По мере того, как наш мир становится все более взаимосвязанным, мы внедрили множество технологий, которые помогают нам оставаться на связи с нашими друзьями и семьей. Одной из самых популярных является технология Bluetooth, которую можно найти во многих устройствах, которые мы используем каждый день. Беспроводная технология соединяет мыши и клавиатуры с нашими компьютерами. Он подключает наши телефоны к нашим машинам, чтобы узнавать последние подкасты во время утренних поездок на работу, и подключает наши умные часы и трекеры активности к нашим смартфонам.
Когда любые два устройства должны общаться друг с другом, они должны согласовать ряд пунктов, прежде чем разговор может начаться. Первый пункт соглашения - физический: будут ли они говорить по проводам или по беспроводным сигналам? Если они используют провода, то сколько потребуется - один, два, восемь или 25? После определения физических атрибутов возникает еще несколько вопросов:
- Сколько данных будет отправлено за раз? Например, последовательные порты отправляют данные по одному биту за раз, а параллельные порты отправляют сразу несколько битов.
- Как они будут разговаривать друг с другом? Все участники электронной дискуссии должны знать, что означают эти биты и является ли полученное ими сообщение тем же самым сообщением, которое было отправлено. Это означает разработку набора команд и ответов, известных какпротокол..
Не требуя физического подключения, Bluetooth Special Interest Group (SIG) создает стандарты беспроводной технологии для производителей аппаратного обеспечения, чтобы использовать их при создании новых устройств. По мере развития технологий развиваются и технологии беспроводной связи. На момент написания этой статьи существовало два стандарта технологии Bluetooth, которые разработчики используют для обеспечения связи. Несмотря на то, что они похожи, есть тонкие различия, которые делают их полезными для разных приложений. Мы узнаем о двух типах технологии Bluetooth ниже.
Соединения Bluetooth
Беспроводная связь стала обычным явлением. У многих из нас есть подключение к Интернету через Wi-Fi в наших офисах и домах. Но устройства Bluetooth взаимодействуют друг с другом напрямую, а не отправляют трафик через промежуточное устройство, такое как беспроводной маршрутизатор. Это делает жизнь очень удобной и обеспечивает чрезвычайно низкое энергопотребление, увеличивая срок службы батареи.
Устройства Bluetooth обмениваются данными с помощью маломощных радиоволн в диапазоне частот от 2,400 ГГц до 2 483,5 ГГц. Это один из немногих диапазонов, которые выделены международным соглашением для использования промышленных, научных и медицинских устройств (ISM).
Многие устройства, которые вы, возможно, уже используете, используют тот же диапазон радиочастот, включая радионяни, устройства открывания гаражных ворот и новейшее поколение беспроводных телефонов. Крайне важно убедиться, что устройства Bluetooth и другие технологии беспроводной связи не мешают друг другу.
По состоянию на 2020 год существует два типа технологии Bluetooth: Bluetooth Low Energy (LE) и Bluetooth Classic (более официально известный как Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate или BR/EDR). Оба работают в одной и той же полосе частот, но Bluetooth LE на сегодняшний день является более популярным вариантом. Для работы ему требуется гораздо меньше энергии, и его также можно использовать для широковещательных или ячеистых сетей в дополнение к возможности связи по двухточечным соединениям между двумя устройствами.
Классическая технология Bluetooth обеспечивает немного более высокую скорость передачи данных, чем Bluetooth LE (3 Мбит/с по сравнению с 1 Мбит/с или 2 Мбит/с), но ее можно использовать только для прямой связи между двумя устройствами с использованием двухточечных соединений. Каждый из двух типов технологии Bluetooth имеет свои сильные стороны, и производители выбирают версию, которая наилучшим образом соответствует потребностям их продукта.
Почему это называется Bluetooth?
Харальд Блютуз был королем Дании в конце 900-х годов. Ему удалось объединить Данию и часть Норвегии в единое королевство, затем ввести христианство в Данию. Он оставил большой памятник, рунический камень Еллинг, в память о своих родителях. Он был убит в 986 году во время битвы со своим сыном Свендом Вилобородым. Выбор этого названия для стандарта показывает, насколько важны компании из скандинавского региона (включая Данию, Швецию, Норвегию и Финляндию) для индустрии связи, даже если оно мало говорит о том, как работает технология.
Как работает технология Bluetooth
Устройства Bluetooth BR/EDR всегда должны быть сопряжены, и эта процедура приводит к тому, что каждое из двух устройств доверяет другому и может безопасно обмениваться данными с использованием шифрования.
Когда устройства Bluetooth BR/EDR попадают в зону действия друг друга, происходит электронный диалог, чтобы определить, доверяют ли они друг другу или нет, и есть ли у них данные для обмена. Пользователю обычно не нужно нажимать кнопку или отдавать команду - электронный разговор происходит автоматически. Как только разговор произошел, устройства - будь то часть компьютерной системы или стереосистемы - образуют сеть.
Bluetooth LE работает иначе. Устройства также могут быть сопряжены для формирования доверительных отношений между ними, но не для всех типов продуктов это требуется. Устройство Bluetooth LE, которое хочет, чтобы его обнаружили, рассылает специальные сообщения (известные как пакеты) в процессе, называемом рекламой. Рекламные пакеты содержат полезную информацию о рекламном устройстве. Другое подходящее устройство найдет рекламное устройство путем сканирования (прослушивания) рекламных пакетов и выбора тех, которые получены от соответствующих устройств. Обычно сканирование происходит только тогда, когда пользователь запускает его, скажем, нажав кнопку в приложении для смартфона. Обычно пользователю затем предоставляется подробная информация о соответствующих обнаруженных устройствах, а затем он выбирает одно из них для подключения.
Периферийные устройства Bluetooth (например, трекер активности и смарт-часы), подключенные к одному и тому же центральному устройству (например,g., смартфон) образуют персональную сеть (PAN) илиpiconet, которая может занимать все здание или может охватывать расстояние, не превышающее расстояние между смартфоном в вашем кармане и часы на запястье. Как только пикосеть установлена, ее участники синхронно переключаются между радиочастотами, чтобы оставаться на связи друг с другом и избегать помех другим пикосетям Bluetooth, которые могут работать в той же комнате, или устройствам, использующим другие беспроводные технологии, такие как WiFi. Технология Bluetooth даже определяет, какие радиоканалы работают хорошо, а какие испытывают помехи, чтобы динамически избегать плохих каналов и просто использовать каналы, свободные от помех. Этот процесс, называемыйадаптивная скачкообразная перестройка частоты, позволяет устройствам Bluetooth работать очень хорошо даже в среде, где работает очень много беспроводных устройств.
Диапазон Bluetooth
Хотя многие считают Bluetooth в первую очередь технологией малого радиуса действия, ее также можно использовать для подключения устройств, находящихся на расстоянии более километра (3 280 футов) друг от друга. На самом деле, многие типы продуктов, такие как беспроводные наушники, требуют, чтобы дальность связи устройств была очень короткой. Но поскольку технология Bluetooth очень гибкая и может быть настроена в соответствии с потребностями приложения, производители могут настраивать параметры Bluetooth на своих устройствах для достижения необходимого диапазона, в то же время максимально увеличивая срок службы батареи и добиваясь наилучшего качества сигнала.
На дальность действия Bluetooth-устройств влияет несколько факторов:
- Радиоспектр: полоса частот технологии Bluetooth делает ее хорошим выбором для беспроводной связи.
- Физический уровень (PHY): определяет некоторые ключевые аспекты использования радио для передачи и приема данных, такие как скорость передачи данных, способ обнаружения и исправления ошибок., защита от помех и другие методы, влияющие на четкость сигнала в разных диапазонах.
- Чувствительность приемника: Мера минимальной мощности сигнала, при которой приемник все еще может принимать и правильно декодировать данные.
- Мощность передачи: Как и следовало ожидать, чем выше мощность передаваемого сигнала, тем больше радиус действия. Но увеличение мощности передачи также приведет к более быстрой разрядке аккумулятора.
- Усиление антенны: По сути, это преобразование электрических сигналов от передатчика в радиоволны и обратно на принимающей стороне.
- Потери на пути: Некоторые факторы могут ослабить сигнал, в том числе расстояние, влажность и среда, через которую он проходит (например, дерево, бетон или металл).
В одном из последних обновлений технологии Bluetooth был представлен метод под названиемпрямая коррекция ошибок (FEC) для повышения чувствительности приемника. FEC исправляет ошибки данных, обнаруженные на принимающей стороне, и увеличивает эффективную дальность действия устройства в четыре или более раз без необходимости использования большей мощности передачи. Это означает, что устройство может успешно получать данные, когда оно находится на гораздо большем расстоянии от передатчика, где сигнал будет намного слабее.
Безопасность Bluetooth
Технология Bluetooth включает в себя ряд мер безопасности, которые могут удовлетворить даже самые строгие требования безопасности, такие как те, которые включены в Федеральные стандарты обработки информации (FIPS).
При настройке нового устройства пользователи обычно проходят процесс, называемыйсопряжение Сопряжение оснащает каждое устройство специальными ключами безопасности и заставляет их доверять друг другу. Устройство, для которого требуется сопряжение, не будет подключаться к другому устройству, с которым оно не было сопряжено.
Эти ключи безопасности позволяют технологии Bluetooth защищать данные и пользователей несколькими способами. Например, данные, которыми обмениваются устройства, могут быть зашифрованы, чтобы другие устройства не могли их прочитать. Это также может позволить замаскировать и изменить адрес, который действует как идентификатор устройства и который включен в обмен данными по беспроводной сети, каждые несколько минут. Это защищает пользователей от риска отслеживания с использованием данных, передаваемых их личными электронными устройствами.
Если у вас есть устройства с поддержкой Bluetooth, вы испытали это на себе. Например, если вы покупаете беспроводную мышь, при первом включении вы связываете ее с устройством, с которым планируете ее использовать. Вы можете включить мышь, а затем перейти к настройкам Bluetooth на своем компьютере, чтобы выполнить сопряжение устройства, как только вы увидите его имя в списке ближайших аксессуаров Bluetooth. Компьютер может одновременно обрабатывать несколько Bluetooth-соединений. Вы можете использовать беспроводную мышь, клавиатуру и наушники.
Изготовители этих аксессуаров, однако, собираются ограничить количество подключений до одного за раз. Вы хотите, чтобы ваша клавиатура печатала только на вашем компьютере, или чтобы ваши наушники слушали только ваш телефон. Некоторые позволяют пользователю соединять устройство с несколькими компьютерами, планшетами или телефонами, но им может быть разрешено подключаться только к одному за раз. Все зависит от того, что производитель решил разумным для своего продукта.
Некоторым устройствам требуется код для обеспечения безопасности при сопряжении с другим устройством. Это примерauthentication, и он гарантирует, что устройство, с которым вы настраиваете доверительные отношения, является тем, о котором вы думаете, а не другим устройством где-то еще в среде. Например, во многих автомобилях можно принимать звонки, не отрывая рук от руля. В первый раз, когда вы захотите использовать это средство, вам нужно будет соединить свой телефон и автомобильную аудиосистему, используя мультимедийный дисплей автомобиля и смартфон. Автомобиль дает вам номер для ввода. Ваш телефон сообщает вам, что устройство хочет выполнить сопряжение, используя цифровой код. Вы вводите код с развлекательного дисплея, чтобы подтвердить, что это авторизованное сопряжение. После этого вы можете использовать телефонную систему громкой связи без необходимости повторного сопряжения.
Пользователь также может управлять видимостью устройства для других устройств Bluetooth. Например, на компьютере или смартфоне вы также можете просто переключить режим Bluetooth устройства в «необнаруживаемый» или просто отключить Bluetooth до тех пор, пока он вам снова не понадобится.
Часто задаваемые вопросы о Bluetooth
В чем разница между WiFi и Bluetooth?
WiFi и Bluetooth - это беспроводные технологии для подключения устройств, но в то время как Wifi в основном используется для подключения устройств к Интернету, Bluetooth используется для передачи данных между электронными устройствами на короткие расстояния.
Что такое драйвер Bluetooth?
Драйвер Bluetooth обеспечивает беспроводную связь между ноутбуком, настольным компьютером или планшетом с поддержкой Bluetooth и другими устройствами с поддержкой Bluetooth, такими как мышь, клавиатура и наушники. Как правило, он может работать в паре со многими Bluetooth-устройствами одновременно.
Какие устройства используют Bluetooth?
Bluetooth был изобретен как беспроводная альтернатива проводным клавиатурам, наушникам и динамикам. Теперь Bluetooth широко используется, от подключения наших телефонов к нашим автомобилям, наших наушников к нашим телефонам и в умных гаджетах домашней безопасности.
Кто регулирует технологию Bluetooth?
Специальная группа по интересам Bluetooth (SIG) создает стандарты беспроводной технологии, которые производители оборудования используют при создании новых устройств.
Какая последняя версия Bluetooth?
Bluetooth 5.2 - это последняя версия стандарта беспроводной связи Bluetooth. Кроме того, в январе 2020 года SIG анонсировала новый стандарт Bluetooth для аудио под названием LE (Low Energy) Audio.
Как добавить Bluetooth на ПК?
Большинство ПК уже имеют встроенный Bluetooth, так что перед покупкой убедитесь, что в вашем его нет. Если вам нужно добавить Bluetooth, вам понадобится свободный порт USB. Купите USB-адаптер Bluetooth или ключ и подключите его к порту, затем загрузите драйверы с веб-сайта производителя адаптера (или он может предложить вам это сделать сам). После этого вы сможете подключить свои устройства Bluetooth и начать их использовать.