Как работает и для чего нужен Bluetooth: подробный обзор технологии
Эх, вспоминаю старые времена, когда у молодежи были черно-белые кнопочные телефоны, а передача любимых треков в виде MIDI файлов осуществлялась с помощью инфракрасного порт (ИК). В те стародавние времена стали выходить первые телефоны с Bluetooth. Сегодня мы и поговорим про то – как работает Блютуз, для чего он нужен и какие могут быть проблемы при передаче данных.
Определение
Bluetooth переводится как «Голубой зуб», очень странная ассоциация была у автора сие аппарата. Данный стандарт позволяет передавать данные на небольшое расстояние с помощью радиоволн. При этом на обоих устройствах должен быть специальный модуль, который и выступает как передатчик, так и отправитель.
Вот мы и подобрались к вопросу, а для чего нужен Bluetooth. В самые первые времена его использовали для передачи данных. Например, с одного телефона можно было перекинуть фотографии на другой. Сейчас возможности расширились, и все беспроводные наушники работают на этой технологии.
Сам принцип достаточно простой, включается Блютус на телефоне и на наушниках, а далее идёт сопряжение, когда два устройства подключаются друг к другу. После этого пользователь включает музыку и слушает её на своих наушниках. Но также «Голубой зуб» часто используют, чтобы закачать видео, картинки, фотографии с телефона или другого устройства на компьютер или ноутбук. К слову, у большинства моделей ноутбуков есть Bluetooth и используется он также.
Мы тут начали говорить про радиоволны, но что-то отвлеклись. Эта самая технология работает на частоте 2.4 ГГц. Как не странно, но на этой же самой частоте ещё работает мобильная связь, Wi-Fi, микроволновые печи и многое другое.
В первые свет увидел «Голубой зуб» в 1998 году, когда вышла первая версия 1.0. После этого через какой-то период времени выходили все новые и новые версии: 2.0, 3.0, 4.0 и т.д. Основная особенность улучшения версии в увеличении скорости передачи данных, уменьшения помех и электроэнергии.
В чем отличие от Wi-Fi
Мы как портал о всем беспроводном не могли обойти эту тематику. Многие, кстати, путают WiFi и Bluetooth, но на деле — это абсолютно разные вещи и никак между собой не связаны. Напомню, что Wi-Fi — это беспроводная сеть, которая также строится с помощью радиоволн. При этом используется другие стандарты передачи данных.
Вот эта самая беспроводная сеть связываем устройства: компьютеры, ноутбуки, телефоны, телевизоры. И по этой сети можно пустить интернет. При этом используется интересный аппарат под название роутер или маршрутизатор. Bluetooth же нужен для передачи между двумя устройствами и без построения локальной сети. Также Блутус не используют для передачи интернета. Конечно, бывает такое – но это бывает крайне редко, а передача идёт сугубо от одного устройства к другому.
Если вам интересно, то советую для общего образования прочесть две статьи. Первая – статья про Wi-Fi от моего коллеги. Там очень понятно и лаконично объясняется, про эту технологию простым языком. Вторая – статья про роутер, который является самым популярным аппаратом и есть почти в каждом доме.
Устройство Bluetooth
Многие спрашивают – а что нужно, чтобы он работал. Повторюсь, что на обоих устройствах должен быть модуль. К слову, на компьютерах его устанавливают редко, а вот на ноутбуках, планшетах и телефонах он есть почти всегда. Но для персонального стационарного компа можно приобрести внешний модуль. Он выглядит как флэшка и вставляется в обычные USB порт.
Также модулю нужно связаться с другим адаптером. Для этих целей используется протоколы связи и передачи данных. В качестве основных протоколов используется LMP, L2CAP и SDP. Эти протоколы позволяют потоково связывать два устройства. Протоколов очень много, но все они служат именно для взаимосвязи между устройствами.
После того как связь будет установлена, нужно, чтобы два устройства начали общение. Именно для этого и предназначены профили или стандарты передачи данных. Одним из самых популярных профилей является A2DP, который предназначен для передачи звуковых файлов с телефона на беспроводные наушники.
К примеру, у меня на телевизоре пульт работает как с применением Блютус по профилю AVRCP. С помощью него я управляю экраном, переключаю каналы и ввожу какие-то данные. Профиль BIP предназначен для передачи картинки и фотографий. BPP – профиль для передачи текста. А VDP передает видео в формате MPEG 4.
Как видите профилей очень много и в этом состоит главная проблема. Вот вам пример – ко мне недавно обратился наш постоянный читатель, который жаловался, что купил новый SMART TV телевизор с Bluetooth, но подключить беспроводные наушники не может. Да Блютус в телике есть, но он поддерживает только профили для передачи данных от беспроводной мышки, клавиатуры и пульта дистанционного управления. Звук передавать по нему нельзя.
Именно из-за большого количества профилей некоторые пользователи, покупая те же наушники не могут их подключить к старым ноутбукам или даже телефону. Бывает такое, что звук есть, а микрофон не работает. Проблема в том, что продавцы не указывают профили в описании, а простые покупатели об этом просто не знают.
Работает ли Блютуз без СИМ-карты? Именно этот вопрос ко мне пришёл, когда я писал эта статью. Сразу скажу, что SIM карта не связана с Bluetooth и он может спокойно работать без неё. Если у вас будут какие-то дополнительные вопросы по этой или любой другой беспроводной технологии – задавайте их в комментариях под этой статьей.
Как подключить и включить
В телефоне или планшете можно зайти в настройки и сразу увидеть кнопку включения. Чтобы активировать «голубую передачу» просто нужно нажать на значок Bluetooth. На некоторых прошивках эта функция находится в верхнем меню – для активации достаточно смахнуть пальцем от верхнего края телефона или планшета.
На компьютере или ноутбуке немного сложнее, так как операционная система у всех разная. По этому поводу я писал уже отдельную статью тут. Там все понятно рассказано и есть пояснения. Также там описаны ситуации, когда «Голубой зуб» не подключается и что в этом случае нужно делать. Чтобы подключить наушники к компьютеру – читайте инструкцию здесь.
Что такое Блютуз и для чего он нужен
Модуль или адаптер Bluetooth представляет собой миниатюрное (размером не более флешки) электронное устройство, предназначенное для дистанционной передачи информации между компьютерами, внешними устройствами, смартфонами и их аксессуарами. Он часто используется для удалённого управления (например, беспроводными наушниками, телевизором и бытовыми приборами). Использование Блютуз для передачи интернета – большая редкость.
История создания и названия
В X в. Данией правил король Харальд I по прозвищу Blåtand (Bluetooth в английской адаптации). В переводе на русский сейчас оно означает «Синезубый». Дело в том, что один из передних зубов датского короля отличался тёмным цветом, именуемым в X в. в датском языке словом Blå (со временем оно стало означать «синий»). Харальд I был известен не только оригинальным цветом зуба: ему удалось объединить разрозненные и враждовавшие датские племена в единое государство, к которому позже была присоединена и часть соседней Норвегии.
В 1994 г. шведская телекоммуникационная компания Ericsson начала работы по созданию радиоволновой связи между двумя близко расположенными устройствами. Такая технология по ассоциации с объединительной деятельностью скандинавского короля получила непонятное на первый взгляд название Bluetooth. Так анатомическая особенность Харальда I спустя тысячелетие оказалась увековеченной в наименовании популярной современной технологии.
В дальнейшем к разработке Блютуз подключились и другие именитые компании – IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Вместе с Ericsson в 1998 г. они образовали группу Bluetooth Special Interest Group, которая в дальнейшем выпустила несколько версий Bluetooth-адаптеров.
Принцип работы Bluetooth
Эта технология предназначена для беспроводной и малозатратной передачи данных между электронными устройствами. Таковые должны иметь встроенный модуль (адаптер) Bluetooth. Им, за редким исключением, снабжаются все мобильные устройства – ноутбуки, планшеты и смартфоны.
А вот на стационарных компьютерах встроенный Блютуз – редкость. Поэтому для них обычно приобретаются внешние модули Bluetooth в форме флешки, вставляемые в USB-разъём. Как правило, они распознаются автоматически. Если этого не произошло, то следует воспользоваться прилагаемым к Блютуз-адаптеру диском и инсталлировать находящиеся на нём драйверы.
Связываемые устройства должны быть расположены на умеренном (примерно 10 м) расстоянии друг от друга. По мере развития технологии и появления всё новых версий Bluetooth радиус действия увеличивается (подробнее – в разделе «Версии»).
Процесс установки связи начинается с включения Блютуз-модуля в обоих связываемых устройствах. Многие пользователи видели его условное обозначение на своих планшетах, смартфонах и аксессуарах. Непонятным может оказаться включение на ноутбуке. Как правило, для этого используется сочетание клавиш Fn + F3. Иногда на последней клавише можно увидеть изображение волны или прямое название технологии – Bluetooth. Нахождение этого модуля на стационарном компьютере рассматривается ниже (в разделе «Версии»).
После автоматического обнаружения находящихся поблизости Блютуз-устройств, от пользователя требуется лишь подтверждение выбора нужного из них.
На передающей стороне цифровые данные преобразуются в аналоговые. Активируется и передатчик радиоволн, передающий их в эфир. Частота радиоволн находится в районе 2,4–2,485 ГГц, и называется ISM – Industry, Science and Medicine (на этой частоте, в частности, работают сотовая связь, Wi-Fi и микроволновые печи). В модуле Bluetooth приёмного устройства происходит обратное преобразование аналоговых сигналов в цифровые.
Для установки связи между Блютуз-устройствами используются протоколы (алгоритмы) связи и передачи данных. Основные протоколы – LMP, L2CAP и SDP.
После взаимного обнаружения одно из двух Блютуз-устройств становится постоянным передатчиком, а другое – приёмником. Между ними устанавливается связь по помехоустойчивому псевдослучайному алгоритму FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) со скачкообразным изменением частоты (1,6 тысяч раз в секунду), или специальному шаблону (pattern), состоящему из 79 подчастот. Взаимодействовать могут только настроенные на этот алгоритм (при взаимном обнаружении) устройства. Это позволяет нескольким работающим рядом парам «передатчик-приёмник» не мешать друг другу.
После установки связи между Блютуз-устройствами обмен данными между ними происходит по определённым стандартам, называемыми профилями.
Следует отметить, что передатчик, называемый master («ведущее устройство») может иметь не только одно, но и до семи приёмников slave («ведомых устройств»), работающих по одному шаблону. Их совокупность принято называть piconet («пикосеть»). Master задаёт шаблон пикосети и синхронизирует её работу.
В свою очередь, до 10 пикосетей может быть объединено в сеть более высокого уровня, называемую scatternet. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь минимум одно общее устройство, которое будет ведущим устройством в одной и ведомым – в другой. Таким образом, в Блютус-соединение может входить до 71 устройства.
Версии Bluetooth
В процессе эволюции Bluetooth-технологии было разработано несколько её версий и редакций. В каждой из них улучшался один или несколько параметров адаптера.
Выпущенная в 1998 г. версия 1.0 имела много недостатков. В частности, не все устройства устанавливали между собой связь. Оставляла желать лучшего и безопасность соединения. В редакциях 1.1 и, особенно, 1.2, эти недостатки были устранены.
В следующей версии 2.0 (2004 г.), удалось более чем вдвое увеличить быстродействие, подняв скорость обмена информацией с 721 Кбит/с до 2,1 Мбит/с. В её редакции 2.1 дополнительно было существенно снижено энергопотребление. Эта редакция до сих пор используется в недорогих Блютус-устройствах.
В версии 3.0 (2009 г.) скорость передачи данных достигла 3 Мбит/с. Однако эта версия не получила широкого распространения, поскольку увеличение скорости сопровождалось значительно возросшим энергопотреблением. Вернуть его к прежнему уровню удалось только в следующей, версии 4.0 (выпущенной в 2010 г.). Одновременно в ней радиус действия достиг 100 м при таком же быстродействии. В редакциях 4.1 и 4.2 этой версии произошли незначительные улучшения.
В версии 5.0 (2016 г.) радиус действия на улице увеличился вдвое, достигнув 200 м. А в помещении значение 40 м вместо прежних 10 существенно облегчило реализацию концепции «умного дома». Скорость передачи данных возросла до 6 Мбит/с, а энергозатраты снизились более чем в два раза. В редакциях 5.1 и 5.2 (2020 г.) этой версии были улучшены некоторые другие параметры.
Большинство современных устройств оснащено блютус-адаптерами версий 4.0 и 5.0. Следует иметь в виду, что если пара «Передатчик/приёмник» составлена из разных версий Блютус-устройств, то после соединения она будет работать с параметрами низшей версии.
Как же узнать, какая версия блютуз-модуля установлена на ноутбуке или компьютере? Для этого необходимо проделать следующую последовательность действий (в Windows 10).
Для раскодировки используется следующая таблица. Как видно, на данном ноутбуке установлена устаревшая версия, которая больше не поддерживается. 
Применение и профили
Первоначальное применение Bluetooth – передача фотографий между двумя смартфонами, расположенными близко друг от друга. Сейчас между связываемыми устройствами передаются самые разные данные – фотографии, аудио- и видеофайлы, документы.
Следует отметить, что для каждого типа информации предназначены отдельные профили. Поэтому наличие модулей Bluetooth в обоих связываемых устройствах – необходимое, но недостаточное условие для передачи данных. Например, в телевизоре с Блютус может быть профиль для передачи с устройств ввода и дистанционного пульта, но не звука. Профили Блютуз-устройств можно сравнить с языками, которыми владеют люди. Для полноценного общения оба собеседника должны владеть языком общения.
При покупке Bluetooth-устройства необходимо знать профили, которые они поддерживают. Продавцам невыгодно информировать об этом потенциальных покупателей, поэтому тем рекомендуется делать покупки в сопровождении опытных друзей или тщательно знакомиться с документацией.
Ниже приводятся основные профили Bluetooth-технологии:
Протоколы Bluetooth
При работе Bluetooth-устройств применяются как общие протоколы (алгоритмы работы) телекоммуникационных систем, так и собственные оригинальные протоколы. Стек протоколов условно делится на четыре слоя:
Протоколы ядра Bluetooth-устройств являются основой и применяются в большинстве устройств. Остальные три слоя протоколов добавляются к ним в тех приложениях, в которых они нужны.
✍ Корневые протоколы
К корневым протоколам относятся:
Протокол Baseband предназначен для установки SCO и ACL соединений.
Протокол управляющего соединениями (Bluetooth-устройств) LMP (упоминавшийся выше) имеет высший приоритет. Его функции отражены в названии.
Протокол управления логическими связями L2CAP, являясь базовым для Bluetooth, адаптирует протоколы верхнего уровня над Baseband. L2CAP работает только с ACL соединениями.
Протокол обнаружения обслуживания SDP предназначен для предварительного (перед установкой Bluetooth-соединения) запроса о характеристиках устройства.
✍ Другие протоколы
Протокол замены кабеля RFCOM выполняет несколько функций. Он эмулирует кабельное соединение, соединение PPP (point-to-point) по последовательному порту и обеспечивает транспортировку при выполнении услуг, использующих последовательную линию.
Протокол управления телефонией осуществляет контроль сигнализации вызова между устройствами Bluetooth, управляет процедурами мобильности и набором АТ-команд для мобильного телефона или модема.
Остальные протоколы являются заимствованными.
Протокол «точка-точка» работает поверх RFCOMM. Внедрение протоколов TCP/UDP/IP в Bluetooth-устройства позволяет подсоединять их к любым другим устройствам, подключённым к Internet. Протокол OBEX, использующий модель «клиент-сервер», предназначен для поэтапного обмена объектами. Протоколы vCard и vCalendar правильнее называть форматами, поскольку они только определяют форматы транспортируемых данных, не участвуя в их транспортировке. Протокол беспроводных приложений WAP распространяет на смартфоны телефонные интернет-услуги.
Заключение
Bluetooth иногда путают с Wi–fi соединением, посредством которого создаётся локальная компьютерная сеть и реализуется удалённый доступ в интернет. Блютуз уступает Wi–fi в быстродействии, но потребляет меньше энергии и превосходит в помехозащищённости.
Как это работает? | Bluetooth
Bluetooth — это технология беспроводной передачи данных между устройствами на расстоянии до 100 метров. Работы по созданию Bluetooth были начаты в 1994 году производителем телекоммуникационного оборудования Ericsson в качестве беспроводной альтернативы кабелям RS-232. В результате Bluetooth разработала группа Bluetooth Special Interest Group, основанная в 1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth стала частью международного стандарта IEEE 802.15.1. Само слово Bluetooth — это перевод на английский язык датского слова «Blatand» («Синезубый»). Так прозвали короля викингов Харальда I, который объединил враждовавшие датские племена в единое королевство. Bluetooth по сути делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт. Как же работает Bluetooth — об этом в сегодняшнем выпуске!
Принцип действия Bluetooth основан на использовании радиоволн. При включении Bluetooth активируется радиопередатчик, который работает в ограниченном диапазоне частот в районе 2,4 ГГц. Эта часть спектра называется ISM — Industry, Science and Medicine — и используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. После активации радиопередатчик начинает отслеживать все сигналы в этом диапазоне. Второе устройство делает то же самое. После того, как устройства обнаружили друг друга, первое берет на себя роль передатчика, а второе становится приемником. При этом данные передаются по специальному алгоритму FHSS, который обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам. Согласно этому алгоритму, частота сигнала Bluetooth скачкообразно меняется 1600 раз в секунду, перепрыгивая с одной из доступных 79 частот на другую. Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 микросекунд синхронно перестраиваются с одной частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмников-передатчиков, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм также является частью системы защиты передаваемой информации.
При передаче цифровых данных и аудиосигнала используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется, а цифровые данные в случае утери пакета информации передаются повторно.
Что такое Bluetooth и зачем его использовать
Абсолютное большинство современных мобильных устройств оснащено такой беспроводной технологией, как Bluetooth, однако находятся и те, кому до сих пор незнакомы её функции.
Разобравшись в том, что же такое на самом деле блютуз, пользователь сможет понять принцип его работы. Сделать это не так уж и сложно.
Что же это такое? Понятие, технические особенности и принцип работы
Итак, Bluetooth представляет собой особый стандарт передачи данных между устройствами беспроводным образом.
Передача может осуществляться как между гаджетами различных типов (например, ноутбуком и смартфоном), так и между подобными устройствами (двумя телефонами).
С самого начала своего появления эта технология получила множество версий, последней из которых стала Bluetooth 4.0. Сегодня ею оснащены многие современные многофункциональные девайсы.
Версия позволяет пользователям сообщаться на расстоянии до 100 метров и передавать данные со скоростью до 1-го мегабита в секунду. Дополнительное оборудование при этом не требуется.
Принцип работы технологии блютуз основывается на использовании радиосвязи в диапазоне ISM. Именно этот диапазон используют в беспроводных сетях, а также ряде бытовых приборов.
При этом само оборудование является недорогим, а уровень сопротивляемости помехам – высоким. Кроме того, энергопотребление невысоко, а значит, увеличивается время работы iPhone и других мобильных устройств.
Если рядом по Bluetooth сообщаются несколько устройств, друг другу они не мешают, поскольку последовательность переключения частот известна только самим аппаратам, и они могут перестраиваться на другие частоты вполне синхронно.
Ну а вследствие того, что передача происходит по алгоритму псевдо-случайности, сохраняется конфиденциальность.
В случае утери нужных данных они будут переданы повторно. При этом используются самые различные системы кодировки аудио-сигналов, потому они не повторяются.
Разобравшись с тем, что это такое, можно остановиться более подробно и на его технических характеристиках.
Итак, как уже было сказано, беспроводная сеть использует диапазон ISM, который свободен от необходимости в лицензировании, а последовательность переключения между частотами случайна.
Несущая частота сигнала меняется 1,6 тыс. раз за секунду, что и обеспечивает высокий уровень сопротивляемости различным помехам.
Это также возможно благодаря особому расширению спектра, в котором частота перестраивается скачкообразно (метод FHSS).
Использование системы блютуз
Кроме мобильной техники, данная технология активно используется в ноутбуках, настольных и планшетных компьютерах. Многие подобные устройства оснащаются встроенным модулем беспроводного соединения Bluetooth.
Технология блютуз обеспечивает связь между цифровыми фотоаппаратами, ПК, мышками, сканерами, гарнитурами, наушниками, клавиатурами, принтерами и смартфонами.
Сегодня в продаже можно найти даже Bluetooth-адаптеры с флеш-накопителями.
