Если задуматься, выяснится, что вы понятия не имеете, как работает большинство функций привычных вам электронных устройств. Восполнить эти пробелы я постараюсь в серии образовательных статей. Начнется же она с Bluetooth – технологии беспроводной связи, без которой не обходится ни один смартфон. О том, как она появилась, почему так названа, что из себя представляет и какой станет в ближайшем будущем, читайте в этом материале.

История названия Bluetooth

Для нее технологии было перебрано множество названий, но ни одно из них не устраивало руководство компании. Одни были какими-то-громоздкими, другие не отражали сути проекта. Тогда, Джим Кардак услышал от своего шведского коллеги историю об одной маленькой норвежской деревеньке.

Она известна лишь одной старинной достопримечательностью. Там установлены рунные камни Еллинга.

Сейчас они защищены от непогоды и вандалов прочным стеклом, за которым поддерживается постоянная температура, но больше тысячи лет каменную поверхность поливали дожди и ветра, так что ныне камни Еллинга мало напоминают те монументы, что были здесь когда-то.

Самый маленький и самый старый из них поставлен королем Дании Гормом в честь жены, Тиры. Камень побольше - дело рук их сына, чье имя, в переводе на английский звучит как Харольд Блютуз (Синезубый). Надпись на нем гласит «Харальд, покоривший всю Данию и Норвегию, кто крестил датчан».

История о владыке, объединившим такие непохожие народы, приглянулась Кардаку и он решил, что из имени «Блютуз» получится неплохое кодовое название. Надо же как-то называть проект пока продолжаются споры. Только и всего.

После долгих совещаний и согласований официальным названием решили сделать «Персональная Сеть» или PAN (Personal Area Networking), но за три недели до релиза юристы сказали, что не могут зарегистрировать товарный знак на нечто с таким распространенным названием. Выбора не осталось, и за протоколом закрепили техническое название - имя древнего короля - Bluetooth.

Тысячу лет назад датский король приказал вырезать и воздвигнуть камни в память о своих деяниях, а через век его имя увековечили в каждом смартфоне.

Аппаратная основа Bluetooth

Однако, со временем миниатюризация, подстегиваемая погоней за наименьшей толщиной телефонов и первых смартфонов, вынудила инженеров создать чипы, объединяющие в себе Wi-Fi, FM-радио и Bluetooth под одной крышкой. Так эти протоколы связи могли использовать одну антенну, да и в случае поломки куда проще заменить один чип, чем несколько распаянных по всей плате.

Вот только в современных смартфонах вы скорее всего не найдете и комбинированного чипа беспроводных интерфейсов.

Нынче Bluetooth принято интегрировать в кремниевый кристалл, объединяющий в себе процессор, видео ускоритель и прочие вычислительные элементы.

Принцип функционирования протокола

Bluetooth начинает отслеживать все сигналы, в этих пределах. Смартфон на другом конце делает то же самое - старается вычленить из шума помех знакомые приветственные последовательности.

Стоит иметь в виду, что формально Bluetooth это разом и приемник, и передатчик, но одновременно работать в обоих режимах чип не может. Исключение составляет звук в bluetooth-гарнитурах, но этот аспект технологии заслуживает отдельного рассказа.

После того, как телефоны обнаружили друг друга, начинается настоящая магия. Первый Bluetooth контроллер берет на себя роль передатчика, а второй становится приемником. Передатчик формирует из радиоволн особый шаблон, который меняется 1600 раз за секунду «прыгая» с одной из доступных 79 частот (в пределах с 2,401ГГц до 2,480ГГц) на другую в почти что случайном порядке.

Шаблон выступает в роли идентификатора. Обменяться файлами смогут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон. В то же время для других приборов передаваемая информация ничем не отличается от обычных радиопомех. Так удается добиться не только приватности, но и беспрепятственной одновременной работы нескольких пар приемник-передатчик, например, в одной комнате.

Непосредственно перед отправкой по bluetooth данные разбиваются на пакеты - определённым образом оформленные блоки данных, сопровождаемые инструкциями по сборке из них исходного файла.

Процессор приемника обрабатывает эти пакеты, складывает их в один файл и помещает его в постоянную память устройства. Если обнаруживается нехватка пакета, он запрашивается повторно.

Краткая история версий

Так, Bluetooth 1.0 был ужасен, и по сути представлял собой демонстрационный образец. К счастью, в реальной жизни почти никто не успел с ним столкнуться.

Bluetooth 1.1 и 1.2 были чуть лучше, но принципиально от первой версии не отличались. С ними разработчики в основном сосредоточились на исправлении ошибок и повышении стабильности протокола.

Только с 10 ноября 2004 года, когда был выпущен Bluetooth 2.0, технология пошла в массы. С внедрением EDR (Enhanced Data Rate) скорость передачи данных достигла 2,1 Мбит/с, а Bluetooth быстро приобрел огромную популярность.

В этом режиме сканирование радиодиапазона не обязательно пробуждает устройство. Смартфон с помощью Bluetooth Low Energy может распознать, например, гарнитуру, и поддерживать с ней связь, не выходя из режима ожидания.

К тому же, новые версии этого беспроводного протокола обучены распараллеливать вещание. Речь не об одновременной связи с несколькими устройствами (это было реализовано уже давно), а о распределении полосы связи между различными приложениями.

Поскольку место в каждом пакете с данными ограничено, раньше приложения, желающие передать данные через Bluetooth, конкурировали за него. С выпуском Bluetooth 4.0 разработчики могут указывать содержимое пакетов вещания, а радиомодуль отправлять данные каждого приложения в отдельном наборе пакетов.

Как и в случае со сканированием, технология теперь позволяет настроить частоту передачи пакетов запросов, для соблюдения баланса между питанием и работой функций Bluetooth, например, сканирования или подключения к беспроводному геймпаду.

Наиболее распространенной сейчас является модификация Bluetooth 4.2, с более сложной и безопасной, чем у первоначальной модификации процедурой установления соединения между устройствами.

В декабре Bluetooth 4.2 исполняется три года – почтенный возраст, так что в грядущем 2018 большинство смартфонов, по крайней мере из среднего и высокого ценового сегментов, будут иметь на борту Bluetooth 5.0, еще более быстрый энергоэффективный и стабильный.

Для особенно прожорливых приложений и быстрой передачи больших объемов данных добавлен и режим вещания с увеличенным пакетом.

Bluetooth Special Interest Group, нынешние разработчики протокола, продолжают развитие темы интернета вещей и ввели для него схему последовательного подключения устройств. Проще говоря, с Bluetooth 5.0 данные могут передаваться не только напрямую между смартфоном и умной лампочкой, но и через систему посредников – ретрансляторов, в роли которых выступят другие элементы умного дома.

Заключение или пара слов о будущем протокола

По крайней мере мы все реже пользуемся его базовым функционалом – передачей файлов с устройства на устройство без посредников.

Вряд ли технология вновь обретет прежнюю популярность как средство передачи файлов, по крайней мере в тех странах, где есть скоростной интернет, но для выполнения других задач Bluetooth по-прежнему незаменим.

Никаких проводов! Технология Bluetooth

История

Что такое Bluetooth?

"Частотный конфликт"

Конкуренты

Bluetooth-устройства

Декабрьский бум

Напрягите фантазию

Кто делает Bluetooth-чипы?

Перспективы

Настоящая статья носит обзорный характер и не ставит своей целью детальный анализ технологии нового стандарта. Все ваши замечания, дополнения и комментарии жду на е-mail .

История

В начале 1998 года пять крупных компаний: Ericsson , Nokia , IBM , Intel и Toshiba - объединились, чтобы начать работу над созданием новой технологии беспроводной связи Bluetooth. 20 мая была сформирована специальная рабочая группа (Special Interest Group - SIG) для дальнейшего продвижения новой технологии на телекоммуникационном рынке. Любая компания, которая планирует разрабатывать устройства Bluetooth, может бесплатно войти в эту группу. В SIG уже состоит около 2000 компаний .

Что такое Bluetooth?

11.10Bluetooth - это современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Соединить можно все, что соединяется (то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth). Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth - это маленький чип, представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine; промышленный, научный и медицинский). Для использования этих частот не требуется лицензия (исключения рассмотрим ниже). Скорость передачи данных, предусматриваемая стандартом, составляет порядка 720 Кбит/с в асимметричном режиме и 420 Кбит/с в полнодуплексном режиме. Обеспечивается передача трех голосовых каналов, но не видеосигнала. Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров. Как радиотехнология, Bluetooth способна "обходить" препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка - точка (два устройства), но и по принципу точка - много точек (одно устройство работает с несколькими другими). Естественно, для реализации технологии Bluetooth на практике необходимо определенное программное обеспечение (ПО). Кстати, в новую версию операционной системы MS Windows Whistler встроена поддержка Bluetooth.

"Частотный конфликт"

Тот факт, что частотный диапазон 2.4 ГГц свободен от лицензирования, вносит определенные сложности в использование Bluetooth-устройств. В этом диапазоне работают также различные медицинские приборы, бытовая техника, беспроводные телефоны, беспроводные локальные сети стандарта IEEE. Вполне логично предположить, что они могут "конфликтовать" друг с другом. Во избежание интерференции с другими беспроводными устройствами Bluetooth работает по принципу скачкообразной перестройки частоты (1600 скачков в секунду). Переход с одной частоты на другую происходит по псевдослучайному алгоритму. Это позволяет "освободить" нужные другим устройствам частоты.

Конкуренты

У Bluetooth имеются конкуренты. Один из них - технология инфракрасной (также беспроводной) связи IrDa . Однако IrDa обеспечивает связь лишь в зоне прямой видимости и только по принципу точка - точка.

Спецификация HomeRF предназначена для связи бытовых аудио- и видеоустройств и построения домашних радиосетей. Передача данных также осуществляется на частоте 2.4 ГГц, но со скачками 50 раз в секунду. Пропускная способность HomeRF больше, чем у Bluetooth. Правда, количество подключаемых устройств ограничено - 127. Радиус действия - до 50 метров.

На мой взгляд, наиболее сильную конкуренцию Bluetooth составила спецификации беспроводных локальных сетей IEEE 802.11. Изначально технология Bluetooth создавалась лишь для радиосвязи, и никаких планов по созданию беспроводных локальных сетей на ее основе не было. Но такие проекты вскоре появились, и теперь существует понятие Bluetooth-сети.

Я уверен, что Bluetooth победит всех соперников. Слишком много крупных компаний трудится над созданием этой "всеобъемлющей" технологии. Давайте посмотрим, на что способна Bluetooth.

Bluetooth-устройства.

Наверное, самой "шумной" Bluetooth-новинкой стал комплект беспроводной гарнитуры handsfree от компании Ericsson . Это новое устройство, получившее название Headset, состоит из наушника и микрофона и способно работать на расстоянии 10 метров от базы. Базой является сотовый телефон со встроенным чипом Bluetooth. Для некоторых моделей телефонов, не имеющих встроенной платы Bluetooth, создаются специальные адаптеры (например, для Ericsson T28s . Телефон лежит в кармане, а вы "снимаете" и "вешаете" трубку с помощью голосового управления. Удобно, не правда ли?.. Cреди телефонов со встроенной платой Bluetooth следует выделить Ericsson T36s , Ericsson R520 , Siemens S42 , Nokia 6310 .

Нечто похожее на Headset от Ericsson предлагает компания Plantronics . Ее беспроводная гарнитура наушник-микрофон весит всего 26 грамм и способна без перерыва работать три с половиной часа. Это Bluetooth-устройство - еще одно полезное дополнение к сотовому Bluetooth-телефону.

Не отстает от этих компаний и японская фирма Japan Total Design Communication . Она выпустила модель наушников "i2me", состоящую из Bluetooth-адаптера и собственно наушников. Адаптер подключается к сотовому телефону, а наушники работают на расстоянии 10 метров от телефона. Адаптер весит 45 грамм, наушники - 35 грамм.

Компанией Nokia еще в прошлом году была начата разработка Bluetooth Connectivity Kit - комплекта батареи и коммуникационной карты для телефона Nokia 6210 . В аккумулятор встроен радиопередатчик Bluetooth, взаимодействующий на расстоянии до 10 метров со специальной коммуникационной картой, устанавливаемой в ноутбуке. Таким образом, Nokia 6210 превращается в беспроводный модем. Вы открываете ноутбук и входите в Интернет, не доставая телефон из кармана…

В конце прошлого года на выставке в Токио компания Toshiba представила прототип ноутбука на базе модели Tecra 8110 со встроенным модулем Bluetooth. Toshiba также продемонстрировала совместную работу ноутбука и струйного принтера от фирмы Canon . Оба устройства оснащены модулями Bluetooth. Таким образом стала возможна дистанционная передача данных с ноутбука на печатающее устройство. Вы входите в офис с Bluetooth-ноутбуком в руках, происходит автоматическое соединение с Bluetooth-принтером - и вы тут же распечатываете документ!

Компания Sony в январе этого года представила прототип Bluetooth-модуля под названием Infostick, внешне напоминающий Memory Stick. Внутри модуля находится контроллер Bluetooth, интерфейс Memory Stick, контроллер флэш-памяти, процессор. Теперь все устройства Sony, оснащенные слотом Memory Stick, смогут "общаться" между собой на расстоянии до 10 метров.

В марте Sony выпустила еще одну новинку - Bluetooth-адаптер для карманного компьютера Clie Peg-N700C. Теперь CLIE может взаимодействовать с сотовым телефоном, обеспечивая доступ в Интернет.

Алло! На связи колесо… Bluetooth "добралась" и до автомобильных колес. Финская компания Nokian Tyres совместно с некоторыми другими фирмами и исследовательскими центрами разработала технологию, позволяющую вести автоматическое наблюдение за состоянием колеса вашего любимого авто. Встроенный в шину чип будет измерять параметры колеса, и в случае необходимости передающее Bluetooth-устройство свяжется с мобильным телефоном водителя. Не удивляйтесь, если вам "позвонит" колесо и скажет: "Меня пора подкачать!"

Декабрьский бум

Декабрь 2000 года был богат анонсами устройств с технологией Bluetooth. Так, в середине декабря компании Axis Communications и Lexmark продемонстрировали на конференции "Bluetooth Developers Conference" решение для беспроводной передачи данных с ноутбука на принтер. Ноутбук Toshiba был оснащен Toshiba Bluetooth PC Card, а в лазерный принтер Lexmark был встроен Bluetooth принт-модуль от фирмы Axis. Каждый мог опробовать новинку в действии. Впрочем, нечто подобное мы описывали выше.

В том же месяце компания TDK представила еще одно устройство для беспроводной связи ноутбуков, карманных компьютеров, принтеров, сотовых телефонов - TDK Bluetooth USB Adapter. Как следует из названия, новинка имеет интерфейс USB, а точнее USB 1.1.

На той же конференции другая компания - IBM представила Bluetooth-часы. Помимо Bluetooth-модуля это устройство оснащено процессором ARM 7, 8 Мб флэш-памяти, Li-Ion аккумулятором и ИК-портом. Для работы потребуется специальный Linux Bluetooth-драйвер под названием BlueDrek. Bluetooth-часы можно носить на руке и использовать для управления ноутбуком, оснащенным Bluetooth-чипом. На конференции было показано, как буквы, набранные на клавиатуре ноутбука, отображались на экране часов, и, наоборот, как PowerPoint-презентация запускалась и останавливалась с помощью Bluetooth-часов. Вряд ли такая новинка будет пользоваться всеобщим вниманием. Это из области излишеств.

Говоря все о той же Bluetooth Developers Conference, нельзя не упомянуть японскую компанию Yazaki, представившую оригинальное решение автомобильной системы контроля на основе Bluetooth. Bluetooth-устройство подключается к внутренней локальной сети автомобиля (CAN), а открытие и закрытие дверей происходит по команде с ноутбука или мобильного телефона. Ряд компаний уже начал разработку промышленных стандартов для локальных автомобильных сетей, и для беспроводных коммуникаций на малых расстояниях они выбрали именно технологию Bluetooth.

Интересное решение представила Anoto . Совместно с Ericsson она разработала авторучку Chatpen, способную передавать сделанные записи в ноутбук или мобильный телефон. Эта новинка, на мой взгляд, представляет интерес. Вы можете делать записи обычной авторучкой, но на специальной сетчатой бумаге. Встроенная в авторучку миниатюрная видеокамера различает множество мелких точек, нанесенных на специальную бумагу, и преобразует изображение в цифровую форму. При помощи Bluetooth-модуля ваши записи передаются в ноутбук или на мобильный телефон. Авторучка имеет 2 Мб памяти, значит, иметь под рукой ноутбук необязательно: данные, сохраняющиеся в ручке, можно передать позже.

Напрягите фантазию

Некоторые из вышеперечисленных устройств поражают своей оригинальностью! Но это еще не все.

Тройной телефон. Вообразите себя обладателем сотового телефона со встроенной платой Bluetooth. В дороге вы используете его как обычный сотовый телефон, возможно, с Bluetooth-гарнитурой handsfree. Дома ваш аппарат превращается в радиотелефон, потому что Bluetooth-база подключена к обычной телефонной сети. А в офисе вы можете воспользоваться им для внутренней связи. Удобно?..

Дом будущего. Представьте себе следующую картину. Домашняя мебель и бытовая техника оснащены Bluetooth-чипами: входная дверь, лампочки, телевизор, холодильник, кондиционер, микроволновая печь… А в кармане у вас лежит Bluetooth-пульт, управляющий всеми этими устройствами. Впрочем, не нужен нам пульт: будем управлять голосом! Центральный компьютер с Bluetooth-чипом будет распознавать голосовые команды, поступающие с Bluetooth-часов на вашей руке: "Свет, включись!", "Кондиционер, на полную мощь!", "Телевизор, мне первый, третий, шестой каналы" (как в фильме "Назад в будущее 2"). Да, теперь это не кажется фантастикой. А знаете, что мы еще забыли?.. Сливной бочок в туалете. Ему тоже можно давать команды.

Bluetooth открывает огромные возможности перед изобретателями. Например, фотокамера с технологией Bluetooth соединяется с мобильным телефоном - и вы посылаете отснятое изображение другу. Тот, приняв ваше сообщение, тут же отправляет его на ноутбук. В офисе его ноутбук автоматически соединяется с Bluetooth-принтером - и изображение распечатано. А как вам перспектива беспроводной мышки? Подобные устройства уже существуют, как это удобно!

Спешите придумать и запатентовать свою Bluetooth-новинку!

Франция останется без новой технологии?

Похоже, что французы еще не скоро обустроят свои "дома будущего". Во Франции диапазон 2.4 ГГц, используемый Bluetooth, занят военными, которые, как это обычно бывает, на уступки не идут. Правда, небольшая часть диапазона (2.4465 - 2.4835 ГГц) все-таки остается свободной. Для Франции, по-видимому, будут разрабатываться специальные Bluetooth-устройства, не совместимые с устройствами, производимыми для остального мира. SIG старается поправить положение, ведя переговоры с французскими властями.

Кто делает Bluetooth-чипы?

Разработкой модулей Bluetooth может заниматься любая компания (выше мы рассматривали Bluetooth-устройства от различных производителей). Bluetooth-"начинка" разрабатывается непосредственно самими производителями Bluetooth-устройств или закупается у других фирм. Рассмотрим ряд компаний, занимающихся производством Bluetooth-модулей.

В октябре прошлого года Matsushita-Kotobuki Electronic Industries разработала компактный Bluetooth-модуль. Он был в два раза меньше других чипов, существовавших в то время на рынке. Минимализация размеров была достигнута за счет помещения пассивных элементов и других компонентов, включая антенну, на керамическую подложку.

В марте этого года компания Siemens анонсировала приемопередатчик Bluetooth с USB-интерфейсом, способный работать в радиусе 100 метров. Адаптер подключается к USB-порту настольного компьютера или ноутбука и позволяет соединяться с любым совместимым с Bluetooth устройством. Особого внимания заслуживает тот факт, что передача данных может осуществляться на расстоянии ста метров, а не десяти, как это было изначально задумано спецификацией.

В этом же месяце Silicon Wave и Sharp продемонстрировали Bluetooth-модуль в виде CompactFlash-карты. Карта вставляется в ноутбук через адаптер для PC Card, а также может использоваться совместно с КПК. Ну а дальше… любое беспроводное соединение в ваших руках.

Перспективы

Что можно сказать о технологии, которая, несомненно, привнесет в нашу жизнь столько удобств и при этом будет общедоступной? Что можно сказать о технологии, освоение которой не требует отчисления лицензионных сборов? Только одно: у нее огромные перспективы. Будем ждать…

Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам общаться, на расстоянии от 1 до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Происхождение названия Bluetooth

Слово Bluetooth - перевод на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Это прозвище носил король Харальд I, правивший в X веке Данией и частью Норвегии и объединивший враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт.

С чего начался Bluetooth?

Первая концепция технологии Bluetooth появилась в небольшом городке Швеции Лунде, в 1994 году, где компания Ericsson решила воздвигнуть там новый камень (своеобразный ритуал) в память о великом человеке. Надпись на этом памятнике гласит (в оригинале - на древнескандинавском языке): «Компания Ericsson Mobile Communications АВ установила этот камень в честь Гаральда Блютуса, который дал свое имя новой беспроводной технологии для мобильных коммуникаций».

Далее, в начале 1998 года, пять крупных компаний - Ericsson, Nokia, IBM, Intel и Toshiba - объединились, чтобы начать работу над созданием новой технологии беспроводной связи Bluetooth. 20 мая этого же года для дальнейшего продвижения новой технологии на телекоммуникационном рынке была сформирована специальная рабочая группа (Special Interest Group - SIG). Любая компания, которая планирует разрабатывать устройства Bluetooth, может бесплатно войти в эту группу. В настоящее время в SIG входит более трех тысяч компаний, среди которых есть и старые представители, давшие начало развитию данного стандарта, и новые - например, такие гиганты, как Lucent, Microsoft, Motorola и др.

Основные положения технологии Bluetooth

Bluetooth – это, как уже было сказано выше, современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth - это маленький чип (рис. 1), представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик.

Рис. 1 Чип Bluetooth

Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров. Как радиотехнология, Bluetooth способен "обходить" препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка - точка (два устройства), но и по принципу точка - много точек (одно устройство работает с несколькими другими).

Рис. 2 Bluetooth -чип и спичка рядом

Чип Bluetooth реализован с учетом всех современных тенденций. Размер чипа (рис. 2) - менее одного квадратного сантиметра. Применяемая частота позволяет ограничить потребляемую мощность 1мВт. Подобные характеристики позволяют интегрировать чипы Bluetooth в таких устройствах, как мобильные телефоны и карманные компьютеры.

Принцип работы Bluetooth

Технология Вluetooth предполагает два вида связи: синхронную - SCO (Synchronous Connection Oriented) и асинхронную - ACL (Аsynchronous Connectionless). Первый вид, SCO, рассчитан на установление симметричного соединения "точка - точка" и служит преимущественно для передачи речевых сообщений. Скорость передачи информации SCO равна 64 Кит/с. Второй, ACL, предназначен для пакетной передачи данных. Он поддерживает симметричные и асимметричные соединения типа "точка - много точек". Скорость передачи пакетной информации при ACL cоставляет порядка 721 Кбит/с. Пакеты данных имеют фиксированный формат. В начале блока находится 72-бит код доступа. Он может применяться, в частности, для синхронизации устройств. За ним следует 54-бит заголовок пакета, содержащий контрольную сумму пакета и информацию о его параметрах (например, о повторной передаче блока данных). Замыкает пакет область, непосредственно содержащая пересылаемую информацию. Размер этой области варьируется от 0 до 2745 бит.

Основополагающим принципом построения систем Bluetooth является использование метода расширения спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum). Весь выделенный для Bluetooth-радиосвязи частотный диапазон 2,402-2,480 ГГц разбит на N частотных каналов. Полоса каждого канала 1 МГц, разнос каналов – 140-175 кГц. Для кодирования пакетной информации используется частотная манипуляция.

Для США и Европы N = 79. Исключение составляют Испания и Франция, где для Bluetooth применяется 23 частотных канала. Смена каналов производится по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду. Постоянное чередование частот позволяет радиоинтерфейсу Bluetooth транслировать информацию по всему диапазону ISM и избежать воздействия помех со стороны устройств, работающих в этом же диапазоне. Если данный канал зашумлён, то система перейдёт на другой, и так будет происходить до тех пор, пока не обнаружится канал, свободный от помех.

Рис. 3. Частотно-временная диаграмма работы модулей Bluetooth

На рис. 3 показана частотно-временная плоскость, иллюстрирующая одновременную работу трёх Bluetooth-модулей. Модули работают тактами (слотами), длительностью 625 мкс. Каждому модулю в пределах каждого такта назначается соответствующий частотный канал и режим передачи или приёма.

Когда пара любых Bluetooth-устройств соединяется, то они образуют пикосеть (рис. 4).

Одно из них, выполняющее функции ведущего устройства, формирует сигналы синхронизации частоты и ее изменения. Обычно ведущим является тот модуль, который размещён в наиболее мощном устройстве, таком, как персональный компьютер. Все другие устройства являются ведомыми.

Рис. 4 Пикосеть

Пикосеть является фундаментальной формой коммуникации в технологии Bluetooth. Пикосеть может содержать до 7 активных ведомых устройств. Кроме того, в окрестности (зоне уверенного приема) ведущего устройства могут находиться неактивные ведомые устройства, которые также синхронизированы на общие часы и общую последовательность смены частот, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не активирует их. Если в сети оказывается более 8 устройств, то будет сформирована вторая пикосеть и так далее. Несколько (до 10) независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей, между которыми возможен обмен информацией, могут объединяться в так называемую большую сеть Scatternel. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет главным в одной и подчиняемым в другой. Таким образом, в пределах отдельной Scatternet может быть одновременно связано максимум 71 устройство.

Структурная схема архитектуры Bluetooth

Рис. 5 Архитектура Bluetooth

Важной частью архитектуры (рис. 5) является Host to Controller интерфейс (HCI), обеспечивающий взаимодействие софтовой подсистемы Host с железной подсистемой Controller. Всё взаимодействие верхних уровней Bluetooth системы с ее аппаратной частью происходит через HCI-команды, инициируемые драйвером.

Основные блоки архитектуры:
RF
Блок Radio занимается преобразованием битовой последовательности в радио сигналы. Вопросы модуляции, спектральных характеристик и физики процессов обеспечения битовой скорости - все это решается на нижнем уровне модели.

Baseband Layer = Link Controller + Baseband Manager + Device Manager
Уровень baseband представлен в виде трех блоков, совместная задача которых состоит в управлении физическими каналами, поверх которых устанавливаются физические соединения. Bluetooth-адресация, синхронизации генераторов устройств, управление кодами доступа к физическим каналам, поиск устройств и установление физического канала между ними - все это задачи Baseband-уровня.

Link Manager

После того, как два нижних уровня обеспечили нас физическим соединением между устройствами, дело становится за организацией логических каналов, которые впоследствии и станут базой для передачи трафика приложений. Link Managerв ответе за установление, изменение и освобождение логических соединений между устройствами, а так же за обновление параметров физических соединений. Для этих целей Link Manager использует Link Management протокол (LMP).

L2CAP Layer = Channel Manager + L2CAP Resource Manager
Это высокоуровневый блок Bluetooth Host, оккупированный L2CAP уровнем. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) - протокол, работающий поверх созданных логических соединений, обеспечивающий сегментацию и восстановление пакетных данных от всех вышележащих приложений.

Скачков Максим Константинович

Bluetooth: технология и ее применение

…и сказал он: "да воссоединятся все".

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.

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:

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.

Характеристики:

• 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.

Производители современных Hi-Tech устройств стараются максимально упростить взаимодействие пользователя с компьютером. Одним из направлений является активное оснащение устройств управления беспроводным типом связи. Отсутствие лишних проводов делает работу более комфортной, а также позволяет экономить место на рабочем столе. Вот только чем более сложным становиться устройство, тем труднее пользователю определиться с выбором, так как помимо различных эргономических параметров необходимо выбрать подходящий беспроводной тип связи - радиоканал или bluetooth. В данной статье рассматриваются технические особенности такого популярного устройства как беспроводная мышь. Цель данной статьи разобраться в некоторых технических особенностях и ответить на вопрос - какую беспроводную мышь купить.

Наиболее распространены беспроводные устройства, использующие для связи с ПК радиоканал . Преимуществом данного типа связи является то, что ресивер и передающее устройство не обязательно должны находиться в прямой видимости друг от друга (в отличие от ИК-соединения). Радиус действия радиоканала - до нескольких десятков метров. Технология Bluetooth обладает теми же преимуществами, что и радиоканал, радиус действия составляет чаще всего около 10 метров.

Радиоканал
Радио (лат. radio — излучаю) — разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда сигнала). Далее сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее), и излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, он демодулируется и фильтруется. Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).

Гражданская радиосвязь
Решениями Государственной комиссии по радиочастотам России для гражданской связи физическими и юридическими лицами на территории Российской Федерации выделены 3 группы частот, среди которых имеется т.н. гражданский диапазон: 27 МГц («Citizen’s Band»). Например, диапазон 27 МГц широко используется для организации радиосвязи в службах такси.

Преимущества

• более уверенный сигнал
• более быстрый отклик на действия пользователя по сравнению с Bluetooth.

• Необходимость подключения специального передатчика к ПК через USB порт.

Суть его заключается в следующем: несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (в РФ выделяется 79 частотных каналов шириной в 1 МГц). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, достигается возможность работы рядом друг с другом нескольких пар однотипных устройств, которые не будут мешать друг другу.

Преимущества

• Более удобный вариант для владельцев ноутбуков - как правило, bluetooth-модуль уже встроен в ноутбук, поэтому не требуется дополнительно отводить один из USB-портов под трансивер, поставляемый вместе с мышью.
• Bluetooth-соединение обеспечивает единый стандарт и решает проблему идентификации мыши.
• Bluetooth относительно новая технология передачи данных, более гибкий и универсальный вариант по сравнению с радиоканалом.
• При передаче цифровых данных и аудиосигнала используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется, а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно.

• Конечная реализация устройств на базе этой технологии еще, мягко говоря, "хромает". Встречаются проблемы, связанные с программным обеспечением. Некоторые модели клавиатур, например, не позволяют заходить в BIOS компьютера при старте операционной системы.
• Время отклика уступает радиоканальным моделям.

Подобрать для себя беспроводную мышь от брендовых производителей можно в