Bluetooth teknolojisi hakkında bilmeniz gereken her şey. Bluetooth sürümü neyi etkiler? Bluetooth sürümleri nasıl anlaşılır?

Bluetooth üzerinden veri iletimi 2,4 GHz frekansında gerçekleştirilir. Bu aralık 79 kanala bölünmüştür. Aynı zamanda, her birine 1 MHz genişliğinde bir bant sağlanır. Mevcut tüm uzmanlıklar, eşzamanlı veya eşzamansız iletişim türü kullanır.

Son değişiklikler (ana)

Bluetooth 2.0

Kasım 2004'te piyasaya sürülen Bluetooth 2.0, daha da hızlı veri aktarım hızları sunar ve önceki sürümlerle geriye dönük uyumludur. EDR teknolojisi kullanılarak hız artışı sağlanır. Reklamı yapılan hız 3 Mb/sn.Ancak uygulamanın gösterdiği gibi, bu teknoloji sayesinde maksimum veri aktarım hızı yalnızca2,1 Mb/sn. 2.0 sürümünde, yalnızca hızda bir iyileşme değil, aynı zamanda gürültü bağışıklığında da önemli bir artış elde etmek mümkün oldu ve bu da sonuçta enerji maliyetlerinin düşürülmesine yardımcı oldu.

Ek olarak, 2.0, birkaç cihazı ona bağlamanın basitleştirilmesiyle ayırt edilir. Bu, adreslemenin bit derinliğini artırmanın bir sonucu olarak elde edildi. Bu, yerel ağ üzerinden daha önce olduğu gibi 8 cihaza değil, zaten 256 cihaza bağlanmayı mümkün kıldı.

2.0+EDR belirtimi aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Bluetooth veri aktarım hızını hızlandırır 3 kez(aslında 2,1 Mb/sn).
2. Ek bant genişliğinin eklenmesi, birkaç cihazı aynı anda Bluetooth'a bağlama sorununu kısmen çözdü.
3. Azaltılmış yük nedeniyle azaltılmış enerji tüketimi.

Bluetooth 3.0

Bluetooth 3.0 spesifikasyonu 2009 yılında kabul edildi ve kullanıldığında veri aktarım hızı ulaştığı için bir sıçrama yaptı. 24 Mb/sn. Bu, içinde biri normal Bluetooth 2.0, diğeri 802.11 protokolü altında çalışan ve hızları destekleyen iki modülün kullanılması nedeniyle mümkün oldu. 24 Mb/sn. Veri aktarımı için seçilen modül, dosyanın boyutuna bağlıdır. Bu nedenle, küçük dosyaları aktarmak için yavaş bir kanal kullanılır ve büyük dosyalar için yüksek hızlı bir kanal kullanılır.

Bluetooth 3.0 + HS'nin ana olumsuz tarafı, çalışma sırasında çok fazla güç tüketimidir. Garip bir şekilde, 3.0 standardının böyle bir eksi, yüksek hızıyla ilişkilidir. Bununla birlikte, 3.0 standardının tartışılmaz bir avantajı vardır. Yani, 802.11 protokolünü veya daha basit bir şekilde Wi-Fi'yi kullanarak çalışma yeteneğidir. Sonuç olarak, veri aktarım hızı önemli ölçüde arttı. Teorik olarak, sürüm 3.0 kullanıldığında bağlantı hızı 54 Mb/sn.

Böylece, 3.0 standardı sayesinde, en kısa zaman dilimlerinde DVD hacimli verileri indirmek mümkün olacaktır. Ancak, geliştiricilere göre gerçek hız standart 3.0 22-26 Mb/sn.

Bluetooth 4.0

Bluetooth 4.0'ın önceki spesifikasyona göre avantajı, azaltılmış güç tüketimidir. 4.0 standardını kullanırken veri aktarım hızı ulaşır 1 Mb/sn(paket boyutu 8-27 bayt). Ayrıca 4.0 spesifikasyonuna uygun cihazların bağlantı hızı 5 milisaniyeye düşürülerek verilerin iletilebileceği mesafe 1000'e ulaşıyor. 100 metre. Ayrıca 4.0 standardı, 128 bit AES uzantısının garanti ettiği yeterli düzeyde güvenlik sağlar.

Bluetooth 4.0'ın Faydaları:

1. Önceki protokolleri birleştirir. Önceki protokollerin ana özelliklerini destekler.
2. Hız artışı.
3. 4.0 standardını kullanan bir cihazın güç tüketiminde, değiştirilmiş bir çalışma algoritması sayesinde elde edilen önemli bir azalma (verici yalnızca verilerin iletildiği anda açılır).

Kural olarak, 4.0 standardı minyatür elektronik sensörler için daha uygundur. Örneğin, bilekten basınç ve sıcaklık ölçerler için, simülatörler için düşük enerji tüketimine sahip çeşitli minyatür cihazlar.

Sürdürülebilir kalkınma trendlerinden biri mobil cihazlar- İnternete, yerel ağa ve çeşitli çevre birimlerine (kulaklıklar, mikrofonlu kulaklıklar, hoparlörler, yazıcılar vb.) ve yakındaki diğer araçlara bağlanma yeteneği sağlayan kablosuz iletişim araçlarının iyileştirilmesi. teknolojiler kablosuz iletişim, mobil cihazların diğer bileşenlerinin yanı sıra sürekli olarak gelişmektedir. Spesifikasyonların yeni sürümleri vardır, verim artar, özellik seti genişler vb. Bu sayede, teknik ilerlemenin düşünülemeyeceği niteliksel gelişim sağlanır. Bununla birlikte, ilerlemenin bir dezavantajı var: Her yıl, kullanıcıların farklı modeller arasındaki farkın ne olduğunu anlaması giderek daha zor hale geliyor.

Genellikle, bir mobil cihazın kısa bir açıklamasından yalnızca donatıldığı kablosuz arabirimlerin adları çıkarılabilir. Ayrıntılı belirtim, kural olarak, özellikle kablosuz arabirimlerin sürümleri (örneğin, Wi-Fi 802.11b/g/n ve Bluetooth 2.1) olmak üzere ek bilgiler içerir. Ancak bu, söz konusu cihazın kablosuz iletişim yeteneklerini tam olarak değerlendirmek için her zaman yeterli olmaktan uzaktır. Örneğin, Bluetooth ile bağlanan bu veya bu çevre biriminin akıllı telefonunuzla veya tabletinizle çalışıp çalışmayacağını anlamak için.

Bu yazıda, Bluetooth arayüzü ile donatılmış cihazların yeteneklerini değerlendirirken dikkat etmeniz gereken çeşitli nüanslardan bahsedeceğiz.

Uygulama kapsamı

Bluetooth adı verilen kısa menzilli bir kablosuz arabirim, 1994 yılında İsveçli Ericsson şirketinden mühendisler tarafından geliştirildi. 1998'den beri Ericsson, IBM, Intel, Nokia ve Toshiba tarafından kurulan Bluetooth Özel İlgi Grubu (Bluetooth SIG) bu teknolojiyi geliştirmekte ve tanıtmaktadır. Bugüne kadar, Bluetooth SIG üye listesi 13 binden fazla şirket içermektedir.

Kitlesel pazar için tüketici cihazlarında Bluetooth arabiriminin benimsenmesi, geçtiğimiz on yılın ilk yarısında başladı. şu anda gömülü Bluetooth adaptörleri birçok taşınabilir PC ve mobil cihaz modeliyle donatılmıştır. Ayrıca bu arayüzle donatılmış çok çeşitli çevresel cihazlar (kablosuz kulaklıklar, manipülatörler, klavyeler, akustik sistemler vb.) satışa sunulmuştur.

Bluetooth'un ana işlevi, yakındaki (aynı ev, bina, araç vb. içindeki) masaüstü ve dizüstü bilgisayarlar, çevre birimleri arasında veri alışverişi olanağı sağlayan kişisel ağların (Özel Alan Ağları, PAN) oluşturulmasıdır. ve mobil cihazlar vb.

Bluetooth'un rakip çözümlere kıyasla başlıca avantajları, düşük güç tüketimi ve alıcı-vericilerin düşük maliyetidir, bu da minyatür pillere sahip küçük cihazlara bile entegre edilmesini sağlar. Ek olarak, ekipman üreticileri, ürünlerine Bluetooth alıcı-vericileri kurmak için telif ücreti ödemekten muaftır.

Cihazları bağlama

Bluetooth arayüzünü kullanarak hem iki hem de birkaç cihazı aynı anda birleştirebilirsiniz. İlk durumda, bağlantı "noktadan noktaya" şemaya göre, ikinci durumda - "noktadan çoklu noktaya" şemaya göre gerçekleştirilir. Bağlantı şemasından bağımsız olarak, cihazlardan biri ana (ana), geri kalanı bağımlıdır (bağımlı). Master, tüm slave'lerin kullanacağı şablonu ayarlar ve operasyonlarını senkronize eder. Bu şekilde bağlanan cihazlar bir piconet oluşturur. Bir piconet içinde, bir master ve yedi adede kadar bağımlı cihaz birleştirilebilir (Şekil 1 ve 2). Ek olarak, piconet'te bloke (park edilmiş) durumuna sahip ek bağımlı cihazlara (yediden fazla) sahip olunmasına izin verilir: veri alışverişine katılmazlar, ancak ana cihazla senkronizasyon halindedirler.

Pirinç. 1. Pikonet diyagramı,
iki cihazı bağlamak

Pirinç. 2. Bir piconet diyagramı,
birden fazla cihaz bağlama

Birkaç piconet, dağıtılmış bir ağda (scatternet) birleştirilebilir. Bunu yapmak için, bir piconette köle olarak çalışan bir cihaz, diğerinde ana olarak hareket etmelidir (Şekil 3). Birinin parçası olan piconetler dağıtılmış ağ, birbiriyle senkronize değildir ve farklı şablonlar kullanır.

Pirinç. 3. Üç piconet içeren dağıtılmış bir ağ şeması

Dağıtılmış bir ağdaki maksimum piconet sayısı ondan fazla olamaz. Böylece, dağıtılmış bir ağ, toplam 71 adede kadar cihazı birleştirmenize olanak tanır.

Uygulamada, dağıtılmış bir ağ oluşturma ihtiyacının nadiren ortaya çıktığını unutmayın. Donanım bileşenlerinin mevcut entegrasyon derecesi ile, bir akıllı telefon veya tablet sahibinin aynı anda Bluetooth aracılığıyla iki veya üçten fazla cihaza bağlanması gerekeceği bir durumu hayal etmek zor.

eylem yarıçapı

Bluetooth spesifikasyonu, farklı güçte ve dolayısıyla etkili menzilde üç alıcı-verici sınıfı sağlar (tabloya bakın). Şu anda üretilen mobil elektronik cihazların ve PC'lerin çoğunda kullanılan en yaygın seçenek, Bluetooth Sınıf 2 alıcı-vericilerdir.Düşük güçlü Sınıf 3 sistemler, tıbbi ekipmanlarla donatılmıştır ve ana kapsamı en "uzun menzilli" Sınıf 1 modülleri, endüstriyel ekipman için izleme ve kontrol sistemleridir.

Tabii ki, yalnızca aralarında büyük boyutlu engeller (duvarlar, bölmeler, kapılar vb.) .). Gerçek menzil, hem odanın özelliklerine hem de havadaki radyo paraziti ve güçlü elektromanyetik radyasyon kaynaklarının varlığına bağlı olarak değişebilir.

Bluetooth sürümleri ve farklılıkları

Spesifikasyonun ilk versiyonu (Bluetooth 1.0) 1999'da onaylandı. Geçici spesifikasyondan (Bluetooth 1.0B) kısa bir süre sonra, Bluetooth 1.1 onaylandı - hataları düzeltti ve ilk sürümün birçok eksikliğini ortadan kaldırdı.

2003 yılında, temel Bluetooth 1.2 özelliği onaylandı. En önemli yeniliklerinden biri, kablosuz bağlantıyı elektromanyetik girişime karşı çok daha dirençli hale getiren uyarlanabilir frekans atlamalı yayılı spektrum (AFH) yönteminin tanıtılmasıydı. Ek olarak, cihazları keşfetme ve bağlama prosedürlerine harcanan süreyi azaltmak mümkün oldu.

Sürüm 1.2'deki bir diğer önemli gelişme, simetrik bir kanal üzerinden eşzamansız iletişim kullanıldığında veri değişim hızının her yönde 433,9 Kbps'ye yükselmesiydi. Asimetrik bir kanal durumunda, verim bir yönde 723,2 Kbps ve diğer yönde 57,6 Kbps idi.

Genişletilmiş Eşzamanlı Bağlantılar (eSCO) teknolojisinin geliştirilmiş bir versiyonu da eklendi ve bu teknoloji, iletim sırasında hasar gören paketleri yeniden göndermek için bir mekanizma kullanarak akışlı ses iletiminin kalitesini artırdı.

2004'ün sonunda, temel Bluetooth 2.0 + EDR spesifikasyonu onaylandı. İkinci versiyonun en önemli yeniliği, arayüzün bant genişliğini önemli ölçüde (birkaç kez) artırmanın mümkün olduğu Artırılmış Veri Hızı (EDR) teknolojisiydi. Teorik olarak, EDR kullanımı 3 Mbps'lik bir veri aktarım hızı elde etmenizi sağlar, ancak pratikte bu rakam genellikle 2 Mbps'yi geçmez.

EDR'nin, Bluetooth 2.0 spesifikasyonuna uyan alıcı-vericiler için gerekli bir özellik olmadığına dikkat edilmelidir.

Bluetooth 2.0 alıcı-vericilerle donatılmış cihazlar, önceki sürümlerin (1.x) modülleriyle geriye dönük uyumludur. Doğal olarak, veri aktarım hızı, daha yavaş bir cihazın yetenekleriyle sınırlıdır.

2007'de Bluetooth 2.1 + EDR temel özelliği onaylandı. İçinde uygulanan yeniliklerden biri, mobil cihazların pil ömrünü önemli ölçüde (üç ila on kat) artırmayı mümkün kılan enerji tasarruflu Sniff Subrating teknolojisiydi. İki cihaz arasında iletişim kurma prosedürü de önemli ölçüde basitleştirildi.

Ağustos 2008'de Bluetooth 2.0 + EDR ve Bluetooth 2.1 + EDR spesifikasyonları için Temel Spesifikasyon Eki (CSA) onaylandı. Değişiklikler yapıldı enerji tüketimini azaltmayı, iletilen verilerin koruma düzeyini artırmayı ve Bluetooth cihazlarını tanımlama ve bağlama prosedürlerini optimize etmeyi amaçlar.

Nisan 2009'da, Bluetooth 3.0+HS temel özelliği onaylandı. Bu durumda HS kısaltması, Yüksek Hız anlamına gelir ( yüksek hız). Ana yeniliği, 24 Mbps'ye kadar hızlarda veri aktarma yeteneği sağlayan Genel Alternatif MAC / PHY teknolojisinin uygulanmasıdır. Ek olarak, iki alıcı-verici modülünün kullanımı sağlanır: düşük hızlı (düşük güç tüketimi ile) ve yüksek hızlı. Yayın veri akışının genişliğine (veya iletilen dosyanın boyutuna) bağlı olarak, düşük hızlı (3 Mbps'ye kadar) veya yüksek hızlı alıcı-verici kullanılır. Bu, yüksek veri hızlarının gerekli olmadığı durumlarda güç tüketimini azaltır.

Bluetooth 4.0 temel özelliği Haziran 2010'da onaylandı. Bu sürümün temel özelliği, veri iletimi için düşük enerji teknolojisinin kullanılmasıdır. Güç tüketiminin azaltılması, hem veri aktarım hızını sınırlayarak (en fazla 1 Mbit / s) hem de alıcı-vericinin her zaman çalışmaması, ancak yalnızca veri alışverişi süresince açık olması nedeniyle elde edilir. Popüler yanlış inanışın aksine, Bluetooth 4.0, Bluetooth 3.0 + HS'den daha hızlı veri aktarım hızları sağlamaz.

Bluetooth profilleri

Bluetooth arabirimi üzerinden bağlandığında cihazlar arasındaki etkileşim olasılıkları, büyük ölçüde her birinin desteklediği profil seti tarafından belirlenir. Belirli bir profil, dosya aktarımı veya medya akışı gibi belirli özellikler için destek sağlar. ağ bağlantısı vesaire. Bazı Bluetooth profilleri hakkında bilgi için kenar çubuğuna bakın.

Yalnızca uygun profil hem ana hem de bağımlı cihaz tarafından destekleniyorsa herhangi bir görevi gerçekleştirmek için bir Bluetooth bağlantısını kullanabileceğinizi anlamak önemlidir. Bu nedenle, bir "kartviziti" veya bir kişiyi bir cep telefonundan diğerine Bluetooth bağlantısı aracılığıyla aktarmak, yalnızca her iki cihazın da OPP (Object Push Profile) profilini desteklemesi durumunda mümkündür. Ve örneğin, bir cep telefonunu kablosuz olarak kullanmak için hücresel modem Bu makine ve ona bağlı bilgisayar DUN'u (Çevirmeli Ağ Profili) desteklemelidir.

Genellikle, iki cihaz arasında bir Bluetooth bağlantısının kurulduğu, ancak herhangi bir işlem gerçekleştirmenin (örneğin, bir dosya aktarmanın) mümkün olmadığı durumlar vardır. Biri olası nedenler bu tür sorunların ortaya çıkması, cihazlardan birinde ilgili profil için destek olmaması olabilir.

Bu nedenle, desteklenen profiller seti, belirli bir cihazın yeteneklerini değerlendirirken dikkate alınması gereken önemli bir faktördür. Ne yazık ki, bazı mobil cihaz modelleri, diğer ekipmanlara kablosuz olarak bağlanma yeteneğini önemli ölçüde sınırlayan minimum profil setini (örneğin, yalnızca A2DP ve HSP) destekler.

Desteklenen profil setinin yalnızca cihazın özellikleri ve tasarım özelliklerine göre değil, aynı zamanda üreticinin politikasına göre de belirlendiğini unutmayın. Örneğin bazı cihazlarda korsanlıkla mücadele bahanesiyle belirli formatlardaki dosyaların (resim, video, e-kitap, uygulama vb.) aktarılması engellenmektedir. Doğru, gerçekte, bu tür kısıtlamalardan muzdarip olanlar sahte medya içeriği ve yazılım sevenler değil, dahili kamera tarafından kendi elleriyle çekilen fotoğrafları dolambaçlı bir şekilde bir PC'ye aktarmaya zorlanan dürüst kullanıcılardır (için örneğin gerekli dosyaları kendi e-posta adreslerine göndererek).

Üreticiler, tüketicilere sürekli olarak yeni çözümlerin kesinlikle eskilerinden daha iyi olduğu konusunda ilham veriyor. Yeni işlemciler, öncekilere göre daha yüksek performans ve daha düşük güç tüketimi sunuyor; yeni ekranlar daha yüksek çözünürlüğe ve daha geniş renk gamına sahiptir, vb. Ancak, Bluetooth arabiriminin yeteneklerini değerlendirmek için böyle bir yaklaşımın uygulanması pek tavsiye edilmez.

Öncelikle, halihazırda mevcut olan Bluetooth cihaz filosunun özelliklerini hesaba katmanız gerekir. Sonuçta, daha önce de belirtildiği gibi, maksimum veri aktarım hızı, arayüzün en eski sürümüne sahip cihaz tarafından belirlenir. Ayrıca, tüm görevler için yüksek veri aktarım hızları gerekli değildir. Bu, medya dosyalarını (ses kayıtları, görüntüler) kopyalamak veya düşük sıkıştırma dereceli bir ses akışı yayınlamak için gerçekten önemli bir faktörse, telefonun kablosuz kulaklıkla normal etkileşimi veya kişi alışverişi için Bluetooth 2.0 özellikleri yeterli olacaktır. başka bir cihazla.

İkincisi, çoğu durumda, bir kablosuz bağlantının maksimum hızından çok daha önemli bir faktör, desteklenen Bluetooth profilleri kümesidir. Ne de olsa, mevcut cihazın etkileşime girebileceği ekipman yelpazesini gerçekten belirleyen odur. Ne yazık ki, bu bilgi, cihazın tam özelliklerinde bile nadiren sağlanır ve genellikle kullanım kılavuzu metninde veya kullanıcı forumlarında aramanız gerekir.

Merhaba.

3 Aralık 2014'te Bluetooth SIG, bluetooth sürüm 4.2 spesifikasyonunu resmen duyurdu.
Basın bülteni 3 büyük yeniliği listeliyor:

• veri alma ve iletme hızında artış;
• internete bağlanma yeteneği;
• gizliliği ve güvenliği iyileştirmek.

Aşağıda açıklanan her şey sadece BLE için geçerlidir, hadi gidelim ...

1. Kullanıcı verilerini alma ve iletme hızını artırmak.

Ve 4.2 sürümünün ortaya çıkmasıyla birlikte Bluetooth SIG, aktarım hızında 2,5 kat ve iletilen paketin boyutunda 10 kat artış olduğunu duyurdu. Bunu nasıl başardılar?

Bu 2 sayının birbiriyle ilişkili olduğunu söyleyeceğim, yani: iletilen paketin boyutu arttığı için hız arttı.

Veri kanalının PDU'suna (protokol veri birimi) bakalım:


Her PDU, 16 bitlik bir başlık içerir. Şimdi, sürüm 4.2'deki bu başlık, sürüm 4.1'deki başlıktan farklıdır.

İşte 4.1 sürümünün başlığı:

Ve işte sürüm 4.2'nin başlığı:

Not: RFU (Gelecekte Kullanım İçin Ayrılmıştır) - bu kısaltma ile işaretlenmiş alan, ileride kullanılmak üzere ayrılmıştır ve sıfırlarla doldurulmuştur.

Gördüğümüz gibi, başlığın son 8 biti farklı. "Uzunluk" alanı, faydalı yük ile PDU'da bulunan MIC (Message Integrity Check) alanının (ikincisi etkinse) uzunluklarının toplamıdır.
4.1 sürümünde "Uzunluk" alanının boyutu 5 bit ise, 4.2 sürümünde bu alanın boyutu 8 bittir.

Buradan, 4.1 sürümündeki "Uzunluk" alanının 0 ila 31 aralığında ve 4.2 sürümünde 0 ila 255 aralığında değerler içerebileceğini hesaplamak kolaydır. maksimum değerler MIC alanının uzunluğunu (4 sekizli) çıkarın, yararlı verilerin sırasıyla 4.1 ve 4.2 sürümleri için 27 ve 251 sekizli olabileceğini elde ederiz. Aslında, maksimum veri sayısı daha da azdır, çünkü faydalı yük ayrıca L2CAP (4 sekizli) ve ATT (3 sekizli) ek yükü içerir, ancak bunu dikkate almayacağız.

Böylece iletilen kullanıcı verilerinin boyutu yaklaşık 10 kat artmıştır. Herhangi bir nedenle 10 kat değil, yalnızca 2,5 kat artan hıza gelince, orantılı bir artıştan söz edemeyiz, çünkü her şey aynı zamanda garantili veri dağıtımına bağlıdır, çünkü teslimatı garanti etmek 200 bayt, 20'den biraz daha zordur.

2. İnternete bağlanabilme.

4.1 sürümünde, L2CAP "LE Kredi Tabanlı Akış Kontrol Modu"nu tanıttı. Bu mod, sözde kullanarak veri akışını kontrol etmenizi sağlar. Krediye dayalı plan. Planın özelliği, iletilecek veri miktarını belirtmek için sinyal paketleri kullanmaması, ancak başka bir cihazdan iletilecek belirli miktarda veri için bir kredi talep etmesi ve böylece iletim sürecini hızlandırmasıdır. Bu durumda alıcı taraf, her çerçeve alındığında çerçeve sayacını düşürür ve son çerçeveye ulaşıldığında bağlantıyı kesebilir.

L2CAP komutları listesinde 3 yeni kod var:
- LE Kredisi Tabanlı Bağlantı talebi – kredi planına göre bağlantı talebi;
- LE Kredisi Tabanlı Bağlantı yanıtı – bir kredi planına dayalı bir bağlantıya yanıt;
- LE Akış Kontrol Kredisi – ek LE çerçeveleri alma olasılığı hakkında mesaj.

"LE Kredisi Bazlı Bağlantı talebi" paketinde


Cihazın L2CAP düzeyinde gönderebileceği LE çerçevelerinin sayısını gösteren 2 sekizli uzunluğunda "Initial Credits" alanı vardır.

"LE Kredi Tabanlı Bağlantı yanıtı" yanıt paketinde


aynı alan, başka bir cihazın gönderebileceği LE çerçevelerinin sayısını, "Sonuç" alanı ise bağlantı isteğinin sonucunu gösterir. 0x0000 değeri başarıyı, diğer değerler ise hatayı gösterir. Spesifik olarak, 0x0004 değeri, kaynak yetersizliğinden kaynaklanan bir bağlantı hatasını gösterir.

Böylece, zaten 4.1 sürümünde, büyük miktarda veriyi L2CAP düzeyinde aktarmak mümkün hale geldi.
Ve şimdi, 4.2 sürümünün piyasaya sürülmesiyle neredeyse aynı anda yayınlandı:

• hizmet: "IP Destek Hizmeti" (IPSS) .
• BLE'ye sahip cihazlar arasında IPv6 paketlerinin iletimi için desteği tanımlayan IPSP profili (İnternet Protokolü Destek Profili).

Profil aşağıdaki rolleri tanımlar:
- Yönlendirici rolü – IPv6 paketlerini yönlendirebilen cihazlar için kullanılır;
- Düğüm rolü - yalnızca IPv6 paketlerini alabilen veya gönderebilen cihazlar için kullanılır; bir hizmet bulma işlevine ve yönlendiricilerin keşfetmesini sağlayan bir IPSS hizmetine sahip olmak bu cihaz;

Başka bir yönlendiriciye bağlanması gereken yönlendirici rolüne sahip cihazlar ana bilgisayar rolüne sahip olabilir.

Garip bir şekilde, IPv6 paketlerinin iletimi profil belirtiminin bir parçası değildir ve IETF RFC "IPv6 paketlerinin Bluetooth Düşük Enerji Üzerinden İletimi"nde belirtilmiştir. Bu belgede tespit edilen bir başka ilginç nokta da IPv6 paketlerinin, IEE 802.15.4 düşük güçlü kablosuz kişisel alan ağları üzerinden bir IPv6 birlikte çalışma standardı olan 6LoWPAN standardı kullanılarak iletilmesidir.

Resme bak:


Profil, IPSS, GATT ve ATT'nin yalnızca hizmet keşfi için kullanıldığını, GAP'nin ise yalnızca cihaz keşfi ve bağlantı kurmak için kullanıldığını belirtir.

Ancak kırmızıyla vurgulanmış, sadece paketlerin iletiminin profil belirtimine dahil olmadığını söylüyor. Bu, programcının kendi paket aktarım uygulamasını yazmasına izin verir.

3. Geliştirilmiş gizlilik ve güvenlik.

• eşleştirme yöntemleri hakkında bilgi alışverişi;
• kısa vadeli anahtarların oluşturulması (Kısa Süreli Anahtar (STK));
• anahtar değişimi.

• "LE eski eşleme" adı verilen Kısa Süreli Anahtar (STK) üretimi
• "LE Güvenli Bağlantılar" adı verilen uzun vadeli anahtarların (Uzun Süreli Anahtar (LTK)) oluşturulması

Bu bağlamda, güvenlik yöneticisinin kriptografik araç kutusunda mevcut 3 işleve ek olarak 5 tane daha ortaya çıktı ve bu 5 tanesi yalnızca yeni “LE Secure Connections” eşleştirme işlemine hizmet etmek için kullanılıyor. Bu işlevler şunları üretir:

• LTK ve MacKey;
• destekleyici değişkenler;
• kimlik doğrulama kontrol değişkenleri;
• Eşleştirilmiş cihazlarda görüntülemek için kullanılan 6 haneli sayılar.

Dolayısıyla, "LE eski eşleme" yöntemi kullanılarak 2. aşamada eşleştirme sırasında 2 anahtar oluşturulduysa:

• Geçici Anahtar (TK): STK'yı oluşturmak için kullanılan 128 bitlik geçici anahtar;
• Kısa Süreli Anahtar (STK): Bağlantıyı şifrelemek için kullanılan 128 bit geçici anahtar

• Uzun Süreli Anahtar (LTK): Sonraki bağlantıları şifrelemek için kullanılan 128 bitlik anahtar.

• takip önleme, artık "Nümerik Karşılaştırma" sayesinde cihazınıza bağlanma yeteneğini kontrol etmek mümkündür.
• geliştirilmiş enerji verimliliği, artık her bağlantıda anahtarları yeniden oluşturmak için ek enerji gerekmiyor.
• hassas verileri korumak için endüstri standardı şifreleme.

4. Zaten hissetme fırsatı var mı?

• nRF51822 ve nRF51422 yongaları;
• nRF51DK;
• nRF51 Donanım Kilidi;
• nRF51822EK.

Başlangıcından son yıllara kadar, Bluetooth standardı zamanının ilerisinde olmuştur. Bluetooth'un yaratıcısı Ericsson şirketi, cep telefonları için kablosuz arayüzler alanındaki araştırmalarına geçen yüzyılın doksanlı yıllarının başlarında başladı. 1998'de Ericsson, IBM, Intel, Nokia ve Toshiba ile birlikte Bluetooth 1.0 standardı için ilk spesifikasyonu yayınladı. Yeni standardın öncelikle cep telefonlarının arayüz kablolarını değiştirmesi amaçlandı.

İlginç bir şekilde, o yıllarda tüm cep telefonu kullanıcıları neden bir arayüz kablosuna ihtiyaç duyulduğunu anlamadı. Bir cep telefonunun bağlanabileceği yalnızca iki sınıf cihaz vardı. Her şeyden önce, eller serbest kulaklıklar ve birkaç metrelik bir mesafe boyunca orta kalitede mono sesin çift yönlü iletimini gerektiren eller serbest sistemler vardı.

Ayrıca, vardı kişisel bilgisayarlar telefonun etkileşimde bulunduğu elektronik düzenleyici veya harici bir modem olarak. Buradaki yeni standart, seri port (RS-232) için kablosuz bir yedek sağlamaktı.

Bu tür görevler için, Bluetooth standardı ne veri aktarım hızı, ne de daha büyük ağ işlevselliği veya geniş bir aralık gerektirmedi. Mobil cihazlar için tasarlanan standardın düşük güç tüketimi sağlaması ve kablo bağlantılarıyla başarılı bir şekilde rekabet edebilmesinin yanı sıra uygulamasının çok ucuz olması gerekiyordu.

Bluetooth'un yaratıcıları genellikle ürünlerini piyasaya çok yavaş sürmekle suçlanıyor. dijital cihazlar. Resmi olarak 1998'de yayınlanan Bluetooth spesifikasyonunun ancak üçüncü milenyumun başında yaygınlaşması gerçekten garip. Bununla birlikte, böyle bir gecikmenin nedenleri, standardı geliştirenlerin yavaşlığında değil, pazarın kendisinde birikmiş iş yükünde aranmalıdır. O yıllarda, Bluetooth için yeterli görev yoktu.

Bununla birlikte, standardın kurucuları, yaratımlarının potansiyelini hızla takdir ettiler. Daha 1999'da, onu geliştirmeye devam etme isteklerini gösterdiler. Bluetooth SIG (Özel İlgi Grubu) böyle doğdu. Grup, beş kurucunun yanı sıra Palm, Microsoft, Motorola, Handspring, Qualcomm ve Lucent gibi pek çok şirketi içeriyordu.

Bluetooth fikri oldukça hızlı gelişti. Yeni arayüz artık cep telefonu kabloları için önemsiz bir yedek olarak görülmüyordu. Evrensel olmaya başladı. kablosuz arayüz hemen hemen her cihazı içerebilen kişisel ağlar için. Zaman zaman standardın uygulanmasını engelleyen eksiklikler tespit edilmiştir. yeni konsept, spesifikasyonun nispeten küçük değişiklikler ve eklemelerle yeni sürümlerinin yayınlanmasının nedeni buydu. Kişisel ağlar için radyo arayüzleri arasında bugün bile rakibi olmayan 1.1 ve 1.2 sürümleri bu şekilde ortaya çıktı.

Neden "2.0/EDR"?

2001 ve 2002 yıllarında başlayan Bluetooth özellikli cihazların yaygınlaşması, alanında en iyi standart olan bu standardın hala yeterince iyi olmadığını gösterdi. Aslında, Bluetooth 1.x geliştiricileri pratik veriler üzerinde çok fazla çalışmadılar, ancak uzak (dijital endüstri standartlarına göre) geleceğin tahminleri üzerinde çalıştılar ve her şeyi önceden göremediler.

2002 yılında Bluetooth, IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) tarafından 802.15.1 standardı olarak standardize edildi. Aynı yıl, Ericsson temsilcileri standardın yeni bir sürümü olan 2.0 için planlarını duyurdu. Yeni spesifikasyonun ancak pazarın ona göre büyüyeceği 2004 yılının sonunda beklenmesi gerektiği kaydedildi.

Kasım 2004'te Bluetooth SIG, Bluetooth 2.0+EDR (Gelişmiş Veri Hızı) özelliğini yayınladı. Bu sefer, yeni standardı destekleyen cihazların ortaya çıkmasında neredeyse hiç gecikme olmadı. Broadcom, CSR ve RF Micro Devices, 2.0+EDR prototiplerini test etti ve neredeyse anında çiplerin seri üretimine başladı. Ancak, 1.x sürümlerinin piyasadan hızla silinmesi başlamadı.

Bluetooth 2.0+EDR desteğine sahip ilk cihaz sandığınız gibi bir telefon değil, bir dizüstü bilgisayardı. Elma. Bluetooth SIG, cep telefonlarının dünya çapında yeni standardı gelecek yıldan önce benimsemesini bekliyor. Aynı zamanda telefon üreticileri, sürüm 1.1'den 1.2'ye geçiş sırasında olduğundan çok daha fazla zorluk bekliyor.

görünür meşru soru, kimsenin gerçekten ihtiyacı yoksa ve selefi, enerjideki aynı ucuzluk ve tutumluluk nedeniyle hala rekabet dışıysa, neden yeni bir standart oluşturduklarına ilişkin olarak. Geliştiriciler, sürüm 2.0'ın popülaritesinde neredeyse bir artış olmasını neye dayanarak umuyorlar?

Bunun iki nedeni vardır: kişisel ağların hızı ve rahatlığı için artan gereksinimler ve standart geliştiricilerin onu yalnızca kişisel ağlarda kullanma arzusu.

Kişisel ağ kullanıcıları hızlı göndermek istiyor büyük dosyalar video, ses ve fotoğraf içeriği ile aynı anda çeşitli cihazlarla kablosuz iletişimi sorunsuz kullanmak, yüksek kaliteli stereo ses dinlemek istiyorlar. kablosuz kulaklık ve bu tür görevlerin sayısı sürekli artıyor. En korkutucu örneklerden biri, verilerin yazdırılmak üzere gönderildiği Bluetooth özellikli cihazları geçebilen modern yazıcılardır. Bluetooth cihazlarının sayısındaki sürekli büyüme, tüm cihazların aynı anda çalışabildiği ve birbirine müdahale edebildiği kişisel ağların boyutunda bir artışa neden olamaz. Bluetooth 1.x, rakip bir iletişim standardı olan UWB'nin yaklaşımı nedeniyle özellikle talihsiz olan bu tür ağların ihtiyaçlarını karşılamaya hazır değildir. Bluetooth SIG, zamanının ilerisinde bir standardı temsil etmeye devam etmek istiyorsa, 1.x'ten daha iyi bir şeye ihtiyacı var.

Ek olarak, Bluetooth 1.x standardının halihazırda yalnızca kişisel ağlar için değil, çok kullanıcılı yerel alan ağları ve sensör uygulamaları dahil olmak üzere bir dizi başka görev için de yaygın olarak kullanıldığını unutmayın. Bu alanlarda Bluetooth 1.x, Wi-Fi ve Zigbee gibi diğer kablosuz standartlarla rekabet etmekte giderek zorlanıyor.

Bu koşullar altında, Bluetooth SIG ya gelecekteki pazarı rakiplere verebilir ya da hıza ayrı bir odaklanma ile temelde yeni bir standart yaratabilir.

Bluetooth 2.0/EDR'de yenilikler

Geliştiricilerin yeni standardın popülaritesindeki büyümeye güvenmelerini sağlayan yeniliklere hızlıca bir göz atalım:

Gelişmiş Veri Hızı (EDR)

Veri aktarım hızı konusu, Bluetooth geliştiricileri için pek çok zorluk yaratıyor. Bir yanda 1.x sürümünün sağladığı 721 Kbps hız ile her koşulda yeterli olacak birçok görev varken, diğer yanda her zamankinden daha büyük miktarlarda aktarımı gerektiren multimedya görevleri var. veri.

Bir baskı sunucusuyla birleştirilmiş Bluetooth / LAN erişim noktası.

Bluetooth'un yeni sürümünün sağladığı 2,1 Mbps'lik hız, en yavaş kablosuz ağlardan bile önemli ölçüde kısadır, ancak tipik multimedya görevleri için neredeyse yeterlidir.

2002'de vaat edilen 12 Mbps'den sonra, 2.1 rakamı mütevazı olmaktan da öte görünüyor. Bununla birlikte, Bluetooth SIG geliştiricilerinin, bu standart için en yüksek öncelik olan ve olmaya devam eden güç tüketimi ve maliyet gereklilikleri ile ciddi şekilde sınırlandırıldığı dikkate alınmalıdır.

Bluetooth 1.x, en ilkel modülasyon şemalarından birini kullanır - GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), basitliği 1998'de 721 Kbps'lik bir hızın bile aşırı göründüğü geliştiriciler için çok çekiciydi. Bluetooth 2.0/EDR, veri hızını neredeyse üç katına çıkaran birkaç alternatif modülasyon şeması kullanır. Ancak uyumluluk nedenleriyle GFSK desteklenmeye devam ediyor.

"Atlama" frekans kanallarının eksikliği.

Bluetooth sürüm 1.x'te iletişim, 79'dan biri kullanılarak gerçekleştirilebilir. frekans kanalları. Aynı frekans aralığında çalışan diğer cihazlardan kaynaklanan paraziti önlemek için kanallar saniyede 1600 kez değişir. Bu oldukça basit bir çözüm ve ayrıca, 1998'de böyle bir protokol, davetsiz misafirlere karşı iyi bir donanımsal iletişim koruması olarak kabul edilebilirdi. Böyle bir mekanizmanın dezavantajları, daha yavaş iletişim ve standardın daha fazla geliştirilmesindeki zorlukları içerir.

Bluetooth 2.0, standardın özelliklerinden daha iyi yararlanmak için daha modern bir parazit önleme mekanizması kullanır.

çoklu yayın desteği

Kişisel ağlarda, genellikle aynı verileri aynı anda birkaç cihaza aktarmak gerekir. Bluetooth 1.x, her cihaz için bu verilerin sırayla çoklu iletimini sağladı. Aynı anda, belirli bir Bluetooth ağında yalnızca bir verici ve bir alıcı cihaz bulunabilir. Bu, aynı sesi birden çok Bluetooth kulaklıkta paylaşmak veya nasıl bilgisayar oyunları birden çok katılımcının Bluetooth aracılığıyla senkronize edilmesiyle. Ek olarak, işi yavaşlatır, çünkü her seferinde bir sonraki cihazla yeniden bağlantı kurmanız gerekir, bu da önemli miktarda zaman alır.

Bluetooth 2.0, aynı verileri aynı anda birden fazla cihaza gönderme yeteneği sağlar. Bu özelliğe "Multi-cast" adı verilir ve hızlı kanal değiştirme mekanizması ortadan kaldırılarak mümkün kılınır.

QoS sistemi (hizmet kalitesi)

Aynı anda birkaç cihazla iletişim kurmak için Bluetooth arayüzünü kullanırken, genellikle istenmeyen gecikmeler meydana gelir. Veri akışları daha iyi organize edilirse bunlardan kaçınılabilir.

Bluetooth 2.0 spesifikasyonu, cihazların minimum sayıda gecikmeyle etkileşimini sağlayan özel bir QoS (hizmet kalitesi) mekanizması sağlar. QoS'yi destekleyen cihazlar, anında veri aktarımı ihtiyaçlarını karşılamak ve iletişim gecikmesiyle acısız bir şekilde başa çıkmak için birbirleriyle iletişim kurar. Böylece gerçek veri aktarım hızını artırmadan kullanıcıları bu kadar rahatsız eden yavaşlama etkisini ortadan kaldırmak mümkün oluyor.

Ortama dağıtılmış erişim kontrolü

Bluetooth'un ilk sürümlerindeki ağ modeli çok basittir. Ağın bir yöneticisi ve birden yediye kadar bağımlısı vardır. Veriler yalnızca ana ("ana") ve bağımlı ("bağımlı") cihazlar arasında aktarılabilir. Aynı zamanda ana cihaz, cihazların veri iletim ortamına erişimini kontrol eder. Ana cihaz herhangi bir nedenle ağdan ayrılırsa, ağın geri kalanı çalışamaz.

Bluetooth 2.0, veri aktarım ortamına erişim üzerinde dağıtılmış kontrol sağlayan ve ağı tek bir cihaza bağımlı olmaktan kurtaran yeni bir protokol sunar. Ana cihaz ağdan çıkar çıkmaz işlevleri başka bir cihaza aktarılır.

Ayrıca Bluetooth 2.0'da maksimum ağ boyutu 8'den 256 cihaza çıkarıldı. 1.x sürümlerinde, ağı artırmak için, basit Bluetooth ağlarını ("pikonet") tek bir ağda birleştirmek için oldukça elverişsiz bir mekanizma sağlanmıştır. büyük ağ("dağılım"). Aynı zamanda, aynı cihaz basit bir ağda yönetici, diğerinde bağımlıydı. 2.0 sürümünde, her şey çok daha basit - bir ila 255 bağımlı cihaz bir ana cihaza bağlı.

Gelişmiş enerji tasarrufu

Bluetooth 2.0'da artan veri aktarım hızı, cihazların tükettiği gücün artmasına neden oldu. Ancak güç tüketimi hız kadar artmadığı için aynı miktarda veriyi iletmek için gereken toplam güç tüketimi gözle görülür şekilde azaltıldı. Çoğu görev için, enerji tasarrufunda iki kattan fazla kazanç vardır.

Verilerle çalışmanın daha akıllıca düzenlenmesi, enerji tüketimini azaltma yönünde de etkiledi. Bu nedenle, örneğin, birkaç cihaza aynı anda veri iletiminin kullanılması, bu verilerin her bir cihaza ayrı ayrı iletilmesinden belirgin şekilde daha ekonomiktir.

Önceki sürümlerle geriye dönük uyumlu

Bluetooth spesifikasyonu sürüm 2.0, önceki tüm sürümlerle tam uyumluluk sağlar. Yeni standardı destekleyen bir cihaz, aynı ağa bağlı olsalar bile tüm sürümlerdeki cihazlarla iletişim kurabilir. Aynı zamanda, yeni cihazlarla veri alışverişi yapılacaktır. artan hız 2,1 Mbps ve eskileriyle - aynı 721 Kbps'de.

Bluetooth'un Geleceği

Bluetooth spesifikasyonunun yeni sürümü nihai olarak adlandırılamaz. Bu standardın uzun süre gelişemediği, pazarın mevcut gereksinimlerinin üzerinde kaldığı yıllar geride kaldı. Artık zamana ayak uydurmak için düzenli güncellemelere ihtiyacı var.

Bluetooth SIG, her yıl güncellenen özellikleri yayınlamaya başlamayı planlıyor ve bir sonraki sürümü 2005 yılı sonuna kadar piyasaya sürmeyi vaat ediyor. Tabii ki, her yeni sürüm sürüm 2.0/EDR kadar çok yeni özellik içermeyecektir.

İlginç bir şekilde, veri hızı artık standardın geliştiricileri tarafından çabalarının en yakın uygulama noktası olarak talep edilmiyor. Planlarında, mevcut hızın daha iyi kullanılması alanında Bluetooth'un yeteneklerinin geliştirilmesine çok daha fazla önem verilmektedir, örneğin, 2005 yılında neredeyse sonsuza kadar iyileştirilebilen QoS sisteminin tamamlanması planlanmaktadır ve 2006 yılında Multi-Cast sisteminin tamamlanması bekleniyor.

Hem Bluetooth'u kendisi için yeni alanlara iten hem de tipik kişisel ağ alanında beklenen rakip standartların, geliştiricileri en iyisini geliştirmeye devam etmeye zorlaması doğaldır. kuvvet standart - düşük enerji tüketimi. SIG, 2005 yılında, enerji tüketiminde benzeri görülmemiş bir azalmaya yol açan çözümler sunmayı planlıyor.

Ek olarak, giderek daha fazla sayıda bulunan yeni Bluetooth uygulama alanları, veri güvenliği için daha katı gereksinimler getirmektedir ve hatta yeni standardın tam olarak nereye dağıtılacağını bilmeden bunları formüle etmek bile zordur. Şimdilik, standart spesifikasyonun her yeni versiyonunda güvenliğin yönüne dikkat edilecektir.

Bluetooth ve hepsi hepsi

Yeni özelliklerin, Bluetooth 2.0'ın çok yakın bir gelecekte mevcut bazı kablosuz iletişim standartlarıyla aktif rekabete girmesini sağlayacağı açıktır. Bluetooth'u ciddi bir rakip haline getirebilecek yeni standartların da ortaya çıkması bekleniyor.

Bluetooth ve ana rakipleri arasındaki güç dengesini düşünün:

Bluetooth vs. UWB

Kablosuz USB adı verilen yeni kablosuz standart, Bluetooth ile hemen hemen aynı görevler için, yani kişisel alan ağları için tasarlanmıştır. Yeni standardın ana zayıflığı, henüz hazır olmaması, ancak piyasaya sürülmesinin nispeten yakın bir gelecekte planlanması ve o zaman bile hiçbir şey, sözde Bluetooth ve Kablosuz USB arasındaki rekabetin alevlenmesini engelleyemez. birincisi, düşük fiyat ve güç tüketimine sahip olacak ve ikinci tarafta - ideal iletişim koşullarında 480 Mbit / s'ye ulaşan (USB 2.0 gibi) veri aktarım hızı. Mevcut pek çok uyumlu cihazın yaklaşan mücadelede Bluetooth'a yardımcı olması pek olası değildir, çünkü aslında Kablosuz USB, süper olağan USB 2.0'dan yalnızca bir kablonun olmaması nedeniyle farklı olacaktır ve yeni standardın uyarlanması hızlı ve acısız olacaktır.

Yakın gelecekte standartlardan birinin hızlı zaferi tamamen gerçekçi değil. Hızı önemsemeyen ancak düşük güç tüketiminin önemli olduğu veya tam tersi cihazlar olduğu sürece her iki standarda da ihtiyaç duyulacaktır. Aynı zamanda, kişisel ağlar için cihazlar dünyasının iki uyumsuz kampa hızlı bir şekilde bölünmesi beklenmemelidir, çünkü hem hız hem de enerji verimliliği ile eşit derecede ilgilenen cihazlar oldukça yaygındır.

Bluetooth geliştiricilerinin hızı artıracağı ve Kablosuz USB geliştiricilerinin güç tüketimini azaltacağı bir yarış muhtemeldir. Her iki standardın da tamamen teknik olarak pek çok ortak noktası vardır, bu nedenle, birinin zaferine ek olarak, bunlara dayalı yeni bir iletişim standardı oluşturma seçeneği de düşünülebilir.

Her halükarda meselenin nihai çözümü önümüzdeki birkaç yılın meselesi değil.

Bluetooth vs. Wifi

Teorik olarak, Bluetooth ve Wi-Fi standartları temel olarak farklı görevler Ancak mobil iletişim ve yerel alan ağlarının birbirine doğru gelişmesi bu standartların başarılı bir şekilde rekabet ettiği alanların ortaya çıkmasına neden olmuştur.

Her şeyden önce, bu küçük ağlarörneğin oyun ve multimedya görevleri için tasarlanmış mobil cihazlar. İletişim hızı ve bu iletişimin mümkün olduğu mesafe, bu tür ağlarda pil gücünün ekonomik kullanımına göre ikincildir.

Aslında, hızdaki artış En son sürüm Bluetooth, Wi-Fi'yi alandan tamamen çıkarmasına izin verir mobil ağlar yeni görünmeye başladığı yer. Wi-Fi'nin rekabetçi olmaya devam ettiği aynı alanlarda, öncelikle hız değil, karmaşık ağ görevleri ve özellikle İnternet için belirli "keskinleştirme" ile yardımcı olacaktır.

Büyük olasılıkla, geleceğin akıllı telefonları ve oyun konsolları, geleneksel mobil olmayan ağlar ve İnternet ile iletişim kurmak için Wi-Fi ve birbirleriyle iletişim kurmak için Bluetooth kullanacaktır. Tek bir ağ standardı hayalleri yine beklemek zorunda kalacak.

Bluetooth vs. zigbee

Sensör sistemleri alanı, Bluetooth güç tasarrufunun yalnızca ideal düzeyde olmadığı, aynı zamanda en minimum gereksinimleri bile karşılayamadığı tek alandır. Bu sadece ekonomik veri aktarımıyla ilgili değil, aynı zamanda diğer zamanlarda enerjinin daha akıllıca kullanılmasıyla da ilgili.

Hız açısından Bluetooth'un çok gerisinde kalan rakip standart Zigbee, dokunmatik cihazların birkaç yıl boyunca tek bir pille çalışmasına izin veriyor.

Standartların bu çatışmasında durum basit: Bluetooth, geliştiricilerinin söz verdiği gibi, sonraki spesifikasyonlarda ekonomi açısından Zigbee'yi geçerse, sensör sistemleri pazarı ele geçirilmiş sayılabilir ve değilse, Zigbee yalnızca işgal etmeye devam edecek pazarın bu kısmı.

bluetooth 5.0 bir gerçeklik haline geldi. Bluetooth 4.0 ile karşılaştırıldığında, yeni sürümde iki kat verim, dört kat aralık ve bir dizi başka iyileştirme. Örnek de dahil olmak üzere Bluetooth 5.0'ın öncekilere göre avantajlarını göz önünde bulundurun işlemci CC2640R2F itibaren Teksas Aletleri.

Bluetooth 4 protokol sürümünün popülaritesi ve bazı sınırlamaları, bir sonraki Bluetooth 5 spesifikasyonunu oluşturmanın nedenleri oldu.Geliştiriciler kendilerine bir dizi hedef belirledi: aralığı genişletmek, yayın paketleri gönderirken verimi artırmak, iyileştirmek gürültü bağışıklığı vb.

Artık ilk Bluetooth 5 cihazları ortaya çıkmaya başladığına göre, kullanıcıların ve geliştiricilerin haklı olarak soruları var: Daha önce açıklanan vaatlerden hangisi gerçekleşti? Menzil ve veri aktarım hızı ne kadar arttı? Bu tüketimi nasıl etkiledi? Yayın paketlerinin oluşumuna yaklaşım nasıl değişti? Gürültü bağışıklığını artırmak için hangi iyileştirmeler yapıldı? Ve tabii ki asıl soru - Bluetooth 5 ile Bluetooth 4 arasında geriye dönük uyumluluk var mı? Bunları ve diğer bazı soruları yanıtlayalım ve şirket tarafından üretilen Bluetooth 5.0 destekli gerçek bir işlemci örneği de dahil olmak üzere Bluetooth 5.0'ın öncekilere göre ana avantajlarını ele alalım. Teksas Aletleri.

Hadi başlayalım bluetooth'a genel bakış Bluetooth 4.x ile geriye dönük uyumluluk hakkında en sık sorulan sorunun yanıtından 5.0

Bluetooth 5.0, Bluetooth 4.x ile geriye dönük uyumlu mu?

Evet öyle. Bluetooth 5, Bluetooth 4.1 ve 4.2'nin özelliklerinin ve geliştirmelerinin çoğunu benimsemiştir. Örneğin, Bluetooth 5 cihazları, Bluetooth 4.2'nin tüm veri güvenliği geliştirmelerini korur ve LE Veri Uzunluğu Uzantısını destekler. LE Veri Uzunluğu Uzantısı sayesinde, Bluetooth 4.2'den başlayarak, bağlantı kurulan veri paketinin boyutunun (paket veri birimi, PDU) 27 bayttan 251 bayta çıkarılabileceğini hatırlatmakta fayda var. veri değişim oranı 2,5 kat.

Protokol versiyonları arasındaki çok sayıda farklılık nedeniyle, bağlantı kurarken cihazlar arasında parametreleri müzakere etmeye yönelik geleneksel mekanizma korunur. Bu, veri alışverişine başlamadan önce cihazların "tanıştığı" ve maksimum veri aktarım sıklığını, mesaj uzunluğunu vb. belirlediği anlamına gelir. Varsayılan ayarlar Bluetooth 4.0'dır. Bluetooth 5 parametrelerine geçiş, yalnızca eşleştirme işlemi sırasında her iki cihazın da protokolün daha sonraki bir sürümünü desteklediği ortaya çıkarsa gerçekleşir.

Geliştiriciler için zaten mevcut olan araçlardan bahsetmişken, belirtmekte fayda var. yeni işlemci CC2640R2F ve Texas Instruments'tan ücretsiz bir BLE5-Stack. Geliştiricilerin zevkine göre, BLE5-Stack, BLE-Stack'in önceki sürümüne dayanmaktadır ve kullanımında yalnızca yenileri değiştirilmiştir. Bluetooth özellikleri 5.0.

Bluetooth 5'te veri aktarım hızı nasıl arttı?

Bluetooth 5, Bluetooth 4.x'in iki katı olan 2 Mbps'ye kadar fiziksel veri aktarım hızına sahip bir kablosuz bağlantı kullanır. Burada, etkin veri değişim oranının yalnızca iletim kanalının fiziksel bant genişliğine değil, aynı zamanda hizmet oranına da bağlı olduğunu belirtmekte fayda var. kullanışlı bilgi paketin yanı sıra ilgili "genel giderler" maliyetlerinden, örneğin paketler arasındaki zaman kaybından (tablo 1).

Tablo 1. Farklı sürümler için iletişim hızıBluetooth

Bluetooth 4.0 ve 4.1 sürümlerinde, kanalın fiziksel bant genişliği 1 Mbps idi ve bu, 27 baytlık bir PDU veri paketi uzunluğu ile 305 kbps'ye kadar döviz kurlarına ulaşılmasını mümkün kıldı. Bluetooth 4.2, LE Veri Uzunluğu Uzantısını tanıttı. Onun sayesinde cihazlar arasında bağlantı kurulduktan sonra paket uzunluğunu 251 bayta çıkarmak mümkün hale geldi, bu da veri değişim hızında 2,5 kat - 780 kbps'ye kadar artışa neden oldu.

Bluetooth 5 sürümü, fiziksel bant genişliğinde 2 Mbps'ye kadar artışla birlikte 1,4 Mbps'ye kadar veri değişim hızlarına ulaşmayı mümkün kılan LE Veri Uzunluğu Uzatma desteğini korur.

Uygulamada görüldüğü gibi, veri aktarımının bu şekilde hızlanması sınır değildir. Örneğin, CC2640R2F kablosuz mikrodenetleyici, 5 Mbps'ye kadar hızlarda çalışabilir.

Verimdeki artışın 2 Mbps'ye çıkarılmasının, aralığın azaltılmasıyla elde edildiğine dair yaygın bir yanılgıdan bahsetmeye değer. Tabii ki, fiziksel olarak, alıcı-verici çipi (PHY), 2 Mbps'de çalışırken, 1 Mbps'de çalışırken olduğundan 5 dBm daha az duyarlılığa sahiptir. Bununla birlikte, hassasiyete ek olarak, örneğin veri kodlamaya geçiş gibi, aralığın artmasına katkıda bulunan başka faktörler de vardır. Bu nedenle Bluetooth 5, diğer her şey bir yana, Bluetooth 4.0'a göre daha güvenilir ve daha geniş bir menzile sahip. Bu, makalenin aşağıdaki bölümlerinden birinde daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Bluetooth 5'te yüksek hızlı veri modu nasıl etkinleştirilir?

İki kişi arasında bağlantı kurulduğunda Bluetooth cihazları Başlangıçta Bluetooth 4.0 ayarları kullanılır. Bu, ilk aşamada cihazların 1 Mbps hızında veri alışverişi yaptığı anlamına gelir. Bağlantı kurulduktan sonra, Bluetooth 5.0 özellikli ana bilgisayar, maksimum 2 Mbps hız oluşturmayı amaçlayan PHY Güncelleme Prosedürünü başlatabilir. Bu işlem, yalnızca bağımlı aygıt Bluetooth 5.0'ı da destekliyorsa başarılı olur. Aksi takdirde, hız 1 Mbps'de kalır.

Daha önce Texas Instruments'ın BLE-Stack'ini kullanmış olan geliştiriciler için iyi haber şu ki, yeni BLE5-Stack'te yukarıdaki prosedürü gerçekleştirmek için tek bir HCI_LE_SetDefaultPhyCmd() işlevi tahsis edilmiş. Böylece, Bluetooth 5.0'a yükseltirken, TI ürünleri kullanıcıları ilk başlatma ile ilgili herhangi bir sorun yaşamazlar. Ayrıca geliştiriciler için GitHub portalında yayınlanan ve CC2640R2 LaunchPad'lerin bir parçası olarak çalışan iki CC2640R2F mikrodenetleyicinin Yüksek Hız ve Uzun Menzil modlarında çalışmasını değerlendirmenize olanak tanıyan bir örnek faydalı olacaktır.

Bluetooth 5'in menzili nasıl arttı?

Bluetooth 5.0 spesifikasyonu, Bluetooth 4.0'a kıyasla aralığın yaklaşık dört katından bahsediyor. Bu, daha ayrıntılı olarak üzerinde durmaya değer oldukça ince bir sorudur.

İlk olarak, "dört kez" kavramı görecelidir ve metre veya kilometre cinsinden belirli bir hareket yarıçapına bağlı değildir. Gerçek şu ki, radyo iletim aralığı büyük ölçüde bir dizi faktöre bağlıdır: ortamın durumu, parazit seviyesi, aynı anda verici cihazların sayısı vb. Sonuç olarak, hiçbir üretici ve Bluetooth SIG standardının geliştiricisi belirli değerler vermez. Menzildeki artış, Bluetooth 4.0 ile karşılaştırıldığında tahmin edilmektedir.

Daha fazla analiz için, bazı Matematiksel hesaplamalar ve radyo kanalı güç bütçesini tahmin edin. Logaritmik değerler kullanılırken, radyo kanalı bütçesi (dB), verici gücü (dBm) ile alıcı hassasiyeti (dBm) arasındaki farka eşittir:

Radyo kanalı bütçesi = güçTeksas(dBm) - hassasiyetR X(dBm)

Bluetooth 4.0 için standart alıcı hassasiyeti -93 dBm'dir. 0 dBm'lik bir verici gücü varsayıldığında, bütçe 93 dB'dir.

Menzildeki dört kat artış, bütçede 12 dB'lik bir artış gerektirecek ve bu da 105 dB'lik bir değerle sonuçlanacaktır. Bu değere nasıl ulaşması gerekiyor? İki yol vardır:

• verici gücünde artış;
• Alıcıların hassasiyetini arttırmak.

Birinci yolu izler ve verici gücünü artırırsanız, bu ister istemez tüketim artışına neden olacaktır. Örneğin, CC2640R2F için, 5 dBm'lik bir çıkış gücüne geçmek, akım tüketiminde 9 mA'ya kadar bir artışa yol açar (Şekil 1). 10 dBm'lik bir güçte akım 20 mA'ya yükselecektir. Bu yaklaşım, pille çalışan çoğu kablosuz cihaz için çekici görünmüyor ve IoT için her zaman uygun değil ve bu, Bluetooth 5.0'ın öncelikli olarak odaklandığı alandır. Bu nedenle ikinci çözüm daha çok tercih edilebilir görünmektedir.

Alıcının hassasiyetini artırmanın iki yolu vardır:

• iletim hızı azaltma;
• Kodlanmış PHY veri kodlamasının kullanımı.

Veri hızını sekiz kat azaltmak teorik olarak alıcı hassasiyetini 9 dB artırır. Bu nedenle, sadece 3 dB, aziz değer için yeterli değildir.

Gerekli 3 dB, PHY Kodlu ek kodlama yardımı ile elde edilebilir. Daha önce, Bluetooth 4.x sürümlerinde, bit kodlaması net bir şekilde 1:1 idi. Bu, veri akışının doğrudan diferansiyel demodülatöre gönderildiği anlamına gelir. Bluetooth 5.0'da Kodlu PHY kullanılırken iki ek iletim biçimi vardır:

• 1:2 kodlama ile, burada her veri bitine radyo veri akışında iki bit atanır. Örneğin, mantıksal bir "1", "10" dizisi olarak temsil edilir. Bu durumda, fiziksel hız 1 Mbps'de kalır ve gerçek veri aktarım hızı 500 kbps'ye düşer.
• 1:4 kodlama ile. Örneğin, mantıksal "1", "1100" dizisi ile temsil edilir. Veri aktarım hızı daha sonra 125 kbps'ye düşürülür.

Açıklanan yaklaşıma İleri Hata Düzeltme (FEC) adı verilir ve Bluetooth 4.0'da olduğu gibi paketlerin yeniden iletilmesini talep etmek yerine alıcı taraftaki hataları tespit edip düzeltmenize olanak tanır.

Kağıt üzerinde her şey iyi görünüyor. Sadece bu teorik hesaplamaların gerçeğe nasıl karşılık geldiğini bulmak için kalır. Örnek olarak, aynı CC2640R2F mikrodenetleyiciyi ele alalım. Çeşitli geliştirmeler ve yeni Bluetooth 5.0 modülasyon modları sayesinde, bu işlemcinin alıcı-vericisi 1Mbps'de -97dBm ve Coded PHY ve 125kbps'de -103dBm hassasiyete sahiptir. Böylece, ikinci durumda, 105 dB seviyesinde sadece 2 dBm eksiktir.

Texas Instruments mühendisleri, CC2640R2F'nin menzilini değerlendirmek için Oslo'da bir saha deneyi gerçekleştirdi. Aynı zamanda, gürültü seviyesi açısından, şehrin iş bölümü yakın çevrede olduğu için bu deneydeki ortam "dost canlısı" olarak adlandırılamaz.

105 dB'den daha büyük bir güç bütçesi elde etmek için verici gücünün 5 dBm'ye çıkarılmasına karar verildi. Bu, 108 dBm'lik etkileyici bir son değer elde etmeyi mümkün kıldı (Şekil 2). Deneyi gerçekleştirirken, hareket menzili 1,6 km idi ve bu, özellikle radyo vericilerinin minimum tüketim seviyesini hesaba katarsak, çok etkileyici bir sonuçtur.

Bluetooth 5 yayın mesajlarına yaklaşım nasıl değişti?

Önceden, Bluetooth 4.x, cihazlar arasında bağlantı kurmak için üç özel veri kanalı (37, 38, 39) kullanıyordu. Onların yardımıyla cihazlar birbirini buldu ve servis bilgilerini değiş tokuş etti. Yayın veri paketlerini bunlar aracılığıyla iletmek de mümkündü. Bu yaklaşımın dezavantajları vardır:

• çok sayıda aktif verici ile bu kanallar kolayca aşırı yüklenebilir;
• giderek daha fazla cihaz, noktadan noktaya bağlantı kurmadan yayınları kullanıyor. Bu özellikle IoT için önemlidir;
• yeni Coded PHY kodlama sisteminin bir bağlantı kurması sekiz kat daha uzun sürecek ve bu da yayın kanallarını ek olarak yükleyecektir.

Bluetooth 5.0'daki bu sorunları çözmek için, verilerin 37 veri kanalının tamamı üzerinden iletildiği ve işaretçileri iletmek için hizmet kanallarının 37, 38, 39 kullanıldığı bir şemaya geçmeye karar verildi. İşaretçi, yayın mesajının iletileceği kanalı ifade eder. Bu durumda, veriler yalnızca bir kez iletilir. Sonuç olarak, servis kanallarını önemli ölçüde boşaltmak ve bu darboğazı ortadan kaldırmak mümkündür.

Bluetooth 4.x'te yayın paketinin veri uzunluğunun artık 6…37 bayt PDU yerine 255 bayta ulaşabileceğini de belirtmekte fayda var. Bu, iletim yükünü en aza indirdiği ve bağlantı kurulumunu ortadan kaldırdığı ve dolayısıyla tüketimi azalttığı için IoT uygulamaları için son derece önemlidir.

Bluetooth 5 ağ ağlarını destekliyor mu?

Bluetooth 5 için Texas Instruments'tan çözümler

Bluetooth 5.0'a sahip ilk mikrodenetleyicilerden biri, Texas Instruments'ın yüksek performanslı CC2640R2F işlemcisiydi.

CC2640R2F, 48 MHz'e kadar çalışma frekansına sahip modern bir 32 bit ARM Cortex-M3 çekirdeğini temel alır. Radyo vericisinin çalışması, ikinci 32 bit ARM Cortex-M0 çekirdeği tarafından kontrol edilir (Şekil 3). Ayrıca CC2640R2F, zengin dijital ve analog çevre birimlerine sahiptir.

Mikrodenetleyici CC2640R2F'nin avantajı da düşük bir tüketim seviyesidir (tablo 2). Bu, tüm çalışma modları için geçerlidir. Örneğin, aktif modda, bir radyo kanalı üzerinden veri alırken tüketim 5,9 mA ve iletirken 6,1 mA (0 dBm) veya 9,1 mA (5 dBm) olur. Uyku moduna geçerken, besleme akımı tamamen 1 μA'ya düşer.

gibi üç önemli niteliğin birleşimi Bluetooth desteği 5.0, düşük tüketim ve yüksek performans, CC2640R2F'yi çok ilginç bir IoT çözümü haline getiriyor. Aynı zamanda, bu mikrodenetleyiciyi kullanarak tüm IoT cihazları yelpazesini oluşturabilirsiniz: birkaç yıl boyunca tek bir pille çalışan otonom sensörler, ek bir kontrol işlemcisi ile bir Bluetooth 5.0 kanalı arasında köprüler, yüksek bilgi işlem gücü gerektiren karmaşık uygulamalar .

Tablo 2. Kablosuz mikrodenetleyici tüketimiCC2640 R2 Fdestek ilebluetooth 5

CC2640R2F'yi hızlı bir şekilde kullanmaya başlamak için Texas Instruments, geleneksel bir hata ayıklama kiti hazırladı (Şekil 4). Bu tür bir çift cihaz kullanarak, Bluetooth 5.0 üzerinden radyo iletiminin hızını ve aralığını değerlendirebilirsiniz. Bunun için hazır örnekler kullanabilir veya oluşturabilirsiniz. kendi uygulamasıücretsiz BLE 5 yığın 1.0 protokolüne dayalıdır (www.ti.com/ble).

Çözüm

Bluetooth 5.0 protokolünün yeni sürümü, nesnelerin interneti (IoT) gereksinimleriyle maksimum uyumluluğa odaklanmıştır. Bluetooth 4.0 sürümüyle karşılaştırıldığında, bir dizi kalite iyileştirmesi vardır:

• veri aktarım hızı ikiye katlandı ve 2 Mbps'ye ulaştı;
• Coded PHY ve Forward Error Correction (FEC) veri kodlaması ile iletim aralığı dört katına çıkarıldı;
• Yayın mesajı verimi 8 kat arttı.

Ayrıca Bluetooth 5.0, Bluetooth 4.x cihazlarıyla geriye dönük uyumluluk sağlar ve ayrıca protokolün sonraki sürümlerinin uzantılarının çoğunu destekler.

Texas Instruments tarafından üretilen araçlar yardımıyla Bluetooth 5.0'ın olanaklarını şimdi değerlendirebilirsiniz. Şirket, yüksek performanslı ve düşük güçlü bir mikro denetleyici CC2640R2F'yi piyasaya sürüyor, ücretsiz bir BLE 5 yığını 1.0 yığını ve LAUNCHXL-CC2640R2 hata ayıklama kiti için birçok hazır örnek sağlıyor.

Edebiyat

1. Bluetooth Çekirdek Spesifikasyonu 5.0 SSS. 2016. Bluetooth SIG.