Меню

Bluetooth мощность по классам



Bluetooth: версии, профили, классы… И немного метров

Сегодня почти не осталось пользователей, не знакомых с технологией Bluetooth. В народе ее называют «синим зубом» или попросту «зубиком» и очень уважают.

Сегодня почти не осталось пользователей, не знакомых с технологией Bluetooth. В народе ее называют «синим зубом» или попросту «зубиком» и очень уважают. Многие и вовсе считают «зубастые» чипы, поселившиеся в мобильных телефонах, КПК и прочих гаджетах, чуть ли не важнейшим их преимуществом: еще бы, кто возразит против возможности быстро и бесплатно обмениваться контентом, данными, визитками, подсоединять карманные устройства или же беспроводные клавиатуры и мышки к ПК и болтать по беспроводной гарнитуре.

Веские причины для всенародной признательности, не так ли?

Вспомните времена, когда поддержка Bluetooth была редкостью и приходилось «кидаться» картинками по инфракрасному порту, а чтобы освободить руки, нужно было подключать проводные наушники с микрофоном, вечно выпадавшие из ушей. Теперь же «синезубым» модулем оснащается большинство мобильных телефонов стоимостью от ста долларов, он имеется в каждом сколько-нибудь приличном современном ноутбуке, а уж о КПК и говорить нечего — как же иначе «подцепить» к нему мобильник в качестве GPRS-модема? В этом суть Bluetooth-технологии, призванной соединять совершенно разные на первый взгляд устройства и передавать между ними данные и голос.

А началось все в далеком 1994 году, когда в недрах шведской компании Ericsson было решено разработать новый радиоинтерфейс, предназначенный в первую очередь для связи мобильного телефона и беспроводной гарнитуры. Учитывая, что технологию планировали применять очень широко, в том числе и в массовых продуктах, основных требований к ней было три: чипы должны быть экономичными, недорогими и миниатюрными, дабы как можно меньше влиять на энергопотребление, цену и размеры устройств. В 1998 году к шведам присоединились такие серьезные парт неры, как Intel, Nokia, IBM и Toshiba: рынок нуждался в единой технологии, которую производители могли бы лицензировать и внедрять в свои продукты, чтобы обеспечить их совместимость. Была создана специальная рабочая группа, в которую со временем вошли представители еще нескольких компаний; в ее задачи входила разработка и стандартизация спецификаций Bluetooth, составление документации и в конечном счете продвижение и внедрение технологии на мировом рынке. Первый вариант стандарта — Bluetooth 1.0.b — появился в 1999 году, однако это была всего лишь так называемая бета-версия: модули, поддерживающие ее, в коммерческие устройства не устанавливались. Работа продолжилась, и уже в 2000 году были опубликованы спецификации стандарта Bluetooth 1.1, которые после ряда доработок внутри рабочей группы были одобрены Палатой стандартов IEEE-SA: было объявлено о новом стандарте беспроводных коммуникаций, поименованном IEEE 802.15.1. С тех пор и началось триумфальное шествие Bluetooth по рынку мобильных (и не очень) устройств — сперва соответствующие модули появились в сотовых телефонах Ericsson, эта же компания выпустила первую в мире Bluetooth-гарнитуру, а затем примеру шведов последовали и другие производители.

Одним из выгодных моментов в реализации этой технологии является рабочий диапазон частот — 2,45 ГГц; это так называемый нижний диапазон, обозначаемый аббревиатурой ISM (Industrial, Scientific, Medical) и использующийся для работы промышленного, научного и медицинского оборудования. Он разрешен к свободному использованию по всему миру, и для применения соответствующих устройств не требуется дополнительных лицензий и разрешений — купил устройство с Bluetooth-модулем и эксплуатируй в свое удовольствие. С другой стороны, если учесть, что в ISM-диапазоне уже действует масса других устройств, разработчикам пришлось изобретать защиту от возможных помех: «синий зуб» использует радиосигналы с возможностью изменения спектра путем скачкообразного повышения или понижения частоты по псевдослучайному алгоритму.

На практике это выглядит следующим образом: Bluetooth-модули работают тактами длительностью 625 мкс, и каждому модулю на время одного такта назначаются различные частотные каналы. Всего вариантов 79 — от 2,4 до 2,48 ГГц с шагом 1 МГц, причем скорость перехода от одной частоты к другой по окончании такта может достигать 1,6 ГГц.

Разумеется, львиную долю пользователей интересует не то, как технология «выглядит изнутри», а на что способны устройства, умеющие с ней работать, — скажем, что лучше: телефон, поддерживающий Bluetooth 1.2 или 2.0? А что быстрее? И есть ли смысл присматриваться к моделям, работающим с A2DP-профилем? Что ж, попытаемся ответить на эти и многие другие вопросы, связав рассказы о реальных технических характеристиках, цифрах «на бумаге» и историях версий воедино.

Прежде всего напомним, что все три коммерческие версии протокола — 1.1, 1.2 и 2.0 — обратно совместимы друг с другом: так, телефон с поддержкой Bluetooth 2.0 без проблем соединится с аппаратом, который оснащен модулем версии 1.2. Наличие модуля версии 1.1 подразумевает скорость передачи данных по радиоинтерфейсу до 723 кбит/с для асимметричного канала и до 423 кбит/с для симметричного.

Здесь стоит отметить две вещи: во-первых, для операций, наиболее требовательных к скорости (к примеру, для передачи файлов), устанавливается как раз симметричный канал; во-вторых, теоретически возможная скорость на практике будет заметно ниже. На первый взгляд версия Bluetooth 1.2 не дает большого преимущества — скоростные пределы здесь ровно те же. Однако есть несколько моментов, выделяющих ее на фоне 1.1: лучшая защищенность от помех, что в некоторых случаях может значительно повлиять на скорость и стабильность соединения; более быстрая установка связи между парой устройств; а также добавившаяся поддержка A2DP-профиля (для некоторых устройств), позволяющего задействовать «синий зуб» для передачи стереозвука. Да-да, для работы с беспроводными «стереоушами» устройству вовсе не обязательно иметь на борту Bluetooth-модуль версии 2.0+EDR — те же Sony Ericsson W950i и MOTOROKR Z6 поддерживают лишь 1.2.

О Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate, расширенная передача данных) расскажем подробнее: эта версия, появившаяся в 2004 году, претерпела кардинальные изменения по сравнению с двумя предыдущими — так, теоретическая скорость передачи данных в случае ассиметричного режима возросла до 2100 кбит/с, а в случае симметричного — до 1430 кбит/с. Следовательно, Bluetooth 2.0+EDR должен быть быстрее 1.x более чем втрое. Заметно ли это на практике? Скажем так: при сравнении реальных устройств прирост скорости виден невооруженным взглядом. Следует упомянуть и о новом механизме защиты от помех, который позволил добиться следующего: во-первых, возросла скорость межсоединения; во-вторых, стало возможным одновременно отправлять одни и те же данные на несколько устройств (теперь можно слушать музыку с помощью одного телефона и пары беспроводных стереогарнитур — эта фишка впервые реализована в телефонах Samsung последнего поколения). Улучшились и средства работы с персональными сетями: Bluetooth-модули версий 1.х предполагают создание довольно-таки сложных и неудобных по структуре пикосетей (до восьми устройств — одно главное и до семи подчиненных), которые соединяются в одну большую сеть, именующуюся scatter net.

Контакт подчиненных устройств одной пикосети с устройствами из других пикосетей происходит только посредством главных устройств, так что выход «главаря» из зоны приема (или, скажем, его выключение) приводит к «краху» всей пикосети и потере доступа к scatter net. Кроме того, главное в пикосети устройство может быть подчиненным в большой сети. В случае Bluetooth 2.0+EDR все проще и надежнее: в сети может быть максимум 256 устройств, то есть одно главное и до 255 зависимых; если же главное устройство «исчезает», его обязанности моментально передаются другому устройству. Ну и, наконец, энергопотребление: пропускная способность канала в версии 2.0 возросла, скорость передачи данных — тоже, а вот энергопотребление выросло незначительно. Следовательно, в сравнении с версиями 1.х количество заряда, требуемое для передачи конкретного количества данных, уменьшилось почти вдвое, что, конечно, дает определенную выгоду пользователям. Да и вообще, если судить прагматично — для чего был нужен протокол Bluetooth 2.0+EDR? В первую очередь для передачи данных большого объема — MP3-файлов, фотографий, видеороликов, то есть актуального на сегодняшний день мультимедийного контента: здесь чем выше скорость, тем лучше. К тому же возможность построения удобных беспроводных сетей выглядит очень перспективно — посчитайте, сколько устройств с Bluetooth-модулями находится в вашей квартире. У меня, например, их одиннадцать: восемь телефонов, два ноутбука и компьютер, причем все эти гаджеты регулярно «перекликаются».

Перейдем к так называемым классам Bluetooth, которые частенько путают с версиями протокола. Всего классов три, и отвечают они за радиус действия адаптера/модуля: class 1 (до 100 метров), class 2 (до 10 метров) и class 3 (до 1 метра). Сразу же отметим, что последние в коммерческих устройствах не встречаются. Почему классы выстроены именно в таком порядке? Ведь изначально версия протокола Bluetooth 1.1 предполагала радиус действия 10 метров — думается, ее и следовало бы величать class 1. Но дело в том, что еще в 1999 году разработчики определили второй порог дальности работы для будущих версий протокола — до 100 метров, и честь называться class 1 выпала именно ему. При этом необходимо учитывать, что дальность действия в случае технологии Bluetooth — понятие весьма абстрактное: стабильная работа спаренных устройств на расстоянии 10 или 100 метров (в зависимости от класса) может быть обеспечена только в идеальных условиях, которые в реальной жизни практически недостижимы. На деле с ростом расстояния между, допустим, телефоном и беспроводной гарнитурой будет ухудшаться качество передачи речи, появятся провалы, пострадает стабильность работы. И еще: если одно устройство поддерживает Bluetooth class 2, а другое — class 1, то функционировать они смогут лишь на расстоянии до 10 метров. Да и то теоретически.

Читайте также:  Усилитель одиссей какая мощность

Ну а теперь несколько слов о так называемых профилях Bluetooth, которые отвечают непосредственно за «синезубую» функциональность устройств. Что такое профиль? По сути, это своеобразный механизм, обеспечивающий функционирование связки двух и более Bluetooth-устройств: если каждое из них поддерживает один и тот же профиль, определенный в спецификации Bluetooth, то они смогут взаимодействовать соответствующим образом. Теоретически единственным обязательным профилем, который поддерживается любым Bluetooth-модулем, является GAP (Generic Access Profile) — профиль общего доступа. Однако де-факто к нему в подавляющем большинстве случаев добавляются еще три профиля, необходимые для организации передачи данных: профиль последовательного порта SPP (Serial Port Profile), протокол приложения определения предлагаемых сервисов SDAP (Service Discovery Application Profile) и протокол операции клиент-сервер при обмене объектами GOEP (Generic Object Exchange Profile). Помимо вышеперечисленных профилей, Bluetooth-устройство может (но отнюдь не обязано) поддерживать какиелибо из девяти основных или двенадцати дополнительных профилей. Перечислим основные: профиль беспроводной телефонии, CTP (Cordless Telephony Profile);
протокол связи мобильного устройства со стационарной LAN, LAP (LAN Access Profile); протокол связи ПК с сетью посредством мобильного телефона, DNP (Dial-up Networking Profile); протокол связи мобильного факса с мобильным телефоном, FP (Fax Profile); профиль, отвечающий за работу мобильных телефонов в качестве раций, IP (Intercom Profile); профиль работы беспроводной гарнитуры, HSP (Headset Profile); протокол передачи файлов между устройствами, FTP (File Transfer Profile); протокол синхронизации мобильного устройства с ПК или другими устройствами, SP (Synchronization Profile); протокол, позволяющий эмулировать интерфейс RS-232 либо USB, использующийся профилями более высокого уровня (SPP). Теперь о дополнительных (они предназначены в основном для реализации развлекательных функций): профиль для реализации процедур Plug and Play, ESDP (Extended Service Discovery Profile); профиль передачи стереозвука, A2DR (Advanced Audio Distribution Profile); профиль дистанционного управления воспроизведением музыки/видео, AVRCD (Audio Video Remote Control Profile); профиль базовой работы с изображениями, BIP (Basic Imaging Profile); профиль базовой работы с печатающими устройствами, BPP (Basic Printing Profile); базовый профиль доступа к ISDN, CIP (Common ISDN Access Profile); общий профиль распределения и рассылки аудио/видео, GAVDP (Generic Audio Video Distribution Profile); профиль «свободные руки», HFR (Hands-Free Profile); профиль эмуляции кабеля принтера, HCRP (Hardcopy Cable Replacement Profile); профиль для подключения дополнительных устройств-манипуляторов (к примеру, клавиатур и мышек), HID (Human Interface Device Profile); протокол формирования персональной сети, PAN (Personal Area Networking); протокол доступа к SIM, SAP (SIM Access Profile). На деле, конечно, среднему пользователю может понадобиться реализация шести-семи самых популярных профилей, однако возможности, заложенные в «синий зуб», способны впечатлить даже скептика, не так ли?

Уже к концу 2008 года нам обещают версию Bluetooth 2.1+EDR, которая будет отличаться еще большей защищенностью и еще меньшим энергопотреблением при аналогичных 2.0+EDR скоростных показателях. Как видим, «синий зуб» продолжает совершенствоваться — не за горами новые профили, версии, а то и классы… Кто знает, возможно, через несколько лет на просьбу «Сбрось мне, пожалуйста, этот DVD!» мы будем отвечать «Сейчас, пара секунд… Включай Bluetooth!»

Источник

Интерфейс Bluetooth: справочник пользователя

В настоящее время интерфейс Bluetooth широко применяется в ПК, мобильных телефонах и множестве других цифровых устройств. Естественно, что время от времени пользователи сталкиваются с различными проб­лемами. В большинстве случаев разобраться в причинах неполадок не так уж сложно — для этого достаточно знать основные принципы работы данного интерфейса. В настоящей статье, построенной в форме ответов на часто задаваемые вопросы, мы приведем наиболее важную информацию, касающуюся интерфейса Bluetooth.

Что такое Bluetooth?

Bluetooth — это беспроводной интерфейс с небольшим радиусом действия, созданный в 1994 году инженерами шведской компании Ericsson. В 1998-м компании Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba основали организацию Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), которая и по сей день занимается разработкой и продвижением данной технологии. Впоследствии членами Bluetooth SIG стали многие компании: в минувшем году их количество превысило 13 тыс.

Основными преимуществами Bluetooth по сравнению с конкурирующими решениями являются низкий уровень энергопотребления и невысокая стоимость приемопередатчиков, что позволяет применять его даже в малогабаритных устройствах с миниатюрными элементами питания. Кроме того, производители оборудования не должны выплачивать лицензионные отчисления за использование интерфейса Bluetooth в своих изделиях. Разумеется, этот фактор также способствовал широкому распространению данного интерфейса.

Для чего нужен Bluetooth?

Основным назначением Bluetooth является создание так называемых персональных сетей (Private Area Networks, PAN), которые обеспечивают возможность обмена данными между расположенными поблизости (внутри одного дома, помещения, транспортного средства и т.д.) настольными и портативными ПК, периферийными и мобильными устройствами и пр.

Рисунок

Варианты топологии пикосетей

Сколько устройств можно подключить при помощи Bluetooth?

Посредством Bluetooth можно объединить как два, так и сразу несколько устройств. В первом случае подключение осуществляется по схеме «точка­точка», во втором — по схеме «точка­многоточка». Независимо от применяемой схемы одно из устройств является ведущим (master), остальные — ведомыми (slave). Ведущее устройство задает шаблон, который будут использовать все ведомые устройства, а также синхронизирует их работу. Соединенные таким образом устройства образуют пикосеть (piconet). В рамках одной пикосети могут быть объединены одно ведущее и до семи ведомых устройств. Кроме того, допускается наличие в пикосети дополнительных ведомых устройств (сверх семи), которые имеют статус заблокированных (parked): они не участвуют в обмене данными, но при этом находятся в синхронизации с ведущим устройством.

Несколько пикосетей можно объединить в распределенную сеть (scatternet). Для этого устройство, работающее в качестве ведомого в одной пикосети, должно выполнять функции ведущего в другой (см. вторую схему). При этом пикосети, входящие в состав одной распределенной сети, не синхронизированы друг с другом и используют разные шаблоны.

Рисунок

Топология распределенной сети, объединяющей несколько пикосетей

Максимальное количество пикосетей в составе распределенной сети не может превышать десяти. Таким образом, распределенная сеть позволяет объединить в общей сложности до 71 устройства.

Как осуществляется передача данных?

Передача данных ведется по радиоканалу в частотном диапазоне 2,4-2,4835 ГГц с использованием метода псевдослучайной перестройки рабочей частоты (Frequency-Hopping Spread Spectrum, FHSS). Этот диапазон разбит на 79 каналов, каждый из которых занимает полосу шириной в 1 МГц. В верхней и нижней частях диапазона предусмотрены неиспользуемые (защитные) полосы. Для передачи данных применяется гауссова фазовая модуляция, которая предусматривает изменение несущей частоты во времени в соответствии с гауссовой кривой, что позволяет ограничить спектр излучаемого сигнала.

Обмен данными осуществляется внутри временных интервалов (тайм-слотов) длиной 625 мкс. После передачи каждого слота производится переход на другой частотный канал. На канальном уровне обмен данными осуществляется пакетами, каждый из которых может иметь длину от одного до пяти слотов. Часть слотов может быть зарезервирована для синхронных каналов (которые задействуются для передачи потоковых данных). Таким образом, параллельно с синхронными данными могут передаваться и асинхронные.

Спецификация Bluetooth предусматривает два вида связи: синхронную с установлением соединения (Synchronous Connection-Oriented, SCO) и асинхронную без установления соединения (Asynchronous Connection-Less, ACL). Первый вариант используется для организации канала «точка­точка» между ведущим и ведомыми устройствами. Второй служит для связи по схеме «точка­многоточка» между ведущим и всеми ведомыми устройствами данной пикосети.

Что такое классы Bluetooth?

В зависимости от мощности и эффективного радиуса действия приемопередатчики Bluetooth подразделяются на три класса (см. таблицу). Наиболее распространенным вариантом, который применяется в большинстве ныне выпускаемых мобильных электронных устройствах и ПК, являются приемопередатчики Bluetooth Class 2. Маломощными системами Class 3 оснащается медицинская аппаратура, а основной сферой применения наиболее «дальнобойных» модулей Class 1 являются системы мониторинга и управления промышленным оборудованием.

Чем различаются версии Bluetooth?

Если кратко, то набором поддерживаемых технологий передачи данных, протоколов и профилей, а также максимальной скоростью соединения. По мере развития технологий и расширения функциональности мобильных устройств возникает необходимость во внесении соответствующих изменений и дополнений в спецификацию Bluetooth. Это позволяет реализовать новые функциональные возможности, а также повысить пропускную способность интерфейса.

Первая версия спецификации (Bluetooth 1.0) была утверждена в 1999 году. В ходе эксплуатации первых устройств было выявлено немало недостатков, в том числе проблемы перекрестной совместимости продуктов разных производителей.

Вскоре после промежуточной спецификации (Bluetooth 1.0В) была утверждена Bluetooth 1.1 — в ней были исправлены ошибки и устранены многие недостатки первой версии.

В 2003 году была утверждена базовая специ­фикация Bluetooth 1.2. Одним из ее ключевых новшеств стало внедрение метода адаптивной перенастройки рабочей частоты (Adaptive frequency-hopping spread spectrum, AFH), благодаря которому беспроводное соединение стало гораздо более устойчивым к воздействию электромагнитных помех. Кроме того, удалось сократить время, затрачиваемое на выполнение процедур обнаружения и подключения устройств.

Еще одним важным улучшением версии 1.2 стало повышение скорости обмена данными до 433,9 Кбит/с в каждую сторону при использовании асинхронной связи по симметричному каналу. В случае асимметричного канала пропускная способность составляла 723,2 Кбит/с в одну сторону и 57,6 Кбит/с — в другую.

Кроме того, был добавлен усовершенствованный вариант технологии синхронной связи с установлением соединения (Extended Synchronous Connections, eSCO), который позволил улучшить качество передачи потокового звука за счет использования механизма повторной отправки пакетов, поврежденных в процессе передачи.

В конце 2004 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 2.0 + EDR. Наиболее важным новшеством второй версии стала технология Enhanced Data Rate (EDR), благодаря внедрению которой удалось значительно (в несколько раз) увеличить пропускную способность интерфейса. Теоретически использование EDR позволяет достичь скорости передачи данных 3 Мбит/с, однако на практике этот показатель обычно не превышает 2 Мбит/с.

Необходимо отметить, что EDR не является обязательной функцией для приемопередатчиков, соответствующих спецификации Bluetooth 2.0.

Читайте также:  Как определить потери мощности при моменте сопротивления

Устройства, оборудованные приемопередатчиками Bluetooth 2.0, обратно совместимы с модулями предыдущих версий (1.x). Естественно, что скорость передачи данных ограничивается возможностями более медленного устройства.

В 2007 году была утверждена базовая спецификация Bluetooth 2.1 + EDR. В ней была добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства для дополнительной фильтрации списка при сопряжении. Еще одно новшество — энергосберегающая технология Sniff Subrating, которая позволила значительно (от 3 до 10 раз) увеличить продолжительность автономной работы мобильных устройств. Также была существенно упрощена процедура установления связи между двумя устройствами и реализована поддержка NFC-соединений.

В августе 2008-го были утверждены базовые дополнения (Core Specification Addendum, CSA) к спецификациям Bluetooth 2.0 + EDR и Bluetooth 2.1 + EDR. Внесенные изменения направлены на снижение уровня энергопотребления, повышение уровня защиты передаваемых данных и оптимизацию процедур идентификации и соединения Bluetooth-устройств.

В апреле 2009 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 3.0 + HS. Аббревиатура HS в данном случае расшифровывается как High Speed — высокая скорость. Ее главное новшество — реализация технологии Generic Alternate MAC/PHY (AMP), обеспечивающей возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с. Кроме того, предусматривается использование двух модулей приемопередатчиков: низкоскоростного с невысоким энергопотреблением и высокоскоростного, совмес-тимого со стандартом 802.11. В зависимости от ширины потока транслируемых данных (или размера передаваемого файла) задействуется либо низкоскоростной (до 3 Мбит/с), либо высокоскоростной приемопередатчик. Это позволяет снизить уровень энергопотребления в тех случаях, когда не требуется высокая скорость передачи данных.

В июне 2010 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 4.0. Ключевая особенность этой версии — использование технологии передачи данных с низким энергопотреблением (low energy technology). Снижение энергопотребления достигается как за счет ограничения скорости передачи данных (не более 1 Мбит/с), так и за счет того, что приемопередатчик не работает постоянно, а включается только на время обмена данными. Применение данной технологии обеспечивает до нескольких лет автономной работы устройств, получающих питание от малогабаритной литиевой батарейки.

Необходимо отметить, что спецификация Bluetooth 4.0 ориентирована главным образом на миниатюрные цифровые устройства и различные электронные датчики (температуры, давления, влажности и т.д.), применяемые в медицинских и промышленных системах удаленного мониторинга.

Что такое профили Bluetooth?

Любое устройство, оборудованное интерфейсом Bluetooth, поддерживает заданный его производителем набор профилей. Каждый профиль обеспечивает поддержку определенных функций (например, передачу файлов или потока медиаданных, обеспечение сетевого соединения и т.д.), которые могут быть задействованы при подключении двух или более устройств посредством Bluetooth. Таким образом, набор профилей определяет функциональные возможности устройства, доступные через Bluetooth-соединение.

Чтобы задействовать Bluetooth-соединение для выполнения определенной задачи, требуется наличие поддержки соответствующего профиля как у ведущего, так и у ведомого устройства. Так, передать по Bluetooth-соединению список контактов с одного мобильного телефона на другой можно лишь при условии, что оба аппарата поддерживают профиль OPP (Object Push Profile). А, например, для использования мобильного телефона в качестве беспроводного сотового модема необходимо, чтобы этот аппарат и применяемый компьютер поддерживали профиль DUN (Dial-up Networking Profile). Если же Bluetooth-соединение между двумя устройствами установлено, но выполнить какое­либо действие (скажем, передать файл) не удается, то вероятной причиной возникновения этой проблемы может быть отсутствие поддержки соответствующего профиля у одного из устройств.

Рисунок

Иерархия профилей Bluetooth

Существует большое количество разно­образных профилей Bluetooth, которые описывают разные варианты и способы использования подключенных устройств.

Каждый профиль Bluetooth обязательно содержит следующую информацию:

  • зависимость от других профилей;
  • предлагаемый формат пользовательского интерфейса;
  • части стека протоколов Bluetooth, применяемые данным профилем.

Всё многообразие профилей можно разделить на две группы: базовые и прикладные. Далее приведена краткая информация о трех базовых профилях:

  • GAP (Generic Access Profile) — общий профиль доступа Bluetooth. Поддерживается всеми без исключения Bluetooth-устройствами и служит базисом для функционирования всех остальных профилей;
  • SPP (Serial Port Profile) — профиль эмуляции последовательного порта. Базируется на профиле GAP и описывает механизм обмена данными между двумя устройствами, аналогичный тому, который задействуется при подключении через последовательный проводной интерфейс (RS-232, USB и пр.);
  • GOEP (Generic Object Exchange Profile) — общий профиль обмена объектами, базирующийся на GAP и SPP. Описывает механизм обмена данными между двумя устройствами с использованием протокола передачи OBEX (OBject EXchange) и требования к передаваемым объектам.

В настоящее время существует большое количество прикладных профилей, обеспечивающих работу самых разных функций. Далее мы рассмотрим лишь те из них, которые получили наибольшее распространение в ПК, периферийных устройствах и современных гаджетах:

  • A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) — обеспечивает передачу двухканального (стереофонического) аудиопотока от источника сигнала (ПК, плеера, мобильного телефона) к беспроводной стереогарнитуре или иному воспроизводящему устройству. Для сжатия передаваемого потока может использоваться стандартный кодек SBC (Sub Band Codec) либо другой, определенный производителем устройства;
  • AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile) — позволяет управлять стандартными функциями телевизоров, систем домашнего киноте-атра и т.д. Устройство с поддержкой профиля AVRCP способно выполнять функции беспроводного пульта ДУ. Может применяться в связке с профилями A2DP или VDPT;
  • BIP (Basic Imaging Profile) — обеспечивает возможность передачи, приема и просмотра изображений. Например, позволяет передавать цифровые фотографии с цифровой камеры в память мобильного телефона. Преду-смотрена возможность изменения размеров и форматов передаваемых изображений с учетом специфики подключенных устройств;
  • BPP (Basic Printing Profile) — базовый профиль печати, обеспечивающий передачу различных объектов (текстовых сообщений, визитных карточек, изображений и т.п.) для вывода на печатающем устройстве. Например, можно распечатать на принтере текстовое сообщение с мобильного телефона или фотографию с цифрового фотоаппарата. Важной особенностью профиля BPP является то, что на устройстве, с которого производится отправка объекта на печать, не требуется устанавливать специфический драйвер для применяемой модели принтера;
  • DUN (Dial-up Networking Profile) — этот базирующийся на SPP профиль обеспечивает подключение ПК или иного устройства к Интернету посредством мобильного телефона, выполняющего в данном случае функцию внешнего модема;
  • FAX (Fax Profile) — позволяет использовать внешнее устройство (мобильный телефон или МФУ с факсимильным модулем) для приема и отправки факсимильных сообщений с ПК;
  • FTP (File Transfer Profile) — базируется на GOEP и обеспечивает передачу файлов, а также доступ к файловой системе подключенного устройства. Стандартный набор команд позволяет осуществлять навигацию по иерархической структуре диска подключенного устройства, а также копировать и удалять файлы;
  • GAVDP (General Audio/Video Distribution Profile) — обеспечивает передачу звукового и видеопотока от источника сигнала к воспроизводящему устройству. Является базовым для профилей A2DP и VDP;
  • HCRP (Hard Copy Cable Replacement Profile) — задействуется в качестве альтернативы кабельному соединению между ПК (или иным устройством) и принтером. В отличие от профиля BPP, требуется установка специфического драйвера для используемой модели принтера;
  • HFP (Hands-Free Profile) — обеспечивает подключение автомобильных устройств hands-free к мобильному телефону для голосовой связи;
  • HID (Human Interface Device Profile) — описывает протоколы и способы подключения беспроводных устройств ввода (мышей, клавиатур, джойстиков, пультов ДУ и пр.) к ПК. Профиль HID поддерживается в ряде моделей мобильных телефонов и КПК, что позволяет применять их в качестве беспроводных пультов для управления графическим интерфейсом ОС или отдельными приложениями на ПК;
  • HSP (Headset Profile) — позволяет подключить беспроводную гарнитуру к мобильному телефону или иному устройству. Помимо передачи звукового потока обеспечивается работа таких функций, как набор номера, ответ на входящий звонок, завершение вызова и регулировка громкости;
  • OPP (Object Push Profile) — базовый профиль для пересылки объектов (изображений, визитных карточек и т.д.). Например, можно передать список контактов с одного мобильного телефона на другой или фотографию со смартфона на ПК. В отличие от FTP, профиль OPP не обеспечивает доступ к файловой системе подключенного устройства;
  • PAN (Personal Area Networking Profile) — позволяет объединить два или насколько устройств в локальную сеть. Таким способом можно подключить несколько ПК к одному, имеющему доступ в Интернет. Кроме того, данный профиль обеспечивает удаленный доступ к ПК, выполняющему функции ведущего устройства;
  • SYNC (Synchronization Profile) — используется в связке с базовым профилем GOEP и осуществляет синхронизацию персональных данных (ежедневника, списка контактов и пр.) между двумя устройствами (например, настольным ПК и мобильным телефоном);
  • VDP (Video Distribution Profile) — передает видеопоток с одного устройства на другое.

Источник

Bluetooth: технология и ее применение

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

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

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

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

Читайте также:  Мощность двигателя через угловую скорость

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

А вот фотография его прототипа в работе:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник