εκείνα τα χρόνια (www.swedetrack.com). Το Flyway είναι ένα προσωπικό αυτόματο σύστημα μεταφοράς. Είναι ένας εκτεταμένος μονόδρομος με βαγόνια μικρής χωρητικότητας. Καθένας από αυτούς μπορεί να κινηθεί κατά μήκος της δικής του μεμονωμένης διαδρομής εντός του δικτύου - κάτι σαν ταξί, μόνο χωρίς οδηγό. Η τεχνολογία Bluetooth έπαιξε βασικό ρόλο σε αυτό το νέο σύστημα μεταφοράς: με τη βοήθειά της όλα τα στοιχεία αντάλλασσαν δεδομένα μεταξύ τους.
Το ίδιο το όνομα Bluetooth ήταν αρχικά απλώς ένα κωδικό όνομα για αυτό το έργο. Προέρχεται από το παρατσούκλι του Δανού βασιλιά Χάρολντ Μπλάταντ, ο οποίος, όπως λέει ο θρύλος, το έλαβε λόγω των σάπιων δοντιών του. Γιατί μπλε τότε; Αποδεικνύεται ότι στην εποχή των Βίκινγκ, η λέξη «bla» σήμαινε και «μπλε» και «μαύρο». Παρά τα όχι απόλυτα υγιή δόντια του, ο βασιλιάς κατάφερε να ενώσει τα απομονωμένα πριγκιπάτα της Δανίας και να δημιουργήσει ένα ισχυρό κράτος. Η ιδέα της ένωσης ανθρώπων έγινε θεμελιώδης στην ανάπτυξη του Flyway και του πρωτοκόλλου συγχρονισμού του. Όταν ήρθε η εμπορική κυκλοφορία της τεχνολογίας, οι προγραμματιστές του προτύπου δεν μπορούσαν να βρουν ένα πιο κατάλληλο όνομα από τον κωδικό Bluetooth.
Τα πρώτα βήματα του νέου προτύπου
Ήδη κατά την ανάπτυξη της τεχνολογίας, η Ericsson συνειδητοποίησε ότι θα ήταν τέλεια για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ κινητών συσκευών. Το 1998, με πρωτοβουλία της εταιρείας, δημιουργήθηκε μια Ομάδα Ειδικού Ενδιαφέροντος Bluetooth (Bluetooth SIG, www.bluetooth.com), η οποία περιελάμβανε επίσης τις IBM, Intel, Toshiba και Nokia. Την ίδια χρονιά εμφανίστηκε η έκδοση του πρωτοκόλλου Bluetooth 1.0 και λίγο αργότερα, στις αρχές του 1999, κυκλοφόρησε η διορθωμένη έκδοση, Bluetooth 1.0B. Σε αυτές τις εκδόσεις του πρωτοκόλλου, η δημιουργία μιας σύνδεσης απαιτούσε από τις συσκευές να μεταδίδουν τις διευθύνσεις υλικού τους, γεγονός που καθιστούσε αδύνατες τις ανώνυμες συνδέσεις. Στις πρώτες προδιαγραφές, ορισμένα τεχνικά χαρακτηριστικά δεν ήταν αυστηρά καθορισμένα. Εξαιτίας αυτού, ο εξοπλισμός διαφορετικών κατασκευαστών αποδείχθηκε ότι ήταν ουσιαστικά ασυμβίβαστος μεταξύ τους: η εγκατάσταση δύο διαφορετικών συσκευών Bluetooth δεν ήταν, για να το θέσω ήπια, εύκολη.
Αναπήδηση συχνότητας
Το 2001, εισήχθη η προδιαγραφή Bluetooth 1.1 - δεν ήταν πλήρως συμβατή με τις δύο προηγούμενες εκδόσεις του πρωτοκόλλου 1.0, αλλά οι προγραμματιστές διόρθωσαν όλες τις ελλείψεις και τα λάθη.
Εμφανίστηκαν επίσης νέες λειτουργίες: η σύνδεση μπορεί να μην είναι κρυπτογραφημένη, οι συσκευές εμφανίζουν το επίπεδο του ληφθέντος σήματος. Και το πιο σημαντικό, όλες οι επόμενες εκδόσεις του πρωτοκόλλου Bluetooth είναι συμβατές με την έκδοση Bluetooth 1.1, επομένως μπορείτε να το βρείτε σε πολλές συσκευές που λειτουργούν. Οι μονάδες Bluetooth 1.1 είναι πλέον τόσο απλές και φθηνές που η παρουσία τους αυξάνει το κόστος του προϊόντος μόνο κατά λίγα λεπτά.
Το 2003 κυκλοφόρησε η προδιαγραφή Bluetooth 1.2. Χρησιμοποιούσε τεχνολογία AFH για να δώσει προτεραιότητα στις λιγότερο θορυβώδεις συχνότητες. Αυτό αύξησε σημαντικά την θόρυβο των επικοινωνιών και κατέστησε δυνατή την αύξηση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων. Ωστόσο, δεν χρησιμοποιήθηκαν νέα σχήματα διαμόρφωσης, επομένως η μέγιστη ταχύτητα Bluetooth παρέμεινε η ίδια - 721 kbps. Η μόνη διαφορά σε σύγκριση με την έκδοση 1.1 ήταν ότι με το Bluetooth 1.2 η πραγματική ταχύτητα λειτουργίας ήταν πιο κοντά στο θεωρητικά δυνατό όριο λόγω της παρουσίας AFH.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία eSCO, βελτιώθηκε η ποιότητα της φωνής. Επιπλέον, η νέα έκδοση έχει διπλασιάσει την ταχύτητα ανίχνευσης και σύζευξης συσκευών και έχει την προαιρετική δυνατότητα ταυτόχρονης σύνδεσης δύο συσκευών. Μαζί με την έκδοση 1.2, ξεκίνησε η στερεοφωνική μετάδοση ήχου μέσω του προφίλ A2DP.
Πηγαίνετε στο δεύτερο επίπεδο
Τον Νοέμβριο του 2004, κυκλοφόρησε μια νέα έκδοση του Bluetooth 2.0, στην οποία η τεχνολογία EDR εφαρμόστηκε προαιρετικά για πρώτη φορά - οι συσκευές που την υποστηρίζουν εξακολουθούν να επισημαίνονται ως "2.0+EDR". Μέσω της χρήσης των πιο πρόσφατων αλγορίθμων κωδικοποίησης σήματος, το EDR σάς επιτρέπει να μεταφέρετε δεδομένα 3 φορές πιο γρήγορα - έως και 2,1 Mbit/s. Στην ίδια τη ροή δεδομένων, η ταχύτητα μετάδοσης μπορεί να φτάσει τα 3 Mbit/s. Ωστόσο, μέρος αυτού του εύρους ζώνης "καταναλώνεται" - δαπανάται για την εκ νέου αποστολή λανθασμένων πακέτων (λόγω παρεμβολών). Επιπλέον, η κίνηση της υπηρεσίας καταναλώνεται για την κωδικοποίηση και την κρυπτογράφηση πληροφοριών.
Η αύξηση της ταχύτητας μεταφοράς δεδομένων μαζί με την αύξηση της ατρωσίας από το θόρυβο κατέστησε δυνατή τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας Bluetooth κατά περίπου τρεις φορές. Είναι αλήθεια ότι αυτή η δήλωση δεν ισχύει για όλες τις συσκευές, αλλά μόνο για εκείνες που δεν απαιτούν αυξημένη ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων (για παράδειγμα, ακουστικά). Η ταυτόχρονη σύνδεση πολλών συσκευών έχει επίσης απλοποιηθεί: αυξάνοντας το βάθος bit διεύθυνσης, κατέστη δυνατή κατά την κατασκευή ενός τοπικού ασύρματου δικτύου η χρήση όχι 8, όπως πριν, αλλά 256 συσκευών.
Τρέχον στάδιο ανάπτυξης
Το 2007, ενημερώθηκε η προδιαγραφή Bluetooth - εμφανίστηκε η έκδοση 2.1 (επίσης με προαιρετική υποστήριξη EDR), η οποία έλαβε προηγμένη τεχνολογία αιτήματος χαρακτηριστικών συσκευής για γρήγορη ρύθμιση όλων των προφίλ.
Επιπλέον, έχει προστεθεί η τεχνολογία Sniff Subrating εξοικονόμησης ενέργειας με βελτιστοποιημένους κύκλους λειτουργίας και αναμονής. Σας επιτρέπει να αυξήσετε το χρόνο λειτουργίας της συσκευής Bluetooth με μία μόνο φόρτιση μπαταρίας κατά πέντε φορές. Η ενημερωμένη προδιαγραφή του ασύρματου προτύπου Bluetooth 2.1 έχει απλοποιήσει και επιταχύνει σημαντικά τη δημιουργία επικοινωνίας μεταξύ δύο συσκευών και κατέστησε δυνατή την ενημέρωση του κλειδιού κρυπτογράφησης χωρίς διακοπή της σύνδεσης, γεγονός που βελτιώνει την ασφάλεια. Είναι αλήθεια ότι μια τέτοια απλοποίηση της επικοινωνίας είναι δυνατή μόνο εάν και οι δύο συσκευές είναι εξοπλισμένες με μονάδες NFC. Δημιουργούν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε μικρή ακτίνα γύρω από τον εαυτό τους: αρκεί να φέρουν τις συσκευές η μία κοντά στην άλλη για να ξεκινήσει η διαδικασία σύνδεσης.
Οι περισσότεροι υπάρχοντες προσαρμογείς (εδώ λαμβάνουμε υπόψη όχι μόνο καταναλωτικά, αλλά και εταιρικά συστήματα) είναι εξοπλισμένα με ξεπερασμένες μονάδες Bluetooth 1.1 και 1.2. Υποστήριξη για το πρότυπο Bluetooth 2.0+EDR υπάρχει σε σύγχρονα μοντέλα τηλεφώνων και φορητών υπολογιστών. Όσο για το Bluetooth 2.1+EDR, η νέα έκδοση του προτύπου δεν έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη μέχρι πρόσφατα: πολλοί κατασκευαστές για κάποιο λόγο αγνοούν αυτήν την έκδοση.
Ίσως ο λόγος να είναι αυτός: όλα τα πλεονεκτήματά του επιτυγχάνονται μόνο με μια ενσωματωμένη μονάδα NFC, η οποία απαιτεί τουλάχιστον μια πρόσθετη κεραία. Αλλά υπάρχει μια απλούστερη εξήγηση: οι παλαιότερες μονάδες Bluetooth 2.0 είναι φθηνότερες, επομένως είναι πιο κερδοφόρο να τις χρησιμοποιείτε στα πιο σύγχρονα μοντέλα.
BLUETOOTH ΓΙΑ ΕΝΔΥΜΑΤΑ
Η δημιουργία μιας ενεργειακά αποδοτικής έκδοσης του Bluetooth 4.0 ανοίγει συναρπαστικές προοπτικές για τους προγραμματιστές. Για παράδειγμα, τα γάντια Swany G-CELL μπορούν να συνδεθούν σε ένα κινητό τηλέφωνο. Είναι εξοπλισμένα με ειδικά κουμπιά αποδοχής ή απόρριψης κλήσεων, ενσωματωμένο μικρόφωνο και ηχείο, ώστε ο ιδιοκτήτης να μην χρειάζεται καν να βγάλει το τηλέφωνο για να μιλήσει. Τώρα είναι εξοπλισμένα με μονάδα Bluetooth 2.0 και μπορούν να λειτουργήσουν με μία μόνο φόρτιση μόνο για 48 ώρες χρόνο ομιλίας και 240 ώρες χρόνο αναμονής. Η εναλλαγή σε Bluetooth 4.0 θα εξαλείψει την ανάγκη συνεχούς επαναφόρτισης της μπαταρίας.
Bluetooth υψηλής ταχύτητας
Το 2009, υιοθετήθηκε η επόμενη προδιαγραφή Bluetooth 3.0+HS. Το HS (High Speed) είναι ένα νέο επίπεδο ταχύτητας μεταφοράς δεδομένων, το οποίο μπορεί να φτάσει τα 24 Mbit/s. Αυτή η παράμετρος φαινόταν μη ρεαλιστική σε πολλούς ειδικούς, αλλά οι πιο πρόσφατες μονάδες λειτουργούν στην πραγματικότητα πιο γρήγορα από τους προκατόχους τους Bluetooth 2.1. Πράγματι, αυτό φαίνεται απίθανο: εάν η Intel κυκλοφορήσει νέους επεξεργαστές που είναι αρκετά τοις εκατό ταχύτεροι από τα παλαιότερα μοντέλα, όλα τα περιοδικά υπολογιστών γράφουν για αυτό ως ένα απίστευτο επίτευγμα. Και όταν η κοινοπραξία Bluetooth SIG δημιουργεί μια νέα ασύρματη τυπική προδιαγραφή που επιταχύνει τη μεταφορά δεδομένων κατά 10 φορές (!), το συμβάν παραμένει αόρατο στους περισσότερους χρήστες, σαν να μην τους αφορά καθόλου.
Το γεγονός είναι ότι μια τόσο υψηλή ταχύτητα δεν είναι καθόλου δυνατή κατά τη μετάδοση δεδομένων μέσω Bluetooth: εξακολουθεί να περιορίζεται στη μέγιστη ταχύτητα των 2,1 Mbit/s, όπως συνέβη με τη χρήση της τεχνολογίας EDR. Για μετάβαση σε 24 Mbit/s, χρησιμοποιείται απευθείας σύνδεση μέσω του πρωτοκόλλου Wi-Fi. Το πρωτόκολλο Bluetooth σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιείται όχι σε φυσικό, αλλά μόνο σε λογικό επίπεδο: για την οργάνωση της ίδιας της σύνδεσης μεταξύ συσκευών. Το Wi-Fi λειτουργεί ως πρωτόκολλο ραδιομεταφοράς, ενώ η ίδια η διεπαφή Bluetooth παραμένει μόνο ως πλαίσιο για τη σύνδεση συσκευών.
Ωστόσο, η χρήση της τεχνολογίας Wi-Fi για τη μεταφορά δεδομένων δεν σημαίνει ότι η συσκευή σας Bluetooth είναι συμβατή με τα παραδοσιακά δίκτυα Wi-Fi. Μιλάμε μόνο για χρήση του ίδιου μοντέλου φυσικής μετάδοσης σύμφωνα με το πρότυπο IEEE 802.11 - τα τηλέφωνα και τα smartphone με Bluetooth δεν είχαν καμία λογική συμβατότητα με δίκτυα 802.11a/b/g/n.
Μηχανή διαρκούς κίνησης
Φυσικά, το Bluetooth 3.0+HS μπορεί να θεωρηθεί μια πραγματική τεχνολογική ανακάλυψη, αλλά, όπως κάθε σπουδαίο επίτευγμα, έχει ένα μειονέκτημα. Η λειτουργία με τόσο υψηλή ταχύτητα εξαντλεί γρήγορα την μπαταρία, έτσι οι δημιουργοί του νέου προτύπου αντιμετώπισαν αμέσως το πρόβλημα της εξοικονόμησης ενέργειας. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, η τελευταία προδιαγραφή Bluetooth 4.0 κυκλοφόρησε τον Δεκέμβριο του 2009, η οποία μπορεί επίσης να θεωρηθεί ένα εξαιρετικό γεγονός: αν κοιτάξουμε την ιστορία, θα δούμε ότι παλαιότερα, κατά κανόνα, περνούσαν 4 έως 5 χρόνια μεταξύ των κυκλοφοριών του Εκδόσεις Bluetooth. Στο Bluetooth 4.0 δεν υπάρχουν θεμελιώδεις αλλαγές όσον αφορά την ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων· οι καινοτομίες αφορούν μόνο την κατανάλωση ενέργειας. Αυτό το πρότυπο προορίζεται για χρήση κυρίως σε διάφορους αισθητήρες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εξοπλισμό γυμναστικής, ιατρικές συσκευές και αυτοκίνητα. Ο πομπός Bluetooth ενεργοποιείται μόνο κατά την αποστολή δεδομένων, γεγονός που διασφαλίζει ότι η μονάδα μπορεί να λειτουργεί με μπαταρία μίας ώρας για αρκετά χρόνια! Σε αυτή τη λειτουργία, το πρότυπο παρέχει ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων 1 Mbit/s με μέγεθος πακέτου 8–27 byte. Η σύνδεση είναι πολύ πιο γρήγορη: δύο συσκευές Bluetooth μπορούν να δημιουργήσουν μια σύνδεση σε λιγότερο από 5 χιλιοστά του δευτερολέπτου και να διατηρήσουν μια σύνδεση σε απόσταση έως και 100 m. Για αυτό χρησιμοποιείται προηγμένη διόρθωση σφαλμάτων και η κρυπτογράφηση AES 128-bit παρέχει το απαραίτητο επίπεδο ασφάλεια.
Προφίλ Bluetooth
Κάθε συσκευή Bluetooth υποστηρίζει ένα συγκεκριμένο σύνολο λεγόμενων προφίλ - είναι τυποποιημένοι αλγόριθμοι ανταλλαγής δεδομένων. Η υποστήριξη για ορισμένα προφίλ διευκολύνει τον προσδιορισμό των δυνατοτήτων της συσκευής. Για να λειτουργήσει η λειτουργία, το προφίλ πρέπει να υποστηρίζεται και από τις δύο συσκευές Bluetooth.
Για καλύτερη μετάδοση ήχου χρησιμοποιείται A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)– εκτεταμένο προφίλ διανομής ήχου. Είναι υπεύθυνο για τη μετάδοση στερεοφωνικού ήχου μέσω ενός ραδιοφωνικού καναλιού Bluetooth σε οποιαδήποτε συσκευή λήψης. Το προφίλ κάνει διάκριση μεταξύ δύο τύπων συσκευών: πομπός (A2DP-SRC - Advanced Audio Distribution Source), όπως ένα τηλέφωνο. δέκτη (A2DP-SNK - Advanced Audio Distribution Sink), όπως ακουστικά. Κατά την πραγματοποίηση επικοινωνίας, ο πομπός και ο δέκτης συμφωνούν για τον κωδικοποιητή που θα χρησιμοποιηθεί και τις παραμέτρους κωδικοποίησης: bitrate, συχνότητα δειγματοληψίας κ.λπ. Το πρότυπο ορίζει έναν υποχρεωτικό κωδικοποιητή, τον SBC - δεν απαιτεί μεγάλη υπολογιστική ισχύ για κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση, αλλά έχει χαμηλή ποιότητα ήχου. Το SBC επιλέγεται εάν ο δέκτης και ο πομπός δεν μπορούν να «συμφωνήσουν» στη χρήση άλλων κωδικοποιητών: MP3, AAC, ATRAC.
Συνήθως, οι συσκευές που λειτουργούν με A2DP υποστηρίζουν επίσης το προφίλ AVRCP (Προφίλ τηλεχειριστηρίου ήχου/βίντεο). Είναι σχεδιασμένο για τηλεχειρισμό της πηγής σήματος και στην έκδοση AVRCP 1.0 σας επιτρέπει να ξεκινήσετε ή να σταματήσετε την αναπαραγωγή, να επαναφέρετε και να κάνετε εναλλαγή μεταξύ κομματιών. Στην έκδοση προφίλ AVRCP 1.3, το πρωτόκολλο μεταφέρει την τρέχουσα κατάσταση της πηγής και των μεταδεδομένων σχετικά με το ίδιο το στοιχείο πολυμέσων, όπως ο τίτλος του τραγουδιού. Στην έκδοση AVRCP 1.4, κατέστη δυνατή η προβολή λιστών αναπαραγωγής και η επιλογή ενός τραγουδιού.
HID (Προφίλ συσκευής ανθρώπινης διεπαφής)παρέχει υποστήριξη για συσκευές εισόδου: ποντίκια, joysticks, πληκτρολόγια. Υπάρχει επίσης ένας αρκετά μεγάλος αριθμός άλλων προφίλ Bluetooth - ο συνολικός αριθμός τους φτάνει τα 28 (δεδομένα τη στιγμή της σύνταξης).
Στοίβες Bluetooth
Εκτός από το προφίλ, το Bluetooth έχει κάτι σαν στοίβα. Για ευκολία κατανόησης, μπορούμε να το σκεφτούμε ως λογισμικό που ελέγχει μια μονάδα υλικού, δηλαδή ένα σύνολο προγραμμάτων οδήγησης συσκευών. Κάθε ένα από αυτά τα προγράμματα οδήγησης είναι υπεύθυνο για την υλοποίηση ενός συγκεκριμένου προφίλ. Για τον χρήστη, η διαφορά στην ύπαρξη μιας ή άλλης στοίβας Bluetooth σε έναν υπολογιστή είναι η υποστήριξη για ένα συγκεκριμένο σύνολο προφίλ και μια διαφορετική γραφική διεπαφή για εργασία με αυτά.
Widcomm
Η πρώτη στοίβα Bluetooth για λειτουργικά συστήματα Windows ήταν η Widcomm. Μετά την εξαγορά της Widcomm από την Broadcom, μετονομάστηκε αναλόγως σε στοίβα Broadcom. Επί του παρόντος, αυτή η στοίβα δεν είναι ευρέως διαδεδομένη και λειτουργεί μόνο με συσκευές των οποίων οι κατασκευαστές έχουν αγοράσει άδεια χρήσης από την Broadcom. Υποστηρίζει σπάνια αλλά χρήσιμα προφίλ για ορισμένους χρήστες - HCRP, BPP και BIP. Επιπλέον, έχει μια φιλική διεπαφή που ταιριάζει τέλεια στην τυπική διεπαφή των Windows.
Microsoft
Τα Windows, ξεκινώντας με την κυκλοφορία του Windows XP SP2, έχουν τη δική τους στοίβα Bluetooth. Στα Windows Vista ενημερώθηκε: προστέθηκε υποστήριξη για συσκευές HID πριν από το λειτουργικό σύστημα, προφίλ A2DP και AVRCP. Πρόσθετα προφίλ, όπως FTP, BIP, BPP, έχουν γίνει διαθέσιμα με τη μορφή πρόσθετων που παράγονται από τρίτους κατασκευαστές. Παρέχεται υποστήριξη για Bluetooth 2.0+EDR και το πακέτο δυνατοτήτων Vista περιλαμβάνει επίσης Bluetooth 2.1+EDR, το οποίο υποστηρίζεται επίσης στην τυπική στοίβα των Windows 7.
BlueSoleil
Μεταξύ των εναλλακτικών στοίβων, το πιο κοινό είναι το BlueSoleil, που προτείνεται από την IVT Corporation. Το μειονέκτημα του BlueSoleil είναι ότι δεν λειτουργεί σωστά με μονάδες Bluetooth από διάφορους κατασκευαστές. Με την περιοδική πρόσβαση στον διακομιστή της, η στοίβα μπορεί ξαφνικά να ανακαλύψει ότι η διεύθυνση υλικού της συσκευής δεν έχει άδεια χρήσης, μετά την οποία θα μεταβεί σε λειτουργία περιορισμένης λειτουργικότητας, στην οποία μπορούν να μεταφερθούν μόνο 5 MB δεδομένων. Στη συνέχεια θα χρειαστεί να ενεργοποιήσετε ξανά τη στοίβα BlueSoleil.
Η διεπαφή Bluetooth Core Specifcation Version 3.0 High Speed (HS) ή απλά Bluetooth 3.0, παρουσιάστηκε επίσημα. Η ομάδα εργασίας Bluetooth SIG* ολοκλήρωσε τα πάντα εγκαίρως.< А теперъ неболъшой урок ликнепа для тех, кто слышит о новинке впервые.
Τι είναι το Bluetooth 3.0;
Όλα είναι απλά και ξεκάθαρα. Αυτή είναι η επόμενη γενιά της τυπικής διεπαφής Bluetooth, ή πιο συγκεκριμένα μιας τεχνολογίας που σας επιτρέπει να μεταφέρετε δεδομένα μεταξύ δύο ηλεκτρονικών συσκευών χωρίς τη βοήθεια καλωδίων. Αλλά σε αντίθεση με την έκδοση Bluetooth 2.1+EDR, η διεπαφή 3.0 λειτουργεί πιο γρήγορα.
Πόσο πιο γρήγορα;
Πολύ. Το νέο πρότυπο έχει γίνει πολύ πιο γρήγορο από τον προκάτοχό του. Υποστηρίζει ανταλλαγή πληροφοριών σε ταχύτητες έως και 24 Mbit/s. Όπως γνωρίζετε, οι δυνατότητες του Bluetooth 2.1+EDR (Enhanced Data Rate) περιορίζονται στα 3 Mbit/s.
Και τι?
Και το γεγονός ότι οι νέες συσκευές που πληρούν τις προδιαγραφές Bluetooth 3.0 θα είναι οκτώ φορές πιο γρήγορες από αυτές που χρησιμοποιούμε σήμερα. Αυτό σημαίνει ότι ο ασύρματος συγχρονισμός εγγραφών ήχου μεταξύ ενός υπολογιστή και μιας συσκευής αναπαραγωγής ή τηλεφώνου, μεταφορά φωτογραφιών σε εκτυπωτή ή υπολογιστή, αποστολή εγγραφών βίντεο από ένα τηλέφωνο σε υπολογιστή ή τηλεόραση κ.λπ. θα ξοδέψουμε λιγότερο από τον πολύτιμο χρόνο μας.
Από πού προέρχεται αυτή η επιτάχυνση;
Η αύξηση της ταχύτητας εξασφαλίζεται με τη χρήση του πρωτοκόλλου IEEE 802.11 (Wi-Fi) ως μεταφορά.
Να σταματήσει! Είναι λοιπόν αυτό το κανονικό Wi-Fi;
Ναι!, άρα όχι!. Το Bluetooth 3.0 είναι συμβατό με το IEEE 802.11 (Wi-Fi), αλλά η αλληλεπίδραση μεταξύ των συσκευών εκπομπής και λήψης θα κατασκευαστεί σύμφωνα με ένα σχήμα παρόμοιο με το πρόγραμμα ad-hoc, το οποίο δεν απαιτεί είσοδο στο δίκτυο Wi-Fi. Αλλά υπάρχουν ακόμα αποχρώσεις. Για να επιτευχθεί η υψηλότερη δυνατή ταχύτητα, είναι απαραίτητο κάθε μία από τις δύο συσκευές να διαθέτει όχι μόνο Bluetooth, αλλά και μονάδα 802.11. Κατά τη διαδικασία σύνδεσης, η συσκευή εκπομπής θα ρωτήσει τη συσκευή λήψης εάν υποστηρίζει αυτό το ταχύτερο πρότυπο ασύρματης επικοινωνίας.
Εάν η απάντηση είναι θετική, το αρχείο θα μεταφερθεί μέσω του πρωτοκόλλου 802.11. Μόλις ολοκληρωθεί η λήψη, η συσκευή λήψης θα το αναφέρει και ο πομπός θα επιστρέψει σε Bluetooth με μέγιστο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων 3 Mbps, αλλά καταναλώνει λιγότερη ενέργεια. Εάν δεν υπάρχει μονάδα 802.11 στο σύστημα λήψης, τότε η αποστολή θα πραγματοποιηθεί μέσω Bluetooth, δηλαδή σε χαμηλότερη ταχύτητα. Έτσι, η τρίτη έκδοση του πρωτοκόλλου θα επιτρέπει στις συσκευές να δημιουργούν μια σύνδεση μεταξύ τους μέσω Bluetooth και η ίδια η μεταφορά δεδομένων θα πραγματοποιείται σύμφωνα με το πρότυπο 802.11
Και αν εμβαθύνουμε ακόμη περισσότερο στις λεπτομέρειες, η απουσία ευρετηρίου γραμμάτων στην ονομασία 802.11 μπορεί να αποδοθεί στην έλλειψη αμοιβαίας πιστοποίησης των συσκευών στα σχέδια του προγραμματιστή Bluetooth 3.0 των ομάδων SIG και Wi-Fi Alliance. Με άλλα λόγια, οι συσκευές που υποστηρίζουν Bluetooth 3.0 δεν θα είναι συμβατές με συσκευές που υποστηρίζουν 802.11b, g ή n.
Τι γίνεται με τη συμβατότητα με την παλιά έκδοση;
Δεν υπάρχει λόγος να ανησυχείτε για την πνευματική σας άνεση. Η διεπαφή Bluetooth 3.0 HS παραμένει συμβατή με την προηγούμενη έκδοση της προδιαγραφής. Έτσι, μπορείτε εύκολα να στείλετε φωτογραφίες από τη νέα σας πολύ εξελιγμένη συσκευή επικοινωνίας σε αυτήν που θα δώσετε σύντομα στη γιαγιά σας. Επιπλέον, το Bluetooth 3.0 θα χρησιμοποιεί τεχνολογία Enhanced Power Control (EPC), η οποία θα μειώσει σημαντικά την πιθανότητα απώλειας μιας σύνδεσης εάν βάλετε το τηλέφωνο σε μια τσάντα ή, ας πούμε, στην τσέπη.
Και πότε θα μας εμφανιστεί αυτή η χαρά;
Σίγουρα όχι αύριο. Η επίσημη έγκριση των προδιαγραφών είναι μόνο το πρώτο βήμα στο δρόμο του Bluetooth 3.0 στους καταναλωτές. Στο δεύτερο βήμα, οι Atheros, Broadcom, CSR και Marvell, προγραμματιστές και κατασκευαστές εξαρτημάτων που περιλαμβάνονται στο Bluetooth SIG, θα προσφέρουν τις λύσεις τους υποστηρίζοντας τη νέα προδιαγραφή σε κατασκευαστές ηλεκτρονικών ειδών. Το τρίτο βήμα - η εμφάνιση τελικών προϊόντων στην αγορά, σύμφωνα με τους προγραμματιστές, μπορεί να αναμένεται σε 9-12 μήνες. Το μόνο καλό λοιπόν προς το παρόν είναι το γεγονός ότι η διαδικασία είναι ήδη μη αναστρέψιμη και σύντομα η έκδοση 3.0 θα αντικαταστήσει το σημερινό Bluetooth 2.1+EDR.
* Η Ομάδα Ειδικού Ενδιαφέροντος Bluetooth (SIG) ιδρύθηκε στις 20 Μαΐου 1998 και αναπτύσσει πρότυπα για αυτήν την τεχνολογία εδώ και πολύ καιρό. Αρχικά, η κοινοπραξία περιελάμβανε τις Ericsson (τώρα Sony Ericsson), IBM, Intel, Toshiba και Nokia. Αργότερα ενώθηκαν και άλλοι. Μέχρι σήμερα, ο όμιλος έχει υιοθετήσει έξι πρότυπα Bluetooth.
Πριν αποκτήσει δημοτικότητα το Bluetooth 3.0, αντικαταστάθηκε από το Bluetooth 4.0. Το Bluetooth SIG ενέκρινε την προδιαγραφή Bluetooth 4.0 στις 30 Ιουνίου 2010. Το Bluetooth 4.0 περιλαμβάνει τα ακόλουθα πρωτόκολλα - Classic Bluetooth, Bluetooth High Speed και Bluetooth Low Energy. Το High Speed Bluetooth βασίζεται στο Wi-Fi, ενώ το Classic Bluetooth αποτελείται από πρωτόκολλα προηγούμενων προδιαγραφών Bluetooth.
Το πρωτόκολλο Bluetooth Low Energy σχεδιάστηκε κυρίως για μικροσκοπικούς ηλεκτρονικούς αισθητήρες (χρησιμοποιείται σε αθλητικά παπούτσια, εξοπλισμό γυμναστικής, μικροσκοπικούς αισθητήρες που τοποθετούνται στο σώμα ασθενών κ.λπ. - παράδειγμα παρακάτω στο βίντεο). Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας επιτυγχάνεται με τη χρήση ειδικού αλγορίθμου λειτουργίας. Ο πομπός ενεργοποιείται μόνο κατά την αποστολή δεδομένων, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λειτουργία με μία μπαταρία CR2032 για αρκετά χρόνια. Το πρότυπο παρέχει ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων 1 Mbit/s με μέγεθος πακέτου δεδομένων 8-27 byte. Στη νέα έκδοση, δύο συσκευές Bluetooth θα μπορούν να δημιουργήσουν μια σύνδεση σε λιγότερο από 5 χιλιοστά του δευτερολέπτου και να τη διατηρήσουν σε απόσταση έως και 100 m. Για αυτό χρησιμοποιείται προηγμένη διόρθωση σφαλμάτων και το απαραίτητο επίπεδο ασφάλειας παρέχεται από το 128 -Κυπτογράφηση AES bit.