Протоколы блютуз: Bluetooth протоколы: стек протоколов bluetooth

Содержание

Стек протоколов Bluetooth | Компьютерные сети

Bluetooth является законченной оригинальной технологией, рассчитанной на самостоятельное применение в электронных персональных устройствах. Поэтому эта технология поддерживает полный стек протоколов, включая собственные прикладные протоколы. В этом заключается ее отличие от рассмотренных ранее технологий, таких как Ethernet или IEEE 802.11, которые лишь выполняют функции физического и канального уровней.

Наши партнеры:
– Возможно эта информация Вас заинтересует:
– Посмотрите интересные ссылочки вот тут:

Создание для технологии Bluetooth собственных прикладных протоколов объясняется стремлением разработчиков реализовывать ее в разнообразных простых устройствах, которым не под силу, да и не к чему, поддерживать стек протоколов TCP/IP. Кстати, технология Bluetooth появилась в результате попыток разработать стандарт для взаимодействия мобильного телефона с беспроводными наушниками.

Понятно, что для решения такой простой задачи не нуЖе н ни протокол передачи файлов (FTP), ни протокол передачи гипертекста (HTTP). В результате для технологии Bluetooth был создан оригинальный стек протоколов, в дополнение к которому появилось большое количество профилей.

Стек протоколов Bluetooth постоянно совершенствуется. Версия 1.0 стандартов стека была принята в 1999 году, версия 1.2 — в 2003, версия 2.0 — в 2004, версия 2.1 — в 2007, а версия 3.0 — в апреле 2009 года.

Рис. 1. Соответствие протоколов Bluetooth модели OSI и стандартам IEEE 802

При приведении стандартов Bluetooth в соответствие с архитектурой стандартов IEEE 802 рабочая группа 802.15.1 ограничилась только так называемыми протоколами ядра Bluetooth, которые соответствуют функциям физического уровня и уровня MAC (рис. 1).

Уровень физических радиосигналов описывает частоты и мощности сигналов, используемых для передачи информации.

Уровень базового диапазона частот отвечает за организацию каналов передачи данных в радиосреде. В его обязанности входят выбор последовательности псевдослучайной перестройки частоты, синхронизация устройств в пикосети, формирование и передача кадров по установленным каналам SCO и ACL. Кадр Bluetooth имеет переменную длину, поле данных может содержать от 0 до 2744 бит (343 байт). Для передачи голоса используются кадры фиксированного размера с полем данных 240 бит (30 байт).

Диспетчер каналов отвечает за аутентификацию устройств и шифрование трафика, а также управляет статусом устройств, то есть может сделать подчиненное устройство главным, и наоборбт.

Уровень протокола адаптации для управления логическим каналом (Logical Link Control Adaptation Protocol, L2CAP) является верхним уровнем протоколов ядра Bluetooth. Этот протокол используется только в тех случаях, когда устройство передает данные; голосовой трафик обходит этот протокол и обращается непосредственно к уровню базового диапазона частот. Уровень L2CAP принимает от протоколов верхнего уровня сегменты данных размером до 64 Кбайт и делит их на небольшие кадры для уровня базового диапазона частот.

При приеме уровень L2CAP собирает кадры в исходный сегмент и передает протоколу верхнего уровня.

Аудиоуровень обеспечивает передачу голоса по каналам SCO. На этом уровне применяется импульсно-кодовая модуляция (РСМ), что определяет скорость голосового канала в 64 Кбит/с.

Уровень управления передает внешнему блоку информацию о состоянии соединений и принимает от внешнего блока команды, изменяющие конфигурацию и состояние соединений.

Стек протоколов – Bluetooth

Bluetooth имеет достаточно простую структуру стека протоколов. Фактически спецификация определяет только 5 уровней: физический (RF), базовый (baseband, комбинация аппаратных и программных функций), протоколы управления каналом LMP и L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol), сетевой уровень и уровень приложений. Базовый уровень включает в себя функции формирования пакетов, передачи и кодирования данных, коррекции ошибок, управления каналами и частотными скачками. Протокол управления каналом LMP обеспечивает аутентификацию, инициализацию соединений и шифрование.

Управляющая информация LMP упаковывается в однослотовые фреймы.

Напарник LMP – L2CAP отвечает за процедуры формирования и сборки пакетов, которые здесь достигают внушительных размеров – только поле полезной нагрузки для L2CAP-пакета составляет 64 KB. Логично, что L2CAP не используется в случае синхронных коммуникаций – там нет необходимости в столь изощренном управлении. Как и LMP, L2CAP имеет свой формат пакетов для пересылки управляющей информации. Благодаря этому протоколу в Bluetooth существуют привычные для сетевых специалистов понятия пересылки данных с установлением соединения (данные направляются конкретному адресату, доставка гарантируется) и без него (широковещательная рассылка без контроля прохождения пакетов). Реализовано и туннелирование различных протоколов, для каждого из них резервируется отдельный логический канал. Венчает семейство протоколов SDP (Service Description Protocol) – единственное средство определения сервисов, предоставляемых удаленным устройством. С помощью команд протокола можно считать информацию из локальной базы данных сервисов узла и определить способ взаимодействия с ними.

Каждый сервис является производной общего класса, который определяет структуру его описания и способ ее интерпретации. Например, описание мобильного телефона будет включать в себя тип его дисплея, набор навигационных клавиш и частотный диапазон приемопередатчика.

Один из членов семейства остался в стороне – HCI (Host Controller Interface), он отвечает за интеграцию низкоуровневых baseband-интерфейсов и клиентского программного обеспечения. HCI состоит из HCI Firmware и HCI Driver, взаимодействующих посредством Host Controller Transport Layer. HCI Firmware осуществляет вызов функций управления каналами и передачи данных, специфических для конкретного типа устройства. HCI Driver предоставляет унифицированный интерфейс для драйверов вышележащих сетевых уровней. Поскольку чип Bluetooth доступен по одному из стандартных аппаратных коммуникационных интерфейсов, Host Controller Transport Layer, согласно спецификации, поддерживает USB, UART и RS232.

Главная

Звук через Bluetooth: версии и кодеки, влияют ли они на качество звука?

Bluetooth — это технология беспроводной связи, позволяющая среди прочего подключить наушники или портативную акустику, стереосистему или саундбар к вашему смартфону или ноутбуку.

Сегодня на рынке представлено множество устройств с различными версиями Bluetooth протокола и с поддержкой разных кодеков. Что все это значит, какая версия последняя, нужно ли во всем этом разбираться и главное для нас — влияет ли это как-то на качество звучания? Давайте посмотрим.

С самого начала следует отметить одну важную вещь: звуковая технология Bluetooth, которую вы слышите, оказывает гораздо меньшее влияние на качество звука, чем дизайн самого устройства. Если вы попробуете протестировать несколько беспроводных наушников или колонок, вы услышите очевидные различия между устройствами. Если вы попробуете одно и то же устройство, но подключенное с различными кодеками или версиями Bluetooth, разница может быть не такой очевидной, возможно, даже незаметной.

Проще говоря, не стоит основывать свой выбор исключительно на поддерживаемых устройством технологиях Bluetooth и кодеках, это не первый и даже не второй по важности критерии.

Версии Bluetooth

За прошедшие с начала века годы Bluetooth кардинально улучшился, и сжатие звука сегодня не такое грубое, как это было во времена Bluetooth 1. 1 или 2.0 (когда беспроводные гарнитуры и наушники только появлялись на рынке). Выделим основные технические различия версий Bluetooth, устройства с которыми можно найти в продаже сегодня.

Bluetooth 3.0: значительно увеличена скорость передачи данных (до 24 Мбит/с против 2,1 Мбит/с в Bluetooth 2.0), но возросло энергопотребление.
Bluetooth 4.0: уменьшено энергопотребление с сохранением скорости 24 Мбит/с.
Bluetooth 4.1: появилась защита от перекрестных помех при совместной работе с LTE-модулями, установленными во всех 4G смартфонах.
Bluetooth 4.2: увеличена скорость и улучшена защита передачи данных.
Bluetooth 5.0: радиус действия увеличен в 4 раза, скорость увеличена в 2 раза.
Bluetooth 5.1: появилась возможность определять местоположение и направление с максимальной точностью.

Как видите, новые версии решают в основном проблемы скорости передачи данных и эффективности энергопотребления, редко влияя на качество звука напрямую. Тем не менее, более новые версии могут повысить надежность передачи данных, что может позволить более “тяжелому” кодеку, например, aptX HD или LDAC, работать с более высокой скоростью передачи данных.

Напомним, что для работы определенной версии Bluetooth ее должны поддерживать оба устройства. То есть, если в вашем смартфоне Bluetooth 5.1, а в наушниках 4.2, то для подключения будет использоваться Bluetooth 4.2.

Bluetooth и аудиокодеки

Итак, непосредственно на финальное звучание сейчас больше влияет не версия Bluetooth, а то, какой аудиокодек используются при передаче звука. По сути под кодеком здесь понимается сложный алгоритм обработки (кодирования/декодирования) аудиоданных для их отправки по беспроводной связи между вашими устройствами. Использование кодека необходимо, потому что чем меньше данных передается по Bluetooth, тем надежнее соединение и тем меньше вероятность того, что ваши наушники потеряют сигнал в середине любимого трека.

Все текущие Bluetooth кодеки работают «с потерями» (lossy), они отбрасывают часть аудиоданных, снижая скорость передачи данных аудио (битрейт), например, с CD-качества со скоростью 1411 килобит в секунду примерно до 300~900 кбит/с (о том, что такое Lossy и Lossless мы поговорим отдельно в следующий раз).

Другой характеристикой, которая отличает кодеки, является задержка. Время, необходимое процессору цифрового сигнала для декодирования закодированного звука, При большой задержке звука создаются проблемы с его синхронизацией при просмотре видео.

Как и в случае с версией BT — для работы кодека важно, чтобы его поддерживали не только наушники или акустика, но и источник звука — телефон, плеер или компьютер.

Стандартным для Bluetooth является SBC. Этот кодек может работать со скоростью передачи данных до 345 килобит в секунду. Если устройства источника и приемника могут обрабатывать звук с высокой скоростью передачи данных, качество звука трудно отличить от качества AAC или стандартного aptX. А вот с задержка может превышать 100 и более миллисекунд, что создает проблемы с синхронизацией звука при просмотре видео.

Однако к концу 2020 года на смену SBC должен прийти новый кодек Bluetooth LC3. Bluetooth SIG объявила о преемнике SBC на выставке CES 2020. LC3 используется в протоколе LE Audio на основе спецификации ядра Bluetooth 5.2 (наш материал про LC3 с CES 2020).

Ok, LC3 — это наше будущее, а что происходит в настоящем? Кратко рассмотрим представленные на сегодня альтернативы SBC.

aptX: это базовый кодек из семейства, принадлежащего компании Qualcomm. Он кодирует разницу в уровне между одним аудиосэмплом и следующим. Такой подход позволяет ему работать быстрее и достигать задержек, которые обычно составляют менее 120 мс, что снижает вероятность ошибки синхронизации по сравнению с SBC. В отличие от SBC, который может работать с различной скоростью передачи данных, скорость передачи данных для aptX всегда составляет 352 кбит/с.
aptX HD — это улучшенная версия кодека Qualcomm, теперь поддерживается битрейт до 576 кб/сек (при 48 кГц / 24 бита).
aptX Low Latency (aptX LL) — еще одна разновидность кодека aptX, где основной акцент делается на контент, такой как видео и игры, поскольку основное внимание в этой технологии уделяется уменьшенной задержке при передаче сигнала. С помощью этой технологии задержка аудио на Bluetooth уменьшается примерно до 40 мс, что значительно ниже порога, который мы понимаем как асинхронность между тем, что видно и тем, что слышно. Не получил широкого распространения.
aptX Adaptive — новая версия кодека aptX с адаптивным механизмом сжатия аудио с переменным битрейтом. То есть он автоматически настраивает свою работу для получения наилучшего сочетания качества звука, низкой задержки и высокой надежности передачи данных. Битрейт варьируется от 280 до 420 кбит/с, а его задержка составляет от 50 до 80 мс.
AAC — это пока главный и единственный (кроме SBC) беспроводной союзник пользователей техники от Apple. По сути кодек считается чем-то вроде более продвинутой версии MP3, с немного лучшим звуком при одинаковом (особенно низком) битрейте, чем у MP3 и SBC. При использовании Bluetooth AAC работает со скоростью до 256 кбит/с. Если у вас есть iPhone или iPad, наличие AAC в наушниках или беспроводной колонке может быть преимуществом. Однако, в отличие от кодеков aptX, реализация AAC не контролируется какой-либо одной компанией, и в результате реализация на Android устройствах может сильно различаться и проигрывать стандартному SBC по всем параметрам.
LDAC — соперник для aptX HD от Sony. Из преимуществ — пропускная способность до 990 кбит/с (при 96 кГц / 24 бита). Из недостатков — LDAC чаще всего встречается только в наушниках от Sony и в устройствах с Android 8+.
LHDC (HWA) — китайский ответ Sony, поддерживает битрейты 400/560/900 кбит/с. Только начинает появляться в ограниченном количестве устройств.

Итак, подведем итоги:

Версия Bluetooth чаще всего не влияет на качество звука напрямую.
Версию Bluetooth и определенный кодек должны поддерживать оба устройства.
Разница между разными кодеками на одном устройстве может быть малозаметной.
AAC имеет смысл только для Apple, не представляет интереса для Android.
aptX и другие кодеки, наоборот, не поддерживаются устройствами Apple.
Беспроводные технологии не должны быть главным фактором при выборе аудиоустройства. Не стоит автоматически списывать со счетов наушники с не самой последней версией Bluetooth или только с SBC, они могут звучать лучше или быть удобнее своих конкурентов.

Bluetooth – это… Что такое Bluetooth?

Bluetooth

Уровень (по модели OSI):	Прикладной^{[источник не указан 405 дней]}
Создан в:	1994 г.^[1] г.
Назначение протокола:	Беспроводная связь между устройствами на расстоянии до 100 метров (класс I)
Спецификация:	IEEE 802.15.1
Разработчик:	Bluetooth SIG

Bluetooth или блютус (/bluːtuːθ/, переводится как синий зуб, назван в честь Харальда I Синезубого^[2]^[3]) — производственная спецификация беспроводных персональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN). 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, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Гарнитура для мобильного телефона, использующая для передачи голоса Bluetooth

Название и логотип

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^[4]^[5]^[6]. Хотя «blå» в современных скандинавских языках означает «синий», во времена викингов оно также могло означать «чёрного цвета». Таким образом, исторически правильно было бы перевести датское Harald Blåtand скорее как Harald Blacktooth, чем как Harald Bluetooth.

Логотип Bluetooth является сочетанием двух нордических («скандинавских») рун: «хаглаз» _(Hagall) —_analog_latinskoi_H_i_«berkana»_ (Hagall) — аналог латинской H и «беркана» (Berkanan) — латинская B. Логотип похож на более старый логотип для Beauknit Textiles, подразделения корпорации Beauknit. В нём используется слияние отраженной K и В для «Beauknit», он шире и имеет скругленные углы, но в общем он такой же.

История создания и развития

Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG)^[2]^[7], которая была основана в 1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1 (дата опубликования — 14 июня 2002 года). Работы по созданию Bluetooth компания Ericsson Mobile Communication начала в 1994 году. Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.

Класс	Максимальная мощность, мВт	Максимальная мощность, дБм	Радиус действия, м
1	100	20	100
2	2,5	4	10
3	1	0	1

Компания AIRcable выпустила Bluetooth-адаптер Host XR с радиусом действия около 30 км.

Принцип действия Bluetooth

Принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,4835 ГГц)^[8]^[9]. В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты^[10] (англ. Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорого.

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду^[7] (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а в Японии, Франции и Испании полоса у́же — 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях) используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно.

Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «point-to-point», но и соединение «point-to-multipoint»^[7].

Спецификации

Bluetooth 1.0

Устройства версий 1.0 (1998) и 1.0B имели плохую совместимость между продуктами различных производителей. В 1.0 и 1.0B была обязательной передача адреса устройства (BD_ADDR) на этапе установления связи, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком данной спецификации.

Bluetooth 1.1

В Bluetooth 1.1 было исправлено множество ошибок, найденных в 1.0B, добавлена поддержка для нешифрованных каналов, индикация уровня мощности принимаемого сигнала (RSSI).

Bluetooth 1.2

В версии 1.2 была добавлена технология адаптивной перестройки рабочей частоты (AFH), что улучшило сопротивляемость к электромагнитной интерференции (помехам) путём использования разнесённых частот в последовательности перестройки. Также увеличилась скорость передачи и добавилась технология eSCO, которая улучшала качество передачи голоса путём повторения повреждённых пакетов. В HCI добавилась поддержка трёх-проводного интерфейса UART.

Главные улучшения включают следующее:

Быстрое подключение и обнаружение.
Адаптивная перестройка частоты с расширенным спектром (AFH), которая повышает стойкость к радиопомехам.
Более высокие, чем в 1.1, скорости передачи данных, практически до 721 кбит/с.
Расширенные Синхронные Подключения (eSCO), которые улучшают качество передачи голоса в аудиопотоке, позволяя повторную передачу повреждённых пакетов, и при необходимости могут увеличить задержку аудио, чтобы оказать лучшую поддержку для параллельной передачи данных.
В Host Controller Interface (HCI) добавлена поддержка трёхпроводного интерфейса UART.
Утверждён как стандарт IEEE Standard 802.15.1-2005^[11].
Введены режимы управления потоком данных (Flow Control) и повторной передачи (Retransmission Modes) для L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Bluetooth версии 2.0 был выпущен 10 ноября 2004 г. Имеет обратную совместимость с предыдущими версиями 1.x. Основным нововведением стала поддержка Enhanced Data Rate (EDR) для ускорения передачи данных. Номинальная скорость EDR около 3 Мбит/с, однако на практике это позволило повысить скорость передачи данных только до 2,1 Мбит/с. Дополнительная производительность достигается с помощью различных радио технологий для передачи данных^[12].

Стандартная (базовая) скорость передачи данных использует GFSK-модуляцию радиосигнала при скорости передачи в 1 Мбит/с. EDR использует сочетание модуляций GFSK и PSK с двумя вариантами, π/4-DQPSK и 8DPSK. Они имеют большие скорости передачи данных по воздуху — 2 и 3 Mбит/с соответственно^[13].

Bluetooth SIG издала спецификацию как «Технология Bluetooth 2.0 + EDR», которая подразумевает, что EDR является дополнительной функцией. Кроме EDR есть и другие незначительные усовершенствования к 2.0 спецификации, и продукты могут соответствовать «Технологии Bluetooth 2.0», не поддерживая более высокую скорость передачи данных. По крайней мере одно коммерческое устройство, HTC TyTN Pocket PC, использует «Bluetooth 2.0 без EDR» в своих технических спецификациях^[14].

Согласно 2.0 + EDR спецификации, EDR обеспечивает следующие преимущества:

Увеличение скорости передачи в 3 раза (2,1 Мбит/с) в некоторых случаях.
Уменьшение сложности нескольких одновременных подключений из-за дополнительной полосы пропускания.
Более низкое потребление энергии благодаря уменьшению нагрузки.

Bluetooth 2.1

2007 год. Добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства (для дополнительной фильтрации списка при сопряжении), энергосберегающая технология Sniff Subrating, которая позволяет увеличить продолжительность работы устройства от одного заряда аккумулятора в 3—10 раз. Кроме того обновлённая спецификация существенно упрощает и ускоряет установление связи между двумя устройствами, позволяет производить обновление ключа шифрования без разрыва соединения, а также делает указанные соединения более защищёнными, благодаря использованию технологии Near Field Communication.

Bluetooth 2.1 + EDR

В августе 2008 года Bluetooth SIG представил версию 2.1+EDR. Новая редакция Bluetooth снижает потребление энергии в 5 раз, повышает уровень защиты данных и облегчает распознавание и соединение Bluetooth-устройств благодаря уменьшению количества шагов за которые оно выполняется.

Bluetooth 3.0 + HS

3.0+HS^[13] была принята Bluetooth SIG 21 апреля 2009 года. Она поддерживает теоретическую скорость передачи данных до 24 Мбит/с. Её основной особенностью является добавление AMP (асимметричная мультипроцессорная обработка) (альтернативно MAC/PHY), дополнение к 802.11 как высокоскоростное сообщение. Две технологии были предусмотрены для AMP: 802. 11 и UWB, но UWB отсутствует в спецификации^[15].

Модули с поддержкой новой спецификации соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных в 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление; вторая совместима со стандартом 802.11 и обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с (сравнима со скоростью сетей Wi-Fi). Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера передаваемого файла. Небольшие файлы передаются по медленному каналу, а большие — по высокоскоростному. Bluetooth 3.0 использует более общий стандарт 802.11 (без суффикса), то есть не совместим с такими спецификациями Wi-Fi, как 802.11b/g или 802.11n.

Bluetooth 4.0

Bluetooth SIG утвердил спецификацию Bluetooth 4.0 30 июня 2010г. Bluetooth 4.0 включает в себя протоколы Классический Bluetooth, Высокоскоростной Bluetooth и Bluetooth с низким энергопотреблением. Высокоскоростной Bluetooth основан на Wi-Fi, а Классический Bluetooth состоит из протоколов предыдущих спецификаций Bluetooth.

Протокол Bluetooth с низким энергопотреблением предназначен, прежде всего, для миниатюрных электронных датчиков (использующихся в спортивной обуви, тренажёрах, миниатюрных сенсорах, размещаемых на теле пациентов и т. д.). Низкое энергопотребление достигается за счёт использования специального алгоритма работы. Передатчик включается только на время отправки данных, что обеспечивает возможность работы от одной батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет^[9]. Стандарт предоставляет скорость передачи данных в 1 Мбит/с при размере пакета данных 8—27 байт. В новой версии два Bluetooth-устройства смогут устанавливать соединение менее чем за 5 миллисекунд и поддерживать его на расстоянии до 100 м. Для этого используется усовершенствованная коррекция ошибок, а необходимый уровень безопасности обеспечивает 128-битное AES-шифрование.

Сенсоры температуры, давления, влажности, скорости передвижения и т. д. на базе этого стандарта могут передавать информацию на различные устройства контроля: мобильные телефоны, КПК, ПК и т. п.

Первый чип с поддержкой Bluetooth 3.0 и Bluetooth 4.0 был выпущен компанией ST-Ericsson в конце 2009 года.

Bluetooth 4.0 поддерживается в MacBook Air и Mac mini (с июля 2011 года), iMac (ноябрь 2012 года), iPhone 4S (октябрь 2011 года) и iPhone 5 (сентябрь 2012 года), iPad 3 (март 2012 года)^[16]^[17], смартфонах LG Optimus 4X HD (февраль 2012 года), HTC One X, S, V и Samsung Galaxy S III (май 2012 года), Explay Infinity (август 2012 года), HTC One X+ (2012), HTC Desire C, Google Nexus 7 (2012), Sony VAIO SVE1511N1RSI.

Стек протоколов Bluetooth

Bluetooth имеет многоуровневую архитектуру, состоящую из основного протокола, протоколов замены кабеля, протоколов управления телефонией и заимствованных протоколов. Обязательными протоколами для всех стеков Bluetooth являются: LMP, L2CAP и SDP. Кроме того, устройства, связывающиеся с Bluetooth обычно используют протоколы HCI и RFCOMM.

LMP: Link Management Protocol — используется для установления и управления радио-соединением между двумя устройствами. Реализуется контроллером Bluetooth.
HCI: Host/controller interface — определяет связь между стеком хоста (т.е. компьютера или мобильного устройства) с контроллером Bluetooth.
AVRCP: A/V Remote Control Profile — обычно используется в автомобильных навигационных системах для управления звуковым потоком через Bluetooth.
L2CAP: Logical Link Control and Adaptation Protocol — используется для мультиплексирования локальных соединений между двумя устройствами, использующими различные протоколы более высокого уровня. Позволяет фрагментировать и пересобирать пакеты.
SDP: Service Discovery Protocol — позволяет обнаруживать услуги, предоставляемые другими устройствами и определять их параметры.
RFCOMM: Radio Frequency Communications — протокол замены кабеля, создаёт виртуальный последовательный поток данных и эмулирует управляющие сигналы RS-232.
BNEP: Bluetooth Network Encapsulation Protocol — используется для передачи данных из других стеков протоколов через канал L2CAP. Применяется для передачи IP-пакетов в профиле Personal Area Networking.
AVCTP: Audio/Video Control Transport Protocol — используется в профиле Audio / Video Remote Control для передачи команд по каналу L2CAP.
AVDTP: Audio/Video Distribution Transport Protocol — используется в профиле Advanced Audio Distribution для передачи стереозвука по каналу L2CAP.
TCS: Telephony Control Protocol – Binary — протокол, определяющий сигналы управления вызовом для установления голосовых соединений и соединений для передачи данных между устройствами Bluetooth. Используется только в профиле Cordless Telephony.

Заимствованные протоколы включают в себя: Point-to-Point Protocol (PPP), TCP/IP, UDP, Object Exchange Protocol (OBEX), Wireless Application Environment (WAE), Wireless Application Protocol (WAP).

Профили Bluetooth

Профиль — набор функций или возможностей, доступных для определённого устройства Bluetooth. Для совместной работы Bluetooth-устройств необходимо, чтобы все они поддерживали общий профиль.

Нижеуказанные профили определены и одобрены группой разработки Bluetooth SIG:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) — разработан для передачи двухканального стерео аудиопотока, например, музыки, к беспроводной гарнитуре или любому другому устройству. Профиль полностью поддерживает низкокомпрессированный кодек Sub_Band_Codec (SBC) и опционально поддерживает MPEG-1,2 аудио, MPEG-2,4 AAC и ATRAC, способен поддерживать кодеки, определённые производителем.^[18]

Audio / Video Remote Control Profile (AVRCP) — разработан для управления стандартными функциями телевизоров, Hi-Fi оборудования и прочее. То есть позволяет создавать устройства с функциями дистанционного управления. Может использоваться в связке с профилями A2DP или VDPT.

Basic Imaging Profile (BIP) — разработан для пересылки изображений между устройствами и включает возможность изменения размера изображения и конвертирование в поддерживаемый формат принимающего устройства.

Basic Printing Profile (BPP) — позволяет пересылать текст, e-mails, vCard и другие элементы на принтер. Профиль не требует от принтера специфических драйверов, что выгодно отличает его от HCRP.

Common ISDN Access Profile (CIP) — для доступа устройств к ISDN.

Cordless Telephony Profile (CTP) — профиль беспроводной телефонии.

Device ID Profile (DIP) — позволяет идентифицировать класс устройства, производителя, версию продукта.

Dial-up Networking Profile (DUN) — протокол предоставляет стандартный доступ к Интернету или другому телефонному сервису через Bluetooth. Базируется на SPP, включает в себя команды PPP и AT, определённые в спецификации ETSI 07.07.

Fax Profile (FAX) — предоставляет интерфейс между мобильным или стационарным телефоном и ПК на котором установлено программное обеспечение для факсов. Поддерживает набор AT-команд в стиле ITU T. 31 и/или ITU T.32. Голосовой звонок или передача данных профилем не поддерживается.

File Transfer Profile (FTP_profile) — обеспечивает доступ к файловой системе устройства. Включает стандартный набор команд FTP, позволяющий получать список директорий, изменения директорий, получать, передавать и удалять файлы. В качестве транспорта используется OBEX, базируется на GOEP.

General Audio / Video Distribution Profile (GAVDP) — база для A2DP и VDP.

Generic Object Exchange Profile (GOEP) — база для других профилей передачи данных, базируется на OBEX.

Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP) — предоставляет простую альтернативу кабельного соединения между устройством и принтером. Минус профиля в том, что для принтера необходимы специфичные драйвера, что делает профиль неуниверсальным.

Hands-Free Profile (HFP) — используется для соединения беспроводной гарнитуры и телефона, передаёт монозвук в одном канале.

Human Interface Device Profile (HID) — обеспечивает поддержку устройств с HID (Human Interface Device), таких как мышки, джойстики, клавиатуры и проч. Использует медленный канал, работает на пониженной мощности.

Headset Profile (HSP) — используется для соединения беспроводной гарнитуры (Headset) и телефона. Поддерживает минимальный набор AT-команд спецификации GSM 07.07 для обеспечения возможности совершать звонки, отвечать на звонки, завершать звонок, настраивать громкость. Через профиль Headset, при наличии Bluetooth 1.2 и выше, можно выводить на гарнитуру всё звуковое сопровождение работы телефона. Например, прослушивать на гарнитуре все сигналы подтверждения операций, mp3-музыку из плеера, мелодии звонка, звуковой ряд видеороликов. Гарнитуры, поддерживающие такой профиль имеют возможность передачи стереозвука, в отличие от моделей, которые поддерживают только профиль Hands-Free.

Intercom Profile (ICP) — обеспечивает голосовые звонки между Bluetooth-совместимыми устройствами.

LAN Access Profile (LAP) — обеспечивает доступ Bluetooth-устройствам к вычислительным сетям LAN, WAN или Интернет посредством другого Bluetooth-устройства, которое имеет физическое подключение к этим сетям. Bluetooth-устройство использует PPP поверх RFCOMM для установки соединения. LAP также допускает создание ad-hoc Bluetooth-сетей.

Object Push Profile (OPP) — базовый профиль для пересылки «объектов», таких как изображения, виртуальные визитные карточки и др. Передачу данных инициирует отправляющее устройство (клиент), а не приёмное (сервер).

Personal Area Networking Profile (PAN) — позволяет использовать протокол Bluetooth Network Encapsulation в качестве транспорта через Bluetooth-соединение.

Phone Book Access Profile (PBAP) — позволяет обмениваться записями телефонных книг между устройствами.

Serial Port Profile (SPP) — базируется на спецификации ETSI TS07.10 и использует протокол RFCOMM. Профиль эмулирует последовательный порт, предоставляя возможность замены стандартного RS-232 беспроводным соединением. Является базовым для профилей DUN, FAX, HSP и AVRCP.

Service Discovery Application Profile (SDAP) — используется для предоставления информации о профилях, которые использует устройство-сервер.

SIM Access Profile (SAP, SIM) — позволяет получить доступ к SIM-карте телефона, что позволяет использовать одну SIM-карту для нескольких устройств.

Synchronisation Profile (SYNCH) — позволяет синхронизировать персональные данные (PIM). Профиль заимствован из спецификации инфракрасной связи и адаптирован группой Bluetooth SIG.

Video Distribution Profile (VDP) — позволяет передавать потоковое видео. Поддерживает H.263, стандарты MPEG-4 Visual Simple Profile, H.263 profiles 3, profile 8 поддерживаются опционально и не содержатся в спецификации.

Wireless Application Protocol Bearer (WAPB) — протокол для организации P-to-P (Point-to-Point) соединения через Bluetooth.

Безопасность

В июне 2006 года Авишай Вул^[19] и Янив Шакед опубликовали статью^[20], содержащую подробное описание атаки на bluetooth-устройства. Материал содержал описание как активной, так и пассивной атаки, позволяющей заполучить PIN код устройства и в дальнейшем осуществить соединение с данным устройством. Пассивная атака позволяет соответствующе экипированному злоумышленнику «подслушать» (sniffing) процесс инициализации соединения и в дальнейшем использовать полученные в результате прослушки и анализа данные для установления соединения (spoofing). Естественно, для проведения данной атаки злоумышленнику нужно находиться в непосредственной близости и непосредственно в момент установления связи. Это не всегда возможно. Поэтому родилась идея активной атаки. Была обнаружена возможность отправки особого сообщения в определённый момент, позволяющего начать процесс инициализации с устройством злоумышленника. Обе процедуры взлома достаточно сложны и включают несколько этапов, основной из которых — сбор пакетов данных и их анализ. Сами атаки основаны на уязвимостях в механизме аутентификации и создания ключа-шифра между двумя устройствами. И поэтому перед изложением механизма атак рассмотрим механизм инициализации bluetooth-соединения.

Инициализация bluetooth-соединения

Инициализацией, касательно bluetooth, принято называть процесс установки связи. Её можно разделить на три этапа:

Генерация ключа Kinit
Генерация ключа связи (он носит название link key и обозначается, как Kab)
Аутентификация

Первые два пункта входят в так называемую процедуру паринга.

Паринг (PAIRING), или сопряжение — процесс связи двух (или более) устройств с целью создания единой секретной величины Kinit, которую они будут в дальнейшем использовать при общении. В некоторых переводах официальных документов по bluetooth можно также встретить термин «подгонка пары».

Перед началом процедуры сопряжения на обеих сторонах необходимо ввести PIN-код. Обычная ситуация: два человека хотят связать свои телефоны и заранее договариваются о PIN-коде.

Для простоты будем рассматривать ситуацию с двумя устройствами. Принципиально это не повлияет на механизмы установления связи и последующие атаки. Далее соединяющиеся устройства будут обозначаться A и B, более того, одно из устройств при сопряжении становится главным (Master), а второе — ведомым (Slave). Будем считать устройство A главным, а B — ведомым. Создание ключа Kinit начинается сразу после того, как были введены PIN-коды.

Kinit формируется по алгоритму E22, который оперирует следующими величинами:

BD_ADDR — уникальный MAC-адрес BT-устройства. Длина 48 бит (аналог MAC-адреса, устанавливается производителем и уникален для каждого сетевого устройства)
PIN-код и его длина
IN_RAND. Случайная 128-битная величина

На выходе E22 алгоритма получаем 128-битное слово, именуемое Kinit. Число IN_RAND отсылается устройством A в чистом виде. В случае, если PIN неизменяем для этого устройства, то при формировании Kinit используется BD_ADDR, полученное от другого устройства. В случае если у обоих устройств изменяемые PIN-коды, будет использован BD_ADDR(B) — адрес slave-устройства. Первый шаг сопряжения пройден. За ним следует создание Kab. После его формирования Kinit исключается из использования.

Для создания ключа связи Kab устройства обмениваются 128-битными словами LK_RAND(A) и LK_RAND(B), генерируемыми случайным образом. Далее следует побитовый XOR с ключом инициализации Kinit. И снова обмен полученным значением. Затем следует вычисление ключа по алгоритму E21.

Для этого необходимы величины:

BD_ADDR
128-битный LK_RAND (каждое устройство хранит своё и полученное от другого устройства значения)

На данном этапе pairing заканчивается и начинается последний этап инициализации bluetooth — Mutual authentication или взаимная аутентификация. Основана она на схеме «запрос-ответ». Одно из устройств становится верификатором, генерирует случайную величину AU_RAND(A) и засылает его соседнему устройству (в plain text), называемому предъявителем (claimant — в оригинальной документации). Как только предъявитель получает это «слово», начинается вычисление величины SRES по алгоритму E1, и она отправляется верификатору. Соседнее устройство производит аналогичные вычисления и проверяет ответ предъявителя. Если SRES совпали, то, значит, всё хорошо, и теперь устройства меняются ролями, таким образом процесс повторяется заново.

E1-алгоритм оперирует такими величинами:

Случайно созданное AU_RAND
link key Kab
Свой собственный BD_ADDR

Уязвимости и атаки

Базовая pairing атака (атака на сопряжение)

Проанализируем данные, обмен которыми идёт на протяжении процесса сопряжения:

№	От	К	Данные	Длина (бит)	Прочая информация
1	A	B	IN_RAND	128	plaintext
2	A	B	LK_RAND(A)	128	XORed with Kinit
3	B	A	LK_RAND(B)	128	XORed with Kinit
4	A	B	AU_RAND(A)	128	plaintext
5	B	A	SRES	32	plaintext
6	B	A	AU_RAND(B)	128	plaintext
7	A	B	SRES	32	plaintext

Представим ситуацию: злоумышленнику удалось прослушать эфир и во время процедуры сопряжения, он перехватил и сохранил все сообщения. Далее найти PIN можно, используя перебор.

Прежде всего необходимо составить сам алгоритм перебора. Мы располагаем перехваченными величинами IN_RAND (он нешифрованный) и BD_ADDR (напомним, что адреса устройств видны в эфире) и запускаем алгоритм E22. Ему передаем вышеперечисленные данные и наш предполагаемый PIN. В результате мы получим предполагаемое значение Kinit. Выглядит оно примерно так:

Kinit = E22[IN_RAND, BD_ADDR(B), PIN’] где PIN’ — предполагаемый нами PIN-код

Далее, сообщения 2 и 3 подвергаются XOR с только что полученным Kinit. Следовательно, следующим шагом мы получим LK_RAND(A) и LK_RAND(B) в чистом виде. Теперь мы можем высчитать предполагаемое значение Kab, для чего проделываем следующую операцию:

LK_K(A) = E21[BD_ADDR(A), LK_RAND(A)] где LK_K(A|B) — это промежуточные величины

LK_K(B) = E21[BD_ADDR(B), LK_RAND(B)]

Kab = LK_K(A) XOR LK_K(B)

Проверим PIN. Возьмем полученный Kab и перехваченный AU_RAND(A) и вычислим SRES(A).

После сравниваем полученный результат с SRES(A)’, хранящийся в сообщении номер 5:

SRES(A) = E1[AU_RAND(A), Kab, BD_ADDR(B)]

Если SRES(A) == SRES(A)’ — PIN успешно угадан. В противном случае повторяем последовательность действий заново с новой величиной PIN’.

Первым, кто заметил эту уязвимость, был англичанин Олли Вайтхауз (Ollie Whitehouse) в апреле 2004 года. Он первым предложил перехватить сообщения во время сопряжения и попытаться вычислить PIN методом перебора, используя полученную информацию. Тем не менее, метод имеет один существенный недостаток: атаку возможно провести только в случае, если удалось подслушать все аутентификационные данные. Другими словами, если злоумышленник находился вне эфира во время начала сопряжения или же упустил какую-то величину, то он не имеет возможности продолжить атаку.

Re-pairing атака (атака на пересопряжение)

Вулу и Шакеду удалось найти решение трудностей, связанных с атакой Вайтхауза. Был разработан второй тип атаки. Если процесс сопряжения уже начат и данные упущены, мы не сможем закончить атаку. Но был найден выход. Нужно заставить устройства заново инициировать процесс сопряжения (отсюда и название). Данная атака позволяет в любой момент начать вышеописанную pairing атаку.

Рассмотрим следующую ситуацию. Допустим, что устройства уже успели связаться, сохранили ключ Kab и приступили к Mutual authentication. От нас требуется заставить устройства заново начать pairing. Всего было предложено три метода атаки на пересопряжение, причём все из них зависимы от качества реализации bluetooth-ядра конкретного устройства. Ниже приведены методы в порядке убывания эффективности:

За pairing следует фаза аутентификации. Master-устройство отсылает AU_RAND и ждёт в ответ SRES. В стандарте декларирована возможность потери ключа связи. В таком случае slave посылает «LMP_not_accepted», сообщая master об утере ключа. Поэтому основная цель злоумышленника — отследить момент отправки AU_RAND master-устройством и в ответ внедрить пакет содержащий LMP_not_accepted. Реакцией master будет реинициализация процесса pairing. Причём это приведёт к аннулированию ключа связи на обоих устройствах.
Если успеть отправить IN_RAND slave-устройству непосредственно перед отправкой master-устройством величины AU_RAND, то slave будет уверен, что на стороне master утерян ключ связи. Это опять же приведёт к процессу реинициализации сопряжения, но уже инициатором будет slave.
Злоумышленник ожидает отправки master-устройством AU_RAND и отправляет в ответ случайно сгенерированный SRES. Попытка аутентификации провалена. Далее следует череда повторных попыток аутентификации(количество зависит от особенностей реализации устройств). При условии, что злоумышленник продолжает вводить master-устройство в заблуждение, вскоре (по счётчику неудачных попыток) устройствами будет принято решение о реинициализации сопряжения.^[21]

Использовав любой из этих методов, злоумышленник может приступить к базовой атаке на сопряжение. Таким образом, имея в арсенале эти две атаки, злоумышленник может беспрепятственно похитить PIN-код. Далее имея PIN-код он сможет установить соединение с любым из этих устройств. И стоит учесть, что в большинстве устройств безопасность на уровне служб, доступных через bluetooth, не обеспечивается на должном уровне. Большинство разработчиков делает ставку именно на безопасность установления сопряжения. Поэтому последствия действий злоумышленника могут быть различными: от кражи записной книжки телефона до установления исходящего вызова с телефона жертвы и использования его как прослушивающего устройства.

Эти методы описывают, как принудить устройства «забыть» link key, что само по себе ведёт к повторному pairing’у, а значит, злоумышленник может подслушать весь процесс с самого начала, перехватить все важные сообщения и подобрать PIN.

Оценка времени подбора PIN-кода

В протоколе Bluetooth активно используются алгоритмы E22, E21, E1, основанные на шифре SAFER+. Брюс Шнайер подтвердил, что уязвимость относится к критическим. Подбор PIN на практике прекрасно работает. Ниже приведены результаты полученные на Pentium IV HT на 3 ГГц:

Длина (знаков)	Время (сек)
4	0,063
5	0,75
6	7,609

Конкретные реализации вышеописанных атак могут работать с различной скоростью. Способов оптимизации множество: особые настройки компилятора, различные реализации циклов, условий и арифметических операций. Авишай Вул и Янив Шакед нашли способ сократить время перебора PIN-кода в разы.

Увеличение длины PIN-кода не является панацеей. Только сопряжение устройств в безопасном месте может частично защитить от описанных атак. Пример — bluetooth-гарнитура или автомобильный handsfree. Инициализация связи (при включении) с данными устройствами может происходить многократно в течение дня, и не всегда у пользователя есть возможность находиться при этом в защищённом месте.

Применение

Радиус работы устройств BT2 не превышает 15 метров, для BT1 до 100 м (класс А). Эти числа декларируются стандартом для прямой видимости, в реальности не стоит ожидать работу на расстоянии более 10—20 м. Такого дальнодействия недостаточно для эффективного применения атак на практике. Поэтому, ещё до детальной проработки алгоритмов атаки, на Defcon-2004 публике была представлена антенна-винтовка BlueSniper, разработанная Джонном Херингтоном (John Herington). Устройство подключается к портативному устройству — ноутбуку/КПК и имеет достаточную направленность и мощность (эффективная работа до 1,5 км).

См. также

Примечания

↑ Bluetooth traveler. www.hoovers.com. Проверено 2010-06-04/lang=en.
↑ ¹ ² About the Bluetooth SIG (англ.). Bluetooth SIG.(недоступная ссылка — история) Проверено 20 марта 2008. (недоступная ссылка — история)
↑ Jim Kardach. How Bluetooth got its name (англ.). United Business Media (3 мая 2008). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 20 марта 2008.
↑ Monson, Heidi Bluetooth Technology and Implications. SysOpt.com (14 декабря 1999). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 17 февраля 2009.
↑ About the Bluetooth SIG. Bluetooth SIG.(недоступная ссылка — история) Проверено 1 февраля 2008.(недоступная ссылка — история)
↑ Kardach, Jim How Bluetooth got its name (3 мая 2008). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 24 февраля 2009.
↑ ¹ ² ³ Вишневский и др. Широкополосные беспроводные сети передачи данных. — М.: Техносфера, 2005. — 592 с. — ISBN 5-94836-049-0
↑ Soltanian A., Van Dyck R.E. Performance of the Bluetooth system in fading dispersive channelsand interference // IEEE Global Telecommunications Conference, 2001 (GLOBECOM ’01). — С. 3499—3503.
↑ ¹ ² BLUETOOTH SIG Introduces BLUETOOTH Low Energy Wireless Technology, the Next Generation BLUETOOTH Wireless Technology (англ.). Официальный сайт.(недоступная ссылка — история) Проверено 16 января 2010.(недоступная ссылка — история)
↑ Бителева А. Технологии мультимедийного доступа. Журнал «Теле-Спутник» 8(82) (август 2002). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 15 января 2010.
↑ IEEE Std 802.15.1-2005 — IEEE Standard for Information technology — Telecommunications and information exchange between systems — Local and metropolitan area networks — Specific requirements Part 15.1: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPANs)
↑ Guy Kewney High speed Bluetooth comes a step closer: enhanced data rate approved. Newswireless.net (16 ноября 2004). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 4 февраля 2008.
↑ ¹ ² Specification Documents. Bluetooth SIG.(недоступная ссылка — история) Проверено 4 февраля 2008. (недоступная ссылка — история)
↑ HTC TyTN Specification (PDF). HTC. Проверено 4 февраля 2008.
↑ David Meyer. Bluetooth 3.0 released without ultrawideband. zdnet.co.uk (22 апреля 2009). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 22 апреля 2009.
↑ Технические характеристики iPad третьего поколения. Apple. Архивировано из первоисточника 23 июня 2012. Проверено ???.
↑ Наконец-то: по-настоящему волшебный iPad. ??? (???). Архивировано из первоисточника 23 июня 2012. Проверено ???.
↑ http://www.bluetooth.com/SiteCollectionDocuments/A2DP_SPEC_V12.pdf
↑ Prof. Avishai Wool
↑ Yaniv Shaked, Avishai Wool (2005-05-02). «Cracking the Bluetooth PIN» (School of Electrical Engineering Systems, Tel Aviv University). Проверено 2010-06-04.
↑ Все эти атаки требуют отправки нужных сообщений в нужный момент времени. Стандартные устройства, доступные в продаже, почти со 100 % вероятностью не подойдут для этих целей.

Ссылки

Bluetooth 4.2 и 5.0 — в чем разница?

Мы часто говорим, что современные беспроводные наушники должны поддерживать Bluetooth 5.0 и эта версия лучше, чем 4.2. Но чем конкретно эти версии протокола отличаются друг от друга и в чем принципиальная разница?

Главное отличие Bluetooth 5.0 от версии 4.2 — увеличенный радиус действия и скорости передачи данных. Именно эти характеристики всегда производят впечатление и легко подхватываются маркетологами.

В Bluetooth 5.0 базовая скорость передачи данных возросла до 2 Мбит/с (а это вдвое больше, чем у предшественника) и радиус действия «на бумаге» равен 200 м на открытой местности против бывших 50. В помещении Bluetooth 5.0 срабатывает на расстоянии до 40 метров, тогда как предыдущая версия — до 10 метров. Однако не забываем, что радиопомехи, стены и прочие препятствия могут существенно ослабить сигнал, так что эти цифры относительные.

Что еще улучшилось?

Вырос объем передачи данных с 31 до 255 байтов, что в конечном итоге положительно сказывается и на точности геопозиционирования.
Bluetooth 5.0 более надежно себя показывает в перегруженной среде.
Новая версия быстрее может сжимать и распаковывать информацию при ее передаче — на деле это означает, что звук и видео воспроизводятся с меньшей задержкой. чем раньше.
Пятая версия протокола менее энергозатратна — спасибо спецификации Bluetooth Low Energy, которая заработала и для аудиоустройств, и теперь передача данных “по воздуху” меньше тратит ресурс аккумулятора вашего гаджета.
В новой версии вы можете одновременно подключить к источнику два устройства — например, удобно смотреть фильм вдвоем.

Напоминаем: если вы выбираете Bluetooth 5.0, то поддерживать протокол должны ваш смартфон или другой источник и беспроводные наушники. Если один из девайсов работает только с Bluetooth 4.2, то второй тоже автоматически будет работать с этой версией.

Сейчас уже внедряется протокол 5.2 с более качественным сигналом, уменьшенным энергопотреблением, поддержкой неограниченного количества устройств и безопасного шифрованного соединения.

Источник: //zoom.cnews.ru/b/post/tehnoblog/75715

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

Стек протокола Bluetooth

Bluetooth^® Специальная группа (SIG) [1] и [2] задает стек протокола для Bluetooth низкой энергии (BLE) и технологии базовой скорости / улучшенной скорости передачи данных (BR/EDR) Bluetooth. Основные цели этих технических требований состоят в том, чтобы разработать интерактивные сервисы и приложения по совместимым радио-компонентам и протоколы передачи данных.

Этот рисунок показывает архитектуру Bluetooth-стека.

Bluetooth-устройства могут быть одним из этих двух типов:

Стек протокола BLE

Этот рисунок сравнивает стек протокола BLE с образцом модели Взаимодействия открытых систем (OSI).

На предыдущем рисунке стек протокола BLE показывают наряду с образцом модели OSI.

Существует взаимно-однозначное отображение на физическом уровне (PHY)
Слой канала передачи данных (DLL) OSI сопоставляет с протоколом (L2CAP) управления и адаптации логической ссылки BLE и слоем ссылки (LL)
В стеке BLE более высокие слои предоставляют услуги прикладного уровня, роли устройства и режимы, управление связью и протокол системы защиты

Функциональность стека протокола BLE разделена между тремя основными слоями: Контроллер, Хост, и Профили приложений и Сервисы.

Контроллер

Слой контроллера включает BLE PHY, LL и интерфейс хост-контроллера (HCI) стороны контроллера.

BLE PHY. Воздушный интерфейс BLE PHY действует в том же нелицензированном Промышленнике на 2,4 ГГц, Научном, и Медицинском (ISM) диапазон частот как Wi-Fi^®. Воздушный интерфейс BLE PHY также включает эти характеристики:

Операционная радиочастота (RF) находится в области значений от 2,4000 ГГц до 2,4835 ГГц, включительно.
Полоса пропускания канала составляет 2 МГц. Операционная полоса разделена на 40 каналов, k = 0, …, 39. Центральная частота k th канал 2402 + k × 2 МГц.
- Пользовательские пакеты данных передаются с помощью каналов в области значений [0, 36].
- Рекламные пакеты данных передаются в каналах 37, 38, и 39.
Схема модуляции гауссова shift-keying частоты (GFSK) реализована.
БЛ ФИ использует скачкообразно перемещающий частоту спектр распространения (FHSS), чтобы уменьшать интерференцию и противостоять удару исчезающих каналов. Время между транзитными участками частоты может варьироваться от 7,5 мс до 4 с и установлено во время соединения для каждого ведомого устройства.
Поддержка пропускной способности на уровне 1 Мбит/с обязательна для версии 4.x спецификации совместимые устройства. На скорости передачи данных 1 Мбит/с не закодирована передача.
Опционально, устройства, совместимые с версией 5.1 Спецификации Ядра Bluetooth, поддерживают эти дополнительные скорости передачи данных:
- Закодированная передача при битрейтах 500 Кбит/с или 125 Кбит/с
- Незакодированная передача на небольшом уровне 2 Мбит/с

LL. LL выполняет задачи, похожие на слой среднего управления доступом (MAC) модели OSI. В Bluetooth LL взаимодействует через интерфейс непосредственно с BLE PHY и управляет состоянием ссылки радио, чтобы задать роль устройства как ведущее устройство, ведомое устройство, рекламодатель, или, сканер.

HCI стороны контроллера. HCI на стороне контроллера обрабатывает интерфейс между хостом и контроллером. HCI задает набор команд и событий для передачи и приема пакетных данных. При получении пакетов от диспетчера HCI извлекает необработанные данные в контроллере, чтобы отправить к хосту.

Хост

Хост включает HCI стороны хоста, L2CAP, протокол атрибута (ATT), типовой профиль атрибута (GATT), протокол менеджера безопасности (SMP) и типовой профиль доступа (GAP).

HCI стороны хоста. HCI на стороне хоста обрабатывает интерфейс между хостом и контроллером. HCI задает набор команд и событий для передачи и приема пакетных данных. При передаче данных HCI переводит необработанные данные в пакеты, чтобы отправить их с хоста на контроллер.

L2CAP. L2CAP инкапсулирует данные из BLE более высокие слои в стандартный формат пакета BLE для передачи или извлекает данные из стандартного пакета BLE LL на приеме согласно настройке ссылки, заданной на слоях ATT и SMP.

ATT. ATT передает данные об атрибуте между клиентами и серверами в основанных на GATT профилях. ATT задает роли клиент-серверной архитектуры. Роли обычно соответствуют ведущему устройству и ведомому устройству, как задано в слое ссылки. В общем случае устройство могло быть клиентом, сервером или обоими, независимо от того, является ли это ведущим устройством или ведомым устройством. ATT также выполняет организацию данных в атрибуты как показано в этом рисунке.

Атрибуты устройств представлены как:

Указатель атрибута является 16-битным значением идентификатора, присвоенным сервером позволять клиенту сослаться на те атрибуты.
Тип атрибута является универсально уникальным идентификатором (UUID), заданный SIG Bluetooth. Например, UUID 0x2A37 представляет измерение сердечного ритма.
Значение атрибута является полем переменной длины. UUID, сопоставленные с и сервисный класс служебной книжки, содержащей значение атрибута, определите длину поля значения атрибута.
Полномочия атрибута являются наборами значений разрешения, сопоставленных с каждым атрибутом. Эти полномочия задают чтение и привилегии записи для атрибута и уровень безопасности, требуемый для разрешения записи и чтения.

GATT GATT служит ссылочной основой для всех основанных на GATT профилей. GATT инкапсулирует ATT и ответственен за координирование обмена профилями в ссылке BLE. Профили включают информацию и данные, такие как присвоение указателя, UUID и набор полномочий.

Для устройств, которые реализуют профиль GATT,

client является устройством, которое инициирует команды и запросы к серверу. Клиент может получить ответы, признаки и уведомления.
server является устройством, которое принимает входящие команды и запрашивает от клиента. Сервер отправляет ответы, признаки и уведомления клиенту.

GATT использует клиент-серверную архитектуру. Роли не фиксируются и определяются, когда устройство инициирует заданную процедуру. Роли выпущены, когда процедура заканчивается.

Терминология, используемая в GATT, включает:

Service — Набор данных и сопоставленных поведений раньше выполнял конкретную функцию или функцию
Characteristic — Значение используется в сервисе наряду с соответствующими полномочиями
Characteristic descriptor — Описание связанного характеристического поведения
GATT-Client — Клиент GATT инициирует команды и запросы к серверу и может получить ответы, признаки и уведомления, отправленные сервером
GATT-Server — Сервер GATT принимает входящие команды и запрашивает от клиента и отправляет ответы, признаки и уведомления клиенту

SMP. SMP применяет алгоритмы безопасности, чтобы зашифровать и дешифровать пакеты данных. Этот слой задает инициатора и респондента, соответствуя ведущему устройству и ведомому устройству, когда-то связь устанавливается.

GAP. GAP задает роли, режимы и процедуры устройства. Это также справляется с установлением связи и безопасностью. GAP взаимодействует через интерфейс непосредственно со слоем Application Profiles и Services (App).

Слой APP

Слой App является прямыми профилями определения пользовательского интерфейса, которые предоставляют функциональную совместимость между различными приложениями. Спецификация ядра Bluetooth позволяет поставщикам задать собственные профили для вариантов использования, не заданных профилями SIG.

Примечание

Для получения дополнительной информации об архитектуре стека протоколов BLE, смотрите, что объем 3, Часть C, разделяет 2 и 2.1 из Спецификации [1] Ядра Bluetooth.

Bluetooth Стек Протокола BR/EDR

Этот рисунок сравнивает блок-схему стека протокола BR/EDR Bluetooth и с образцом модели OSI.

Отображение стека BR/EDR к образцу модели OSI как показано ниже:

Слои BR/EDR Radio и Baseband и Link Control стека Bluetooth BR/EDR сопоставляют со слоем OSI PHY.
Менеджер по ссылке протокол (LMP), L2CAP, Заменяющий Протокол Кабеля (RFCOMM) и слои PPP стека Bluetooth BR/EDR сопоставляют со слоем канала передачи данных OSI.
Пользовательский дейтаграммный протокол (UDP), протокол управления передачей (TCP) и слои интернет-протокола (IP) стека Bluetooth BR/EDR сопоставляют с объединенные, сетевые, транспортные и сеансовые уровни образца модели OSI.
Существует взаимно-однозначное отображение на прикладном уровне.

Протоколы ядра

Протоколы ядра Bluetooth и радио Bluetooth требуются большинством bluetooth-устройств. Протоколы ядра включают эти слои.

Радио BR/EDR. Радио BR/EDR является самым низким заданным слоем спецификации Bluetooth. Режим BR обязателен, тогда как режим EDR является дополнительным. Этот слой задает требования устройства приемопередатчика Bluetooth, действующего в диапазоне частот ISM на 2,4 ГГц. Это реализует 1600 транзитные участки/секунда метод FHSS. Радио скачкообразно двигается псевдослучайным способом на 79 обозначенных каналах Bluetooth. Каждый канал Bluetooth имеет полосу пропускания 1 МГц. Каждая частота расположена в (2402 + k) МГц, где k = 0,1… 78. Метод модуляции для режима BR и EDR является GFSK и дифференциальным манипулированием сдвига фазы (DPSK), соответственно. Скорость в бодах является 1 Msymbols/s. Радио BR/EDR Bluetooth использует топологию дуплекса деления времени (TDD), в которой передача данных происходит в одном направлении одновременно. Передача чередуется в двух направлениях, один за другим.

Основная полоса и Управление Ссылкой. Слой управления основной полосой и ссылкой включает ссылку RF PHY между различными bluetooth-устройствами, формируя piconet. Основная полоса обрабатывает обработку канала и синхронизацию, и управление ссылкой обрабатывает управление доступом к каналу. Этот слой обеспечивает эти два различных типов ссылок RF PHY с их соответствующими основополосными пакетами:

Синхронный с установлением соединения (SCO) – Поддержки аудиотрафик в реальном времени
Асинхронный с установлением соединения (ACL) – пакетная передача данных о Поддержках

Менеджер по ссылке протокол (LMP). Слой LMP, в основном, ответственен за настройку ссылки и настройку ссылки между различными bluetooth-устройствами. Эти процессы включают функции защиты установления, такие как аутентификация и шифрование путем генерации, обмениваясь и проверяя ссылку и ключи шифрования. Кроме того, этот слой управляет режимами степени и рабочими циклами устройства радио Bluetooth и состояниями связи модуля Bluetooth в piconet.

L2CAP. L2CAP адаптирует протоколы более высокого слоя по основной полосе. Это экранирует протоколы более высокого слоя от деталей протоколов нижнего уровня. L2CAP предоставляет услуги без установления соединения и с установлением соединения протоколам более высокого слоя. Это включает протокол, мультиплексирующий возможность, сегментацию и операции повторной сборки и абстракции группы.

SDP. Услуги по открытию являются важным аспектом среды Bluetooth. Сервисный протокол открытия (SDP) обеспечивает средние значения для приложений, чтобы запросить сервисы и характеристики сервисов, после которых связь может быть установлена между двумя или больше bluetooth-устройствами. SDP очень отличается от сервисного открытия в традиционных основанных на сети средах. SDP создается сверху L2CAP.

Заменяющий протокол кабеля

Заменяющий протокол кабеля в стеке Bluetooth BR/EDR использует RFCOMM, чтобы обеспечить эмуляцию последовательных портов по L2CAP. RFCOMM эмулирует управление RS-232 и сигналы данных по основной полосе Bluetooth и предусматривает транспортные возможности для сервисов более высокого слоя, которые используют последовательный интерфейс в качестве транспортного механизма. RFCOMM также обеспечивает несколько одновременных связей с одним устройством и включает связи с несколькими устройствами.

Протоколы управления телефонией

Спецификация протокола управления телефонией, двоичный файл (двоичный файл TCS), задает управление соединением, сигнализирующее, чтобы установить данные и голосовые вызовы между bluetooth-устройствами. Это создается сверху L2CAP. Кроме того, двоичный файл TCS задает процедуры управления мобильности по обработке bluetooth-устройств.

Принятые протоколы

В дополнение к протоколам ядра стек Bluetooth BR/EDR включает протоколы, принятые от других стандартных тел. Эти принятые протоколы заданы в технических требованиях, выпущенных другими делающими стандарт организациями, и включены в среду Bluetooth.

PPP. Протоколом “точка-точка” (PPP) является Инженерная группа по развитию интернета (IETF) [3] стандартный протокол для переноса дейтаграмм IP по магистральной линии. PPP работает на основе RFCOMM, чтобы понять двухточечные соединения.

TCP, UDP и IP. Эти слои являются IETF-заданными протоколами основы набора протоколов TCP/IP.

TCP – Этот протокол обеспечивает надежную виртуальную связь между устройствами, чтобы понять передачу данных. TCP обрабатывает данные как поток байтов и передает их без любых ошибок или дублирования.
UDP – Этот протокол является альтернативой TCP и обеспечивает ненадежную дейтаграммную связь между устройствами. Как нет никакой сквозной связи в UDP, данные являются переданной ссылкой ссылкой без любой гарантии сервиса.
IP – Этот слой является протоколом слоя сети, который включает дейтаграммный сервис между устройствами, поддерживая и TCP и UDP.

Использование TCP, UDP и IP в стеке Bluetooth BR/EDR включает связь с любым другим устройством, соединенным к Интернету.

OBEX. Объектный обмен (OBEX) протокол является протоколом сеансового уровня, разработанным Инфракрасной Ассоциацией Данных (IrDA), чтобы обмениваться объектами. Протокол OBEX обеспечивает функциональность, похожую на тот из HTTP, но более простым способом. HTTP является протоколом прикладного уровня и разделенный на уровни выше TCP/IP. Протокол OBEX предоставляет клиенту надежный транспорт для соединения с сервером. Это также предоставляет модель для представления объектов и операций.

WAE и WAP. Стек Bluetooth BR/EDR включает среду приложений беспроводной связи (WAE) и протокол приложения беспроводной связи (WAP) в его архитектуру. Преимущества использования функций WAE/WAP в Bluetooth-стеке:

Создайте шлюзы приложений, которые действуют как интерфейс между серверами WAP и некоторым другим приложением на PC
Обеспечьте функции, такие как дистанционное управление и выборка данных с PC на телефон Bluetooth
Снова используйте верхнее программное обеспечение, разработанное для среды приложения WAP

Профили приложений и сервисы

Для получения дополнительной информации отошлите Слой APP.

Альтернативный MAC/PHY

Альтернативный MAC/PHY (AMP) менеджер является вторичным контроллером в системе ядра Bluetooth. После того, как связь L2CAP устанавливается между двумя устройствами по радио BR/EDR, менеджер по AMP может обнаружить УСИЛИТЕЛИ, которые доступны на другом устройстве. Если AMP распространен между двумя устройствами, система ядра Bluetooth обеспечивает механизмы для движущегося потока данных от диспетчера BR/EDR контроллеру AMP.

Каждый менеджер по AMP состоит из уровня адаптации протокола (PAL) сверху MAC и PHY. PAL сопоставляет протоколы Bluetooth с определенными протоколами базового MAC и PHY.

Каналы L2CAP могут быть созданы на или перемещены в, AMP. Если AMP, физическая ссылка имеет тайм-аут контроля ссылкой, то каналы L2CAP могут попятиться к радио BR/EDR. Чтобы минимизировать потребление энергии в устройстве, УСИЛИТЕЛИ включены или отключены как требуется.

HCI

HCI обеспечивает интерфейс команды к радио BR/EDR, основополосному диспетчеру и менеджеру по ссылке. Это – один стандартный интерфейс для доступа к основополосным возможностям Bluetooth, состоянию оборудования и регистрам управления.

Примечание

Для получения дополнительной информации об архитектуре стека протоколов BR/EDR Bluetooth, смотрите, что объем 1, Часть A, разделяет 2 и 2.1 из Спецификации [1] Ядра Bluetooth.

Nordic nRF51822 Bluetooth smart

Микросхема nRF51822 от компании Nordic Semiconductor – это решение “система на кристалле”, включающее 2.4 ГГц RF-трансивер и микроконтроллер с ядром Cortex-M0. Комбинированное решение позволяет реализовать готовое устройство практически на одном чипе, используя минимум необходимых компонентов.

Радиоблок на диапазон 2.4 ГГц реализует физический уровень стека протоколов Bluetooth Smart, и позволяет при необходимости реализовать другие протоколы обмена: как предлагаемые Nordic Semiconductor ANT, Gazell, ESB, так и частные решения заказчика. Более того, при необходимости устройство на базе nRF51822 может поддерживать несколько протоколов связи одновременно (например, можно поддерживать Bluetooth Smart и частный протокол). Это достигается благодаря тому, что протокольная часть стека Bluetooth реализована программно в виде библиотеки Nordic SoftDevice и выполняется 32-битным микроконтроллерым ядром Cortex-M0. Для Bluetooth Smart поддерживаются библиотеки SoftDevice S110 (Peripheral), S120 (Central, до 8 одновременных соединений), S130 (Central + Peripheral multilink).

Основные возможности и преимущества микросхемы nRF51822:

радиоблок 2.4 ГГц, совместимый с nRF24L01
микроконтроллерное ядро ARM Cortex-M0
до 256 КБ встроенной флеш-памяти и до 32 КБ ОЗУ
встроенные периферийные модули SPI, UART, I2C (TWI), 3xTimer, RTC, 10 бит АЦП и компаратор, термодатчик, 31 GPIO
блок PPI позволяет назначить выводы периферийных модулей на любые GPIO
корпус QFN 6х6 мм либо WLCSP 3.5×3.8 мм
напряжение питания 1.8 – 3.6 В (internal LDO mode) либо 2.1 – 3.6 В (internal DC/DC mode)
низкое энергопотребление.

Детальное описание возможностей чипа на сайте производителя (eng)

Наиболее популярные варианты микросхем nRF51822 и отладочных средств перечислены в таблице ниже.

Обозначение	Описание
NRF51822-QFAA-H0	256K Flash, 16K RAM, QFN 48-pin 6x6mm, Rev.3.
NRF51822-QFAB -C0	128K Flash, 16K RAM, QFN 48-pin 6x6mm, Rev.3.
NRF51822-QFAC-A0	256K Flash, 32K RAM, QFN 48-pin 6x6mm, Rev.3.
NRF51822-CEAA-E0	256K Flash, 16K RAM, WLCSP 62-pin 3.5×3.8mm, Rev.3.
NRF51822-CDAB-A0	128K Flash, 16K RAM, WLCSP 56-pin 3.5×3.3mm, Rev.3.
NRF51822-CFAC-A0	256K Flash, 32K RAM, WLCSP 62-pin 3.8×3.8mm, Rev.3.
NRF51822-BEACON	Отладочный набор iBeacon Цена: 39 у.е. *
NRF51-DK	Отладочная плата nRF51822/422 встроенный эмулятор Segger j-link выведены все GPIO nRF51822, 4 светодиода и 4 кнопки совместима с Arduino UNO разъем microUSB может использоваться как программатор для nRF51822 при разработке и производстве Цена: 99 у.е. *
NRF51-DONGLE	Отладочная плата nRF51822/422 встроенный эмулятор Segger j-link выведено 6 портов GPIO nRF51822, 3-цветный светодиод формат USB-dongle Цена: 69 у.е. *

Компоненты, используемые совместно с nRF51822:

Обозначение	Описание
BALF-NRF01D3	BALUN для nRF51822 в корпусе QFN 6×6 мм
BAL-NRF02D3	BALUN для nRF51822 в корпусе WLCSP
UXC-S3225-16M-NRF	Кварцевый резонатор 16 МГц SMD 3.2 x 2.5 мм
UXC-S3215-32K-NRF	Кварцевый резонатор 32.768 кГц SMD 3.2 x 1.5 мм
MLZ1608M100WT000	Индуктивность 10 мкГн типоразмера 0603 производства TDK, одобренная Nordic Semiconductor к применению с nRF51822
Johanson S402TS	Набор ВЧ-конденсаторов Johason 0402 для прототипирования
Johanson L402W	Набор ВЧ-индуктивностей Johason 0402 для прототипирования
Cirocomm DCAK0012	Керамическая чип-антенна 2.4 ГГц размером 3х1.6 мм
Cirocomm PCAK0000-14	Керамическая чип-антенна 2.4 ГГц размером 5х2 мм

Другие варианты антенн 2.4 ГГц в нашем каталоге

* Цены указаны в долларах по курсу ЦБ РФ на день оплаты.

Для заказа и уточнения деталей поставки обратитесь к нам.

Основы Bluetooth – learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 38

Что такое Bluetooth?

Bluetooth – это стандартизированный протокол для отправки и получения данных по беспроводной связи 2,4 ГГц. Это безопасный протокол, который идеально подходит для маломощной и недорогой беспроводной передачи данных между электронными устройствами на короткие расстояния.

В наши дни кажется, что – все, что касается , беспроводное, и Bluetooth – большая часть этой беспроводной революции.Вы найдете Bluetooth, встроенным в самые разные потребительские товары, такие как гарнитуры, игровые контроллеры или (конечно) трекеры домашнего скота.

В нашем мире взлома встроенной электроники Bluetooth служит отличным протоколом для беспроводной передачи относительно небольших объемов данных на короткие расстояния (<100 м). Он идеально подходит в качестве беспроводной замены интерфейсов последовательной связи. Или вы можете использовать его для создания компьютерной клавиатуры DIY HID. Или, с правильным модулем, его можно использовать для создания домашнего беспроводного динамика для воспроизведения MP3.

Цель данного руководства – дать краткий обзор протокола Bluetooth. Мы рассмотрим спецификации и профили, составляющие его основу, и рассмотрим, как Bluetooth сравнивается с другими беспроводными протоколами.

Хотите попробовать свои силы в разработке Bluetooth?

Мы вас прикрыли!

SparkFun Bluetooth Mate Серебристый

В отставке WRL-12576

Bluetooth Mate очень похож на наш модем BlueSMiRF, но он разработан специально для использования с нашими [Arduino Pros]…

13 На пенсии

Как работает Bluetooth

Протокол Bluetooth работает на частоте 2,4 ГГц в той же нелицензированной полосе частот ISM, где также существуют протоколы RF, такие как ZigBee и WiFi. Существует стандартизированный набор правил и спецификаций, который отличает его от других протоколов.Если у вас есть несколько часов, чтобы убить, и вы хотите изучить каждый уголок Bluetooth, ознакомьтесь с опубликованными спецификациями, иначе вот краткий обзор того, что делает Bluetooth особенным.

Мастера, рабы и пикосети

Сети

Bluetooth (обычно называемые пикосетями ) используют модель ведущий / ведомый для управления, когда и где устройства могут отправлять данные. В этой модели к одному ведущему устройству можно подключить до семи различных ведомых устройств. Любое ведомое устройство в пикосети может быть подключено только к одному ведущему устройству.

Примеры топологий пикосети Bluetooth “ведущий / ведомый”.

Мастер координирует обмен данными по всей пикосети. Он может отправлять данные любому из своих ведомых устройств, а также запрашивать данные у них. Рабам разрешено только передавать и получать от своего хозяина. Они не могут разговаривать с другими рабами в пикосети.

Адреса и имена Bluetooth

Каждое устройство Bluetooth имеет уникальный 48-битный адрес, обычно обозначаемый как BD_ADDR.Обычно это представляется в виде 12-значного шестнадцатеричного значения. Старшая половина (24 бита) адреса – это уникальный идентификатор организации (OUI), который идентифицирует производителя. Младшие 24 бита являются наиболее уникальной частью адреса.

Этот адрес должен быть виден на большинстве устройств Bluetooth. Например, на этом модуле Bluetooth RN-42 адрес, напечатанный рядом с “MAC NO.” это 000666422152:

Часть этого адреса «000666» – это OUI компании Roving Networks, производителя модуля.Каждый модуль RN будет использовать эти старшие 24 бита. Часть модуля «422152» – это более уникальный идентификатор устройства.

Устройствам

Bluetooth также можно давать понятные имена. Обычно они предоставляются пользователю вместо адреса, чтобы помочь определить, какое это устройство.

Правила для имен устройств менее строгие. Они могут иметь длину до 248 байт, и два устройства могут иметь одно и то же имя. Иногда уникальные цифры адреса могут быть включены в имя, чтобы помочь различать устройства.

Процесс подключения

Создание Bluetooth-соединения между двумя устройствами – это многоэтапный процесс, включающий три прогрессивных состояния:

Запрос – Если два устройства Bluetooth абсолютно ничего не знают друг о друге, одно должно выполнить запрос, чтобы попытаться обнаружить другое. Одно устройство отправляет запрос-запрос, и любое устройство, которое прослушивает такой запрос, ответит своим адресом, и, возможно, своим именем и другой информацией.
Пейджинг (соединение) – Пейджинг – это процесс установления соединения между двумя устройствами Bluetooth. Прежде чем это соединение может быть инициировано, каждое устройство должно знать адрес другого (найденный в процессе запроса).
Соединение – После того, как устройство завершило процесс подкачки, оно переходит в состояние соединения. При подключении устройство может либо активно участвовать, либо переводиться в спящий режим с низким энергопотреблением.
- Активный режим – это обычный режим подключения, при котором устройство активно передает или принимает данные.
- Sniff Mode – это энергосберегающий режим, при котором устройство менее активно. Он будет спать и слушать передачи только с заданным интервалом (например, каждые 100 мс).
- Режим удержания – Режим удержания – это временный энергосберегающий режим, при котором устройство находится в спящем режиме в течение определенного периода, а затем возвращается в активный режим по истечении этого интервала. Мастер может дать команду подчиненному устройству удерживать.
- Режим парковки – Режим парковки – самый глубокий из спящих режимов.Мастер может приказать подчиненному «припарковаться», и этот подчиненный станет неактивным, пока мастер не скажет ему снова проснуться.

Склеивание и сопряжение

Когда два устройства Bluetooth имеют особую близость друг к другу, их можно связать вместе. Связанные устройства автоматически устанавливают соединение , когда они достаточно близко. Например, когда я завожу машину, телефон в моем кармане сразу подключается к автомобильной системе Bluetooth, потому что они связаны между собой.Никакого взаимодействия с пользовательским интерфейсом не требуется!

Облигации создаются посредством единовременного процесса, называемого спариванием . Когда устройства объединяются в пары, они делятся своими адресами, именами и профилями и обычно сохраняют их в памяти. У них также есть общий секретный ключ, который позволяет им связываться, когда они вместе в будущем.

Сопряжение обычно требует процесса аутентификации , когда пользователь должен подтвердить соединение между устройствами. Последовательность процесса аутентификации варьируется и обычно зависит от возможностей интерфейса того или иного устройства.Иногда создание пары – это простая операция «Просто работает», когда для сопряжения достаточно одного нажатия кнопки (это типично для устройств без пользовательского интерфейса, таких как гарнитуры). В других случаях спаривание включает сопоставление 6-значных цифровых кодов. Более старые, устаревшие (v2.0 и более ранние) процессы сопряжения включают ввод общего PIN-кода на каждом устройстве. ПИН-код может иметь длину и сложность от четырех цифр (например, «0000» или «1234») до 16-значной буквенно-цифровой строки.

Класс мощности

Мощность передачи и, следовательно, диапазон , модуля Bluetooth определяется его классом мощности.Есть три определенных класса мощности:

Номер класса	Макс. Выходная мощность (дБм)	Макс. Выходная мощность (мВт)	Макс.диапазон
Класс 1	20 дБм	100 мВт	100 м
Класс	4 дБм	2,5 мВт	10 м
Класс 3	0 дБм	1 мВт	10 см

Некоторые модули могут работать только в одном классе мощности, а другие могут варьироваться Мощность передачи.

Профили Bluetooth

Профили

Bluetooth – это дополнительные протоколы, основанные на базовом стандарте Bluetooth, чтобы более четко определить, какие данные передает модуль Bluetooth. В то время как спецификации Bluetooth определяют, как работает технология , профили определяют, как использует .

Профили, поддерживаемые устройством Bluetooth, определяют, для какого приложения оно предназначено. Например, гарнитура Bluetooth с функцией громкой связи будет использовать профиль гарнитуры (HSP), а контроллер Nintendo Wii будет реализовывать профиль устройства интерфейса пользователя (HID).Чтобы два устройства Bluetooth были совместимы, они должны поддерживать одинаковые профили .

Давайте взглянем на несколько наиболее часто встречающихся профилей Bluetooth.

Профиль последовательного порта (SPP)

Если вы заменяете интерфейс последовательной связи (например, RS-232 или UART) на Bluetooth, SPP – это ваш профиль. SPP отлично подходит для отправки пакетов данных между двумя устройствами. Это один из наиболее фундаментальных профилей Bluetooth (в конце концов, первоначальной целью Bluetooth была замена кабелей RS-232).

Используя SPP, каждое подключенное устройство может отправлять и получать данные, как если бы между ними были подключены линии RX и TX. Например, два Arduinos могут разговаривать друг с другом из разных комнат, а не через стол.

Устройство интерфейса человека (HID)

HID – это профиль для устройств пользовательского ввода с поддержкой Bluetooth, таких как мыши, клавиатуры и джойстики. Он также используется для многих современных контроллеров видеоигр, таких как контроллеры WiiMotes или PS3.

Пример интерфейса HID из Руководства пользователя RN-42-HID. Профиль HID

Bluetooth на самом деле является риффом профиля HID, уже определенного для USB-устройств с человеческим вводом. Подобно тому, как SPP служит заменой кабелям RS-232, HID стремится заменить кабели USB (что гораздо сложнее!).

Профиль громкой связи (HFP) и профиль гарнитуры (HSP)

Эти наушники с Bluetooth, которые делают важных деловых людей похожими на говорящих чокнутых? Обычно они используют профиль гарнитуры (HSP) или профиль громкой связи (HFP).

HFP используется в аудиосистемах громкой связи, встроенных в автомобили. Он реализует несколько функций помимо HSP, позволяющих выполнять обычные телефонные взаимодействия (прием / отклонение вызовов, отключение и т. Д.), Пока телефон остается в вашем кармане.

Расширенный профиль распространения звука (A2DP)

Расширенный профиль распространения звука (A2DP) определяет, как звук может передаваться с одного устройства Bluetooth на другое. Если HFP и HSP отправляют звук на оба устройства и обратно, A2DP – это улица с односторонним движением, но качество звука может быть на намного выше, чем на .A2DP хорошо подходит для беспроводной передачи звука между MP3-плеером и стереосистемой с поддержкой Bluetooth.

Пример конфигурации A2DP. Изображение из спецификации A2DP (v1.3).

Большинство модулей A2DP поддерживают ограниченный набор аудиокодеков. По крайней мере, они будут поддерживать SBC (кодек поддиапазонов), они также могут поддерживать MPEG-1, MPEG-2, AAC и ATRAC.

Профиль дистанционного управления аудио / видео (AVRCP)

Профиль дистанционного управления аудио / видео (AVRCP) позволяет удаленно управлять устройством Bluetooth.Обычно он реализуется вместе с A2DP, чтобы удаленный динамик мог указать устройству передачи звука перемотку вперед, назад и т. Д.

Дистанционное управление и аудиопоток между двумя устройствами. Изображение из спецификации AVRCP (v1.5).

Общие версии

Bluetooth постоянно развивается с момента его появления в 1994 году. Последнее обновление Bluetooth, Bluetooth v4.0, только начинает набирать обороты в индустрии бытовой электроники, но некоторые из предыдущих версий все еще широко используются.Вот краткое изложение наиболее часто встречающихся версий Bluetooth:

Bluetooth версии 1.2

Релизы v1.x заложили основу для протоколов и спецификаций, которые будут использоваться в будущих версиях. Bluetooth v1.2 был последней и наиболее стабильной версией 1.x.

Эти модули довольно ограничены по сравнению с более поздними версиями. Они поддерживают скорость передачи данных до 1 Мбит / с (на практике больше 0,7 Мбит / с) и максимальную дальность действия 10 метров.

Bluetooth v2.1 + EDR

2.x версии Bluetooth представили с увеличенной скоростью передачи данных (EDR) , что увеличило потенциальную скорость передачи данных до 3 Мбит / с (на практике ближе к 2,1 Мбит / с). Bluetooth v2.1, выпущенный в 2007 году, представил Secure Simple Pairing (SSP) , который полностью изменил процесс сопряжения.

Модули

Bluetooth v2.1 по-прежнему очень распространены. Для низкоскоростных микроконтроллеров, где 2 Мбит / с по-прежнему , быстрый , v2.1 дает им практически все, что им может понадобиться. Например, модуль Bluetooth RN-42 остается популярным в таких продуктах, как Bluetooth Mate и BlueSMiRF HID.

Bluetooth версии 3.0 + HS

Вы думали, что 3 Мбит / с – это быстро? Умножьте это на восемь, и вы получите оптимальную скорость Bluetooth v3.0 – 24 Мбит / с. Однако эта скорость может быть немного обманчива, потому что данные фактически передаются через соединение WiFi (802.11). Bluetooth используется только для установки и управления подключением.

Может быть сложно установить максимальную скорость передачи данных устройства v3.0. Некоторые устройства могут быть «Bluetooth v3.0 + HS», а другие могут иметь маркировку «Bluetooth v3.0 “. Только устройства с суффиксом” + HS “способны маршрутизировать данные через Wi-Fi и достигать скорости 24 Мбит / с. Устройства Bluetooth v3.0 по-прежнему ограничены до 3 Мбит / с, но они поддерживают другие функции. введены стандартом 3.0, например, улучшенное управление питанием и режим потоковой передачи.

Bluetooth v4.0 и Bluetooth с низким энергопотреблением

Bluetooth 4.0 разделил спецификацию Bluetooth на три категории: классический, высокоскоростной и энергосберегающий. Классический и высокоскоростной обратный вызов к версиям Bluetooth v2.1 + EDR и v3.0 + HS соответственно. Настоящее отличие Bluetooth v4.0 – это Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) .

BLE – это радикальная переработка спецификаций Bluetooth, направленная на приложения с очень низким энергопотреблением. Он жертвует дальностью действия (50 м вместо 100 м) и пропускной способностью данных (0,27 Мбит / с вместо 0,7–2,1 Мбит / с) ради значительной экономии энергопотребления. BLE предназначен для периферийных устройств, которые работают от батарей и не требуют высокой скорости передачи данных или постоянной передачи данных. Умные часы, такие как MetaWatch, являются хорошим примером этого приложения.

Сравнение беспроводных сетей

Bluetooth – далеко не единственный беспроводной протокол. Возможно, вы читаете это руководство через сеть Wi-Fi. Или, может быть, вы даже играли с ZigBees или XBees. Так что же отличает Bluetooth от остальных протоколов беспроводной передачи данных?

Давайте сравним и сопоставим. Мы включим BLE как отдельный объект от Classic Bluetooth.

Имя	Bluetooth Classic	Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE)	ZigBee	WiFi
Стандарт IEEE	802.15.1	802.15.1	802.15.4	802.11 (a, b, g, n)
Частота (ГГц)	2,4	2,4	0,868, 0,915, 2,4	2,4 и 5
Максимальная необработанная скорость передачи данных (Мбит / с)	1-3	1	0,250	11 (b), 54 (g), 600 (n)
Типичная пропускная способность данных (Мбит / с)	0.7-2,1	0,27	0,2	7 (b), 25 (g), 150 (n)
Максимальный диапазон (вне помещения) (метры)	10 (класс 2), 100 (класс 1)	50	10-100	100-250
Относительное энергопотребление	Среднее	Очень низкое	Очень низкое	Высокое
Пример срока службы батареи	дней	Месяцев до лет	От месяцев до лет	Размер сети	часов	часов 901	7	Не определено	64,000+	255

Bluetooth – не лучший выбор для любой беспроводной работы, но он отлично подходит для приложений типа с заменой кабеля на короткие расстояния .Он также может похвастаться более удобным процессом подключения, чем его конкуренты (в частности, ZigBee).

ZigBee часто является хорошим выбором для мониторинга сетей, например для проектов домашней автоматизации. В этих сетях могут быть десятки беспроводных узлов, которые малоактивны и никогда не должны отправлять много данных.

BLE сочетает в себе удобство классического Bluetooth и значительно снижает энергопотребление. Таким образом, он может конкурировать с Zigbee по времени автономной работы.BLE не может конкурировать с ZigBee с точки зрения размера сети, но для подключения одного устройства к устройству он очень сопоставим.

WiFi, вероятно, самый знакомый из этих четырех беспроводных протоколов. Все мы хорошо знаем, для чего это лучше всего: Интернет (!). Он быстрый и гибкий, но при этом требует много энергии. Что касается широкополосного доступа в Интернет, то другие протоколы не имеют себе равных.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы знакомы с концепциями Bluetooth, рассмотрите возможность ознакомления с некоторыми из этих связанных руководств:

Руководство по подключению RN-52 – RN-52 – это аудиомодуль Bluetooth, который поддерживает все виды изящных профилей, о которых мы говорили в этом руководстве: HSP / HFP, A2DP, AVRCP и SPP.Посмотрите этот модуль, если вы хотите добавить в свой проект беспроводное аудио.
Руководство по подключению BlueSMiRF – BlueSMiRF, использующий модуль Bluetooth RN-42, прост в использовании и поддерживает профиль SPP. Если вы хотите заменить последовательный кабель, проверьте этот модуль.
MetaWatch Teardown and Hookup Guide – MetaWatch – это «умные часы», которые используют Bluetooth для связи и получения уведомлений со смартфона. Посмотрите на внутренности этих часов, чтобы увидеть, где подходит модуль Bluetooth.Или следуйте инструкциям, чтобы управлять часами с помощью модуля Bluetooth, подключенного к Arduino.

Или, если вам надоел Bluetooth, но вы все еще хотите заняться чем-то беспроводным:

ATmega128RFA1 Dev Board Hookup Guide – ATmega128RFA1 оснащен радиочастотным модулем, который работает по тем же стандартам, что и ZigBee (802.11.4). Если вы хотите разобраться в мелочах и проблемах радиочастотной связи, обратите внимание на эту плату.

Руководство по подключению Electric Imp
– Electric Imp делает подключение к Wi-Fi невероятно простым.Следуйте инструкциям по этому руководству, и у вас будет встроенный модуль, способный взаимодействовать с веб-страницами!

Вот еще несколько замечательных статей, если вы хотите узнать больше о Bluetooth:

* Спецификации Bluetooth.org – Тысячи страниц, охватывающих спецификации каждой версии и профиля Bluetooth, известных человечеству. * Althos Bluetooth Tutorial – это хорошо сделанный учебник для начинающих, представленный в виде слайдов.

Или ознакомьтесь с некоторыми из этих сообщений в блоге, чтобы найти идеи:

Стандарт Bluetooth – простое руководство по протоколу для новичков

Продолжая изучение протоколов беспроводной связи в этом бесплатном курсе беспроводной и мобильной связи, в этом посте мы будем изучать Bluetooth.Давайте изучим стандарт Bluetooth с точки зрения новичка.

Что такое Bluetooth?
Bluetooth – это стандарт беспроводной технологии, используемый для обмена данными между устройствами на небольших расстояниях.
Bluetooth использует коротковолновые сверхвысокочастотные радиоволны (2,4 ГГц), изобретенные компанией Ericsson в 1994 году для достижения этой цели.
Хотя Bluetooth был стандартизирован IEEE, ответственность за поддержание Bluetooth в качестве стандарта лежит на Специальной группе по интересам Bluetooth (SIG).
Он наблюдает за разработкой спецификации, управляет квалификационной программой и защищает товарные знаки.
В 2019 году, когда было поставлено около 6 миллиардов устройств с поддержкой Bluetooth, Bluetooth на сегодняшний день является наиболее часто встречающимся и используемым стандартом для связи на короткие расстояния.
Почему Bluetooth используется в современных устройствах и IoT?
Bluetooth – безусловно, самый популярный среди технически подкованных людей, когда речь идет о разработке продуктов, требующих связи с другим устройством.
Основная причина для этого заключается в том, что Bluetooth довольно прост в использовании, реализации, а также довольно экономичен.
Тот факт, что для передачи данных требуется меньше энергии, также повышает рентабельность и, следовательно, является идеальным выбором для проектов Интернета вещей, которые, как ожидается, будут работать с низким энергопотреблением.
Еще одна причина, по которой Bluetooth стал стандартом для связи на короткие расстояния, – это скорость передачи, которая может легко достигать 2 Мбит / с. Это позволяет приложениям, таким как беспроводные дисплеи, передавать потоковые видеофайлы в высоком разрешении или аудио высокого качества на беспроводную гарнитуру.
Сети Bluetooth и их преимущества
Bluetooth – это стандарт WPAN (беспроводная персональная сеть), который позволяет устройствам в радиусе 10 метров обмениваться данными друг с другом.
Сети, образованные несколькими устройствами, подключенными через Bluetooth, делятся на две:
Piconet
Пикосеть – это сеть, состоящая из восьми устройств, соединенных вместе.
Одно из устройств является главным, а все остальные – подчиненными.
Он охватывает только меньшую площадь.
Примером пикосетей может быть мобильный телефон, подключенный к паре беспроводных наушников и умных часов. Здесь мобильный телефон является главным, а пара наушников и умные часы – подчиненными.
Scatternet
Scatternet состоит из двух или более пикосетей.
Они формируются, когда одно из устройств в пикосети (ведущее или ведомое) решает стать ведомым по отношению к ведущему устройству другой пикосети.
Он может охватывать большую площадь по сравнению с пикосетями благодаря большему количеству участников.
Реализации scatternets немногочисленны из-за некоторых технических ограничений Bluetooth.
Процесс подключения двух устройств через Bluetooth
Создание соединения между двумя устройствами через Bluetooth – это многоэтапный процесс, который проходит в три этапа, которые приведены ниже.
Запрос
Пейджинг
Соединение
Запрос
Это делается, когда два подключаемых устройства не имеют представления о деталях другого.Здесь одно из устройств отправляет запрос на обнаружение другого устройства. Устройство, прослушивающее такой запрос, при получении сообщения с запросом отвечает своими деталями, такими как имя и адрес.
Пейджинг
Пейджинг – это процесс соединения двух устройств друг с другом, который может быть выполнен, только если каждое устройство знает адрес другого, который обнаруживается на этапе запроса.
Соединение
Как только пейджинг завершен, устройства переходят в режим соединения.После подключения они получают возможность общаться друг с другом. При подключении устройства могут находиться в одном из четырех возможных режимов:
Активный режим – это обычный режим подключения, в котором устройства активно обмениваются данными между собой.
Sniff Mode – это режим энергосбережения, в котором устройства ждут и прослушивают передачи только один раз каждые 100 мс.
Режим удержания – Режим удержания – это временный энергосберегающий режим, при котором устройство находится в спящем режиме на определенный период, а затем возвращается в активный режим по истечении этого интервала.Мастер может приказать подчиненному удерживать.
Режим парковки – Парк – самый глубокий из спящих режимов. Мастер может приказать подчиненному запарковаться, и это подчиненное устройство станет неактивным до тех пор, пока мастер не скажет ему снова проснуться.
Сопряжение по Bluetooth
Сопряжение – это процесс создания связей между двумя подключенными устройствами.
Связанные устройства автоматически устанавливают соединение, когда они достаточно близко.
Пользователи мобильных телефонов, которые используют наушники Bluetooth или передают файлы через Bluetooth, столкнулись бы с сопряжением.Сопряжение устройств необходимо выполнить только один раз, после чего они автоматически подключатся, когда в следующий раз окажутся рядом друг с другом.
Когда устройства объединяются в пары, они делятся своими адресами, именами и профилями и сохраняют их в памяти. У них также есть общий секретный ключ, который позволяет им связываться всякий раз, когда они будут в пределах досягаемости в будущем.
Сопряжение обычно происходит в процессе аутентификации, когда пользователь проверяет процесс.
Проверка пользователя может быть такой же простой, как простое нажатие кнопки, или может быть такой же сложной, как ввод вручную 16-значной буквенно-цифровой строки, но обычно это 4-значный или 6-значный PIN-код, который необходимо ввести.
Профили Bluetooth
Профили Bluetooth – это дополнительные протоколы, основанные на базовом стандарте Bluetooth для более четкого определения того, как используется Bluetooth. Следовательно, профили Bluetooth, которые поддерживает устройство, определяют его область / область применения. Чтобы два устройства Bluetooth были совместимы, они должны поддерживать одни и те же профили.
Пять наиболее часто используемых профилей:
Профиль последовательного порта (SPP)
SPP – один из наиболее фундаментальных профилей связи Bluetooth, и, как следует из названия, ведет себя как последовательное соединение.
Здесь данные отправляются пакетами последовательно.
Используя SPP, устройства обмениваются данными так, как будто есть отдельные каналы передачи и приема. Примером использования SPP является связь между двумя платами Arduino, обеспечиваемая модулями Bluetooth.
Устройство интерфейса пользователя (HID)
Профиль HID предназначен для устройств пользовательского ввода с поддержкой Bluetooth, таких как мыши, клавиатуры и джойстики.
Bluetooth HID работает аналогично профилю HID, созданному для USB-устройств пользовательского ввода, и его цель – заменить необходимость в USB-кабелях.
Профиль громкой связи (HFP) и профиль гарнитуры (HSP)
HSP и HFP используются в наушниках с функцией Bluetooth.
HFP также используется в аудиосистемах громкой связи, встроенных в автомобили.
Они реализуют еще несколько функций, которые позволяют пользователю завершить или удерживать вызов или настроить громкость, не касаясь мобильного телефона.
Профиль расширенного распространения звука (A2DP)
A2DP определяет способ передачи и приема звука между двумя устройствами Bluetooth.
Он отличается от HSP и HFP тем, что может передавать звук только в одном направлении, но с гораздо более высоким качеством.
Пример реализации A2DP – динамик Bluetooth, подключенный к MP3-плееру.
Профиль дистанционного управления аудио / видео (AVRCP)
AVRCP позволяет удаленно управлять устройством Bluetooth.
Обычно он реализуется вместе с A2DP, чтобы удаленный динамик мог указать устройству передачи звука перемотку вперед, назад и т. Д.
Примером используемого AVRCP является пульт дистанционного управления Bluetooth, управляющий динамиком Bluetooth.
Bluetooth Характеристики и сравнение версий Bluetooth 9040
Bluetooth Classic Bluetooth v4.x Bluetooth v5.0 901
Скорость передачи данных 1 Мбит / с 1 Мбит / с 2 Мбит / с 2 Мбит / с
Максимальный диапазон 10 м 30 м
Энергопотребление Очень высокий Высокий Низкий Очень низкий
Пропускная способность 700 кбит / с 300 кбит / с 907 907 907 907 907 907 907 907 0 140010 Емкость 31 байт 31 байт 255 байт 90 140 255 байт
Bluetooth v5.2
Bluetooth v5.2 – последняя версия, представленная на выставке CES 2020 в январе 2020 года организацией Bluetooth SIG.
Помимо функций, улучшающих основную цель Bluetooth v5 – сделать его дружественным для приложений Интернета вещей (IoT), версия 5.2 также поставлялась с функцией под названием «Изохронные каналы» (ISOC).
ISOC закладывает основу для реализации LE (Low Energy) Audio в устройствах Bluetooth Low Energy (BLE), поддерживающих Bluetooth 5.2 или более поздних версий.
LE Audio позволяет подключать несколько беспроводных наушников к одному источнику или одну пару беспроводных наушников подключать к нескольким источникам.
LE Audio также поддерживает слуховые аппараты.
LE Audio работает на Bluetooth с низким энергопотреблением, что снижает расход заряда батареи.
Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE), ранее известный как Bluetooth Smart, был разработан Bluetooth SIG.
BLE предназначен для обеспечения значительного снижения энергопотребления при сохранении того же диапазона связи, что и Bluetooth Classic.
Это достигается отказом от скорости передачи данных.
Большинство операционных систем, таких как iOS и Android, изначально поддерживают BLE.
BLE стал общедоступным благодаря интеграции с Bluetooth v4.0.
Помимо устройств с поддержкой Bluetooth (которые поддерживают версии выше 4), некоторые устройства, которые могут взаимодействовать с устройствами BLE, являются пылинками и маяками.
BLE motes
BLE motes – это устройства на основе системы на кристалле для приложений с низким энергопотреблением Bluetooth.
Сучка – это беспроводной приемопередатчик, который обычно комбинируется с каким-либо датчиком для создания удаленного датчика.
Некоторыми примерами BLE motes являются серии NRF5xx и TI CC26xx, которые в основном используются в приложениях IoT.
BLE-маяки
BLE-маяки – это аппаратные передатчики, которые транслируют свой идентификатор (ID) на близлежащие портативные электронные устройства, и эти идентификаторы принимаются совместимым приложением или операционной системой.
Это позволяет смартфонам, планшетам и другим устройствам выполнять действия в непосредственной близости от маяка.
Примером этого являются автоматические сообщения на ваш смартфон в розничном магазине.
Основное различие между пылинками и маяками заключается в том, что маяки только передают, в то время как пылинки также могут использоваться в качестве приемников.
BLE-маяки бывают всех форм и размеров, от форм-фактора маленькой монеты до USB-накопителя.
Стек протоколов Bluetooth
Стандарт Bluetooth имеет собственный стек протоколов, как и модели OSI и TCP / IP для сетей.Но в отличие от модели OSI, Bluetooth не требует, чтобы его устройства использовали все уровни стека протоколов. На следующем изображении показаны все протоколы, присутствующие в стеке.
Протоколы в стеке могут быть сгруппированы в зависимости от их роли в стеке следующим образом:
Базовые протоколы
Базовые протоколы – это специальные протоколы, необходимые для работы большого количества функций Bluetooth. .
Bluetooth Radio
Определяет физическую структуру и спецификации для передачи радиоволн.
Аналогично протоколам физического уровня в моделях OSI и TCP / IP.
Определяет радиоинтерфейс, полосы частот, спецификации скачкообразной перестройки частоты и методы модуляции.
Основная полоса
Уровень основной полосы частот отвечает за поиск других устройств.
Он определяет схему адресации, формат кадра пакета, синхронизацию и алгоритмы управления мощностью, а также отвечает за назначение ролей ведущего / ведомого.
Протокол управления каналом (LMP)
Устанавливает уже установленные связи и управляет ими.
Также отвечает за аутентификацию и шифрование ссылки.
Протокол управления логическим каналом и адаптации (L2CAP)
Является сердцем стека протоколов и обеспечивает связь между верхним и нижним уровнями.
Он модифицирует пакеты верхнего уровня в соответствии с требованиями нижнего уровня и наоборот.
Протокол обнаружения служб (SDP)
Позволяет обнаруживать службы на подключенном устройстве Bluetooth после установления связи.
Протоколы замены кабеля
Протокол радиочастотной связи (RFComm)
Он предоставляет виртуальный последовательный порт для приложений, которым он необходим.
Отсутствие необходимости в кабелях.
Принятые протоколы
Эти протоколы заимствованы из других моделей, таких как модель TCP / IP и модель OSI.
Протокол точка-точка (PPP)
Облегчает связь между двумя напрямую подключенными компьютерами (в данном случае устройствами Bluetooth).
Протокол беспроводных приложений (WAP)
Стандартизирует способ, которым беспроводные устройства Bluetooth могут стать частью сети.
Три других принятых протокола – это IP и TCP / UDP, которые используются для передачи пакетов по сети.
AT-команды
Их можно использовать для отправки инструкций на модуль Bluetooth и для изменения настроек устройства, таких как скорость передачи и имя. Обычно вы можете найти информацию о том, как настроить параметры с помощью AT-команд, в техническом описании вашего устройства Bluetooth.
Сравнение Bluetooth с другими протоколами беспроводной связи
906 802.15.4
Bluetooth Zigbee Wi-Fi

802.11 a / b / g
Диапазон частот 2,4 ГГц 868/916 МГц, 2,4 ГГц 2.4 ГГц, 5 ГГц
Скорость передачи данных 1 Мбит / с 250 кбит / с 54 Мбит / с
Диапазон 10 м 10–100 м Количество каналов RF 79 16 14
Ширина полосы канала 1 МГц 0,3 / 0,6 МГц; 2 МГц 22 МГц
Тип модуляции GFSK BPSK + ASK; O-QPPSK
BPSK, QPSK, COFDM, CCK, M-QAM
базовая ячейка Piconet Star BSS
базовая ячейка Дерево кластера, сетка ESS
Аутентификация Общий секрет CBC-MAC (CCM) WPA2 (802.11)
Преимущества Bluetooth
Самым важным и очевидным преимуществом Bluetooth является то, что он беспроводной.
Внедрение Bluetooth – дешевый процесс, значительно сокращающий расходы.
Bluetooth работает автоматически и обычно не требует нажатия кнопок или создания соединений вручную (при сопряжении).
Bluetooth стандартизирован и, следовательно, может использоваться на широком спектре устройств.
Другие беспроводные устройства редко создают помехи для устройств Bluetooth.
Поскольку Bluetooth использует сигналы малой мощности, это энергоэффективная технология.
Позволяет обмениваться данными и голосом одновременно.
Bluetooth можно обновить до новых версий, а новые версии обратно совместимы со старыми.
Недостатки Bluetooth
Скорость передачи данных Bluetooth обычно составляет около 2 Мбит / с, в то время как аналогичные технологии могут обеспечивать скорость передачи данных до 4 Мбит / с.
Дальность действия обычно не превышает 10 метров.
Безопасность, реализованная в Bluetooth, довольно элементарна, о чем мы поговорим в следующем разделе.
Проблемы безопасности Bluetooth
Существует несколько способов проникновения в безопасность Bluetooth, поскольку уровень безопасности невысок. Некоторые из основных методов, с помощью которых можно обойти безопасность, обеспечиваемую Bluetooth:
Bluejacking – Bluejacking – это отправка незапрошенных сообщений через Bluetooth на устройства с поддержкой Bluetooth, такие как мобильные телефоны.Bluejacking, как правило, безвреден, поскольку пользователь не знает, что происходит, и предполагает, что телефон неисправен.
Bluesnarfing – Подобно Bluejacking, но более опасно, Bluesnarfing представляет собой несанкционированный доступ к информации с беспроводного устройства через соединение Bluetooth. Это позволяет человеку загружать и просматривать содержимое телефона жертвы, такое как его список контактов или календарь.
Bluebugging – Bluebugging выводит его на совершенно новый уровень, позволяя хакеру получить доступ и удаленно управлять всеми функциями телефона жертвы.
Автомобильный шепот – Сюда входит использование программного обеспечения, которое позволяет хакерам передавать и принимать аудиосигналы на автомобильную стереосистему с поддержкой Bluetooth и обратно.
Этот пост был простым введением в различные аспекты стандарта беспроводной связи Bluetooth. Технические аспекты и реализации будут обсуждаться в следующих разделах этого курса беспроводной и мобильной связи. Будьте на связи!
Об авторе
Гопикришнан учится на бакалавриате в области электроники и связи инженерной школы Амрита, Коимбатур, и очень интересуется беспроводными технологиями.Он любит возиться с любыми устройствами Raspberry Pis или Arduino и является большим поклонником Linux и FOSS. Мемы, фильмы и музыка – вот что питает его во время ночных сеансов программирования.
Протокол Bluetooth (часть 2): типы, обмен данными, безопасность
Протокол Bluetooth
состоит из нескольких протоколов, которые можно разделить на четыре категории. Каждый из этих протоколов отвечает за определенный тип задачи и работает самостоятельно. В предыдущей статье о Bluetooth мы говорили об основных терминах, конкретных значениях мощности, частоты, диапазона и многом другом.Концепция ведущего, ведомого, пикосетей и рассеянных сетей, образующих одноранговую сеть. Эта часть Bluetooth будет иметь дело с протоколами, отвечающими за работу технологии Bluetooth. Четыре категории, на которые делятся эти протоколы, показаны ниже:
Рис. 1: Блок-схема, поясняющая протоколы Bluetooth
]]>
Основные протоколы Bluetooth
Основная полоса
Основная полоса частот позволяет радиочастотному каналу между устройствами Bluetooth формировать пикосеть.Информация передается в пакетах по Bluetooth. Пакет – это двоичный блок данных, который несет информацию, требуемую пользователем, которая может быть маршрутизирована через компьютерную сеть. И коммутация каналов, и коммутация пакетов используются для передачи пакетов в сети. В сетях с коммутацией пакетов данные перемещаются отдельными небольшими блоками – пакетами – в зависимости от адреса назначения в каждом пакете. При получении пакеты повторно собираются в правильной последовательности, чтобы составить сообщение. Сети с коммутацией каналов требуют выделенных двухточечных соединений во время вызовов и обычно используются в телефонных линиях для обмена.
Протокол диспетчера каналов
Протокол диспетчера связи отвечает за установку связи между двумя устройствами Bluetooth. Этот уровень протокола отвечает за такие вопросы безопасности, как аутентификация, шифрование, обмен и проверка ссылки и ключей шифрования.
Управление логическим каналом и адаптация – уровень (L2CAP)
Уровень управления и адаптации логического канала Bluetooth поддерживает мультиплексирование более высокого уровня, сегментацию и повторную сборку пакетов, а также связь и группы качества обслуживания.Этот уровень не отвечает за надежность и использует ARQ для ее обеспечения.
Протокол обнаружения служб (SDP)
SDP – это основа для обнаружения сервисов на всех устройствах Bluetooth. Это важно для всех моделей Bluetooth, потому что с помощью SDP-устройства можно запрашивать информацию об услугах и характеристиках услуг, и после этого может быть установлено соединение между двумя или более устройствами Bluetooth. Другие протоколы обнаружения услуг, такие как Jini, UpnP и т. Д.может использоваться вместе с протоколом Bluetooth SDP.
Категории протокола Bluetooth
Протокол замены кабеля
RFCOMM
Протокол RFCOMM используется для опции замены кабеля в Bluetooth. Это простой транспортный протокол с дополнительными возможностями для эмуляции девяти цепей последовательных портов RS232 через часть L2CAP стека протоколов Bluetooth. Он поддерживает большую базу для приложений, использующих последовательную связь.Он обеспечивает надежный поток данных, множественные подключения, управление потоком и настройки последовательной кабельной линии.
Протокол управления телефонией
Спецификация (двоичный код TCS)
Двоичный протокол TCS определяет сигнализацию управления вызовом для установления вызовов речи и данных между двумя устройствами Bluetooth. Это битовый протокол.
Интерфейс хост-контроллера (HCI)
HCI обеспечивает командный интерфейс для контроллера основной полосы частот, диспетчера каналов и доступа к регистрам состояния и управления оборудования.Интерфейс обеспечивает унифицированный метод доступа к возможностям основной полосы частот Bluetooth. Транспортный уровень управления хостом удаляет транспортные зависимости и предоставляет общий интерфейс драйвера. В базовой спецификации определены три интерфейса: USB, RS-232 и UART.
ПРИНЯТЫЕ ПРОТОКОЛЫ
PPP, TCP / IP
PPP, TCP, UDP и IP – стандартные интернет-протоколы, определенные IETF. Они используются в качестве протоколов нижнего уровня для транспортировки пакетов или грамм данных по их указанным IP-адресам.OBEX
OBEX – это протокол сеанса, определяемый IrDA. Этот протокол также используется Bluetooth, что дает возможность приложениям использовать либо радиомодуль Bluetooth, либо технологии IrDA.
WAP / WAE
Bluetooth может использоваться в качестве технологии передачи данных между клиентом WAP и ближайшим сервером WAP. WAP работает поверх стека Bluetooth с использованием PPP и набора протоколов TCP / IP.
Каждый из этих протоколов аккуратно организован в виде слоев один над другим, образуя стек протоколов.Стопка – это стопка аккуратно уложенных предметов или вещей.
Следовательно, Bluetooth определяется как многоуровневая архитектура протокола, поскольку каждый уровень поддерживает уровни выше и ниже. Полный стек протоколов состоит из протоколов, специфичных для Bluetooth, которые четко определены или разработаны для Bluetooth, например LMP, и не специфичных для Bluetooth, которые были разработаны для повторного использования существующих протоколов для различных функций. Неспецифические протоколы могут использоваться со многими другими платформами, такими как WAP, UDP И OBEX.Они использовались для ускорения разработки протокола Bluetooth на более высоких уровнях, в то же время адаптации для работы с устройствами Bluetooth и обеспечения взаимодействия. Схема уровней Bluetooth и связанных с ними протоколов показана ниже.
Рис. 2: Обзор различных уровней Bluetooth и связанных протоколов
]]>
Рис. 3: Блок-схема, показывающая различные уровни и функции Bluetooth
]]>
Каждый из указанных выше уровней важен для связи Bluetooth и имеет внутреннюю схему для выполнения желаемой задачи.В этом разделе мы рассмотрим внутренние детали всех слоев.
Внутренняя информация о протоколах Bluetooth
Bluetooth-радио
Радиомодуль Bluetooth обеспечивает электрический интерфейс для передачи пакетов на модулированной несущей частоте с использованием беспроводных услуг передачи данных, таких как CDMA, GSM. Радио работает в диапазоне 2,4 ГГц. Для этого требуется эффективная антенна для передачи и приема, РЧ-интерфейс, который включает в себя повышающий преобразователь, понижающий преобразователь, контроллер мощности, модулятор GFSK и переключатель передатчика / приемника.
Микросхема радиомодема Bluetooth
Радиомодем выполняет модуляцию и демодуляцию GFSK, восстановление символа и времени кадра. Он имеет полностью интегрированный радиоприемопередатчик и синтезатор со скачкообразной перестройкой частоты на одном кристалле. В реальной системе сигналы, которые проходят между антеннами, имеют гораздо более высокую частоту, и они известны как радиочастота. Таким образом, для уменьшения диапазона частот аналоговые схемы обычно используются для преобразования с понижением частоты на стороне приемника и аналогичным образом для преобразования с повышением частоты на стороне передачи.На стороне приемника имеется аналогово-цифровой преобразователь для преобразования сигнала в цифровую область. Затем он передается на демодулятор GFSK. Схема модуляции Bluetooth – GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Гауссовская частотная манипуляция (GFSK) – это метод модуляции цифровой связи, используемый во многих стандартах, таких как Bluetooth, DECT и Wavenis. Он сводит к минимуму сложность приемника за счет использования единицы для положительного отклонения частоты и нуля для отрицательного отклонения частоты. Микросхема также содержит синтезатор скачкообразной перестройки частоты на той же микросхеме.
Рис. 4: Блок-схема различных функций радиомодема Bluetooth
]]>
РАДИОПОЛОС И КАНАЛЫ
Радиомодуль Bluetooth работает в диапазоне ISM 2,4 ГГц. В США и Европе доступен диапазон 83,5 МГц. Имеется 79 каналов, разнесенных на 1 МГц. Япония, Испания и Франция используют только 23 канала, разнесенных на 1 МГц.
Основная полоса
Это самая важная часть протокола Bluetooth.Baseband – это физический уровень Bluetooth, который управляет физическими каналами и ссылками. Основная полоса находится поверх Bluetooth-радио. ИС контроллера связи Bluetooth используется для реализации протокола и функций основной полосы частот и взаимодействует с ИС радиомодема Bluetooth. Контроллер ссылок грамотно выбирает используемые ссылки и каналы и повышает производительность приложений. Он синхронизируется с уровнем выше, то есть менеджером каналов для выполнения процедур уровня канала, таких как соединения каналов и управление мощностью.На стороне приемника он выполняет обнаружение ошибок, отбеливание данных, выбор прыжка и безопасность Bluetooth. Аппаратное обеспечение контроллера выполняет основные функции, такие как повторяющиеся действия пейджинга, запроса и сканирования страниц и запросов. Он также предоставляет интерфейс USB и аудио для хост-системы.
Рис. 5: Схема, показывающая различные функции уровня основной полосы частот в Bluetooth
]]>
Baseband также управляет ссылками, обрабатывает пакеты и выполняет пейджинг и запросы для доступа и запросов об устройствах Bluetooth.Передатчик применяет мультиплексирование с временным разделением помимо частотного разделения (скачкообразная перестройка частоты). В обычном режиме подключения ведущее устройство запускается с четных слотов, а ведомое устройство использует нечетные слоты. Есть два типа ссылок ACL и ссылки SCO. Канал – это двухточечная сквозная цепь, которая соединяет конечных пользователей и позволяет им обмениваться данными даже при использовании двух отдельных физических путей. Перейдем к ссылкам ACL и SCO, используемым на уровне основной полосы частот.
Ссылки ACL – асинхронные без установления соединения
Связи ACL – это точка для многоточечного соединения между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами, участвующими в пикосети.Ссылки ACL несут информацию о данных, и может существовать только одна ссылка. Повторная передача пакетов данных разрешена в ссылках ACL.
Связи SCO – канал синхронного подключения
Каналы SCO – это симметричная точка-точка между ведущим и одним ведомым. Он может нести как данные, так и голосовую информацию, но в основном передает голосовую информацию. Мастер может поддерживать от двух до трех каналов SCO. Пакеты SCO никогда не передаются повторно.
ЛОГИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ
Канал – это высокоскоростная двусторонняя связь между двумя устройствами.Например, компьютер и его периферийное устройство. В Bluetooth есть пять различных типов каналов, которые можно использовать для передачи различных типов информации. Каналы LC (канал управления) и LM (диспетчер каналов) используются на уровне связи. UA, UI и US используются для передачи асинхронной, изосинхронной и синхронной информации о пользователе.
АДРЕС BLUETOOTH
Адрес – это имя или маркер, который идентифицирует компонент в сети.Как показано ниже, существует четыре основных адреса устройства.
BD-ADDR
48-битный адрес устройства Bluetooth (стандарт IEEE802). Он разделен на LAP (нижняя адресная часть из 24 битов), UAP (верхняя адресная часть из 8 битов) и NAP (незначащая адресная часть из 16 битов).
AM-ADDR

3-битный адрес активного члена.AM_ADDR со всеми нулями предназначен для широковещательных сообщений.
PM-ADDR
8-битный адрес элемента, назначаемый припаркованным ведомым устройствам
AR-ADDR
Он используется припаркованным ведомым устройством, чтобы определить, разрешено ли ему отправлять сообщения доступа.
Разделение полей адреса Bluetooth:
ПАКЕТЫ BLUETOOTH
Данные в пикосетях передаются пакетами.Пакет показан ниже.
КОД ДОСТУПА [72]
ЖАТКА [54]
PAYLOAD [0-2745]
Код доступа используется для синхронизации времени, поискового вызова и запроса. Есть три разных типа кодов доступа; Код доступа к каналу, который идентифицирует пикосеть; Код доступа к устройству используется для пейджинга и ответов на него, а код доступа для запроса предназначен для справочных целей.Заголовок содержит информацию о подтверждении пакета, нумерации пакетов, управлении потоком, адресе ведомого устройства и проверке ошибок. Полезная нагрузка пакета представляет собой голосовое поле, поле данных или и то, и другое. Существует пять распространенных типов пакетов, четыре пакета SCO и семь пакетов ACL.
SR NO.
НАЗВАНИЕ
ТИП
ОПИСАНИЕ
1

ОБЩИЙ
ID
Несет код доступа к устройству (DAC) или код доступа по запросу (IAC).Занимает один слот.
2
ОБЩИЙ
NULL
Пакет
NULL используется для получения информации о канале и управления потоком и не имеет полезной нагрузки. Занимает один слот. Не подтверждено.
3
ОБЩИЙ
ОПРОС
Нет полезной нагрузки. Подтверждено.Используется мастером для опроса ведомых устройств, чтобы узнать, работают они или нет. Занимает один слот.
4
ОБЩИЙ
FHS
Специальный контрольный пакет для раскрытия адреса устройства Bluetooth и часов отправителя. Используется в ответе мастера страницы, ответе на запрос и синхронизации скачков частоты.
5
ОБЩИЙ
DM1
Для поддержки управляющих сообщений в любом типе связи, а также для передачи обычных пользовательских данных.Занимает один слот.
6
SCO
HV1
Содержит 10 байтов информации. Обычно используется для передачи голоса. Закодировано 1/3 FEC. Занимает один слот.
7
SCO
HV2
Содержит 20 байтов информации. Обычно используется для передачи голоса.Закодировано 2/3 FEC. Занимает один слот.
8
SCO
HV3
Содержит 30 байтов информации. Обычно используется для передачи голоса. Не кодируется FEC. Занимает один слот.
9
SCO
DV
Комбинированный пакет данных и голоса. Голосовое поле не защищено FEC.Поле данных 2.3 FEC закодировано. Голосовое поле никогда не передается повторно, но может передаваться поле данных.
10
ACL
DM1
Содержит 18 байтов информации. Закодировано 2/3 FEC. Занимает один слот.
11
ACL
Dh2
Содержит 28 байтов информации.Не кодируется FEC. Занимает один слот.
12
ACL
DM3
Содержит 123 байта информации. Закодировано 2/3 FEC. Занимает три слота.
13
ACL
Dh4
Содержит 185 информационных байтов. Не кодируется FEC. Занимает три слота.
14
ACL
DM5
Содержит 226 байтов информации. Закодировано 2/3 FEC. Занимает пять слотов.
15
ACL
DH5
Содержит 341 байт информации. Не кодируется FEC. Занимает пять слотов.
16
ACL
AUX1
Содержит 30 байтов информации.Похож на Dh2, но без кода CRC. Занимает один слот.
Протоколы ядра Bluetooth
ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБКИ
Существует три типа схем исправления ошибок: FEC 1/3 скорости, 2/3 FEC и схема ARQ. При скорости 1/3 каждый бит повторяется три раза для избыточности, на 2/3 генерируется полином для кодирования 10-битного кода в 15-битный код, а в схеме ARQ пакет передается до получения подтверждения. Он использует значения положительного и отрицательного подтверждения путем установки соответствующих значений ARQN.ЕСЛИ тайм-аут превышен, устройство Bluetooth сбрасывает пакет и переходит к следующему.
УПРАВЛЕНИЕ И СИНХРОНИЗАЦИЯ ПОТОКА
Bluetooth использует концепцию очередей FIFO «первым пришел – первым обслужен» в каналах ACL и SCO для передачи и приема. Менеджер ссылок заполняет очереди, а контроллер ссылок автоматически очищает их.
Рис.6: Управление потоком и синхронизация в базовом протоколе Bluetooth
]]>
Если очереди приема полны, используется управление потоком, чтобы избежать отбрасывания пакетов и перегрузки.Если данные не получены, то сообщение STOP передается контроллером канала получателя в заголовок возвращаемого пакета. Когда передатчик получает индикацию STOP, он замораживает свои очереди FIFO. Опять же, когда получатель готов, он отправляет пакет, который снова возобновляет поток.
СОСТОЯНИЕ КОНТРОЛЛЕРА
Состояние – это последний известный или текущий статус приложения или процесса. Bluetooth работает в двух состояниях: Standby и соединение. Есть семь подсостояний, которые используются для добавления ведомых устройств или установления соединений в Пико-сети.Они показаны на рисунке:
Рис.7: Состояние ожидания, используемое в протоколе ядра Bluetooth
]]>
Рис. 8: Изображение, показывающее состояние контроллера соединения, используемого в системе Bluetooth
Состояние ожидания – это состояние низкого энергопотребления по умолчанию, используемое при отсутствии взаимодействия между устройствами. В состоянии соединения ведущий и ведомый могут обмениваться пакетами, используя код доступа к каналу.
]]>
НАЗВАНИЕ
ОПИСАНИЕ №
СТРАНИЦА
Это подсостояние используется ведущим для активации и подключения к ведомому.Главный отправляет сообщения пейджинга, передавая код доступа подчиненного устройства (DAC) по различным каналам перехода.
СКАНИРОВАНИЕ СТРАНИЦ
В этом подсостоянии ведомое устройство прослушивает свой собственный код доступа к устройству (DAC) в течение всего окна сканирования. Подчиненное устройство прослушивает в этом окне сканирования с частотой одиночного скачка (полученной из его последовательности скачков страниц)
ОТВЕТ РАБОТНИКОВ
Slave отвечает на пейджинговое сообщение мастера в этом подсостоянии, которое возникает, если подчиненное устройство коррелирует в подсостоянии сканирования страницы с пейджинговым сообщением мастера.Подчиненное устройство переходит в состояние Соединение после получения пакета FHS от ведущего.
ОТВЕТ МАСТЕРА
Мастер достигает этого подсостояния после того, как получает ответ ведомого на свое пейджинговое сообщение для него. Ведущее устройство отправляет пакет FHS ведомому, и если ведомое отвечает, ведущее устройство переходит в состояние Соединение .
ЗАПРОС
Запрос используется для определения идентичности устройств Bluetooth в близком диапазоне.Блок обнаружения собирает адреса устройств Bluetooth и часы всех блоков, которые отвечают на сообщение запроса.
ЗАПРОС СКАНИРОВАНИЕ
В этом состоянии устройства Bluetooth прослушивают запросы от других устройств. В этом сканирующем устройстве может прослушиваться общий код доступа для запроса (GIAC) или специальные коды доступа для запроса (DIAC).
ОТВЕТ НА ЗАПРОС
На запрос отвечает только ведомое устройство, но не ведущее устройство.Ведомое устройство отвечает пакетом FHS, который содержит код доступа ведомого устройства, собственные часы и некоторую другую информацию ведомого устройства.
Рис. 9: Блок-схема, объясняющая, как устанавливается соединение между двумя устройствами Bluetooth
]]>
Соединение между двумя устройствами происходит определенным образом.Первый мастер спрашивает об имеющихся в ассортименте Bluetooth-устройствах. Если какое-либо устройство Bluetooth прослушивает эти запросы (подсостояние сканирования запросов), оно отвечает ведущему, отправляя информацию об адресе и часах (пакет FHS) в состояние ответа на запрос ведущего 9. После отправки информации ведомое устройство начинает прослушивать сообщения страницы от ведущего устройства (сканирование страницы). Затем мастер после обнаружения устройств Bluetooth в диапазоне может пролистать эти устройства (подсостояния страницы) для настройки соединения. Подчиненное устройство в режиме сканирования страниц ответит, если на него отправлено пейджинговое сообщение от ведущего (подсостояние ответа ведомого).Ведущее устройство после получения ответа от ведомого может ответить, передав ведущему устройству в реальном времени, ведущему BD-ADDR, битам четности и классу устройства (пакет FHS). Как только они оба получат этот пакет FHS, они войдут в состояние соединения.
СОСТОЯНИЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ
Состояние соединения начинается с пакета, отправленного ведущим устройством для проверки того, что ведомое устройство переключилось на синхронизацию ведущего и скачкообразное изменение частоты канала. Подчиненное устройство может ответить, отправив любой тип пакета.Различные состояния подключения:
ACTVE
В этом режиме и ведущий, и ведомый активно участвуют в канале путем прослушивания, передачи или приема. Главный и подчиненный синхронизируются друг с другом.
SNIFF
В этом режиме ведомое устройство вместо того, чтобы слушать сообщение ведущего для этого ведомого устройства, оно прослушивает указанные временные интервалы для своих сообщений.Следовательно, он может перейти в спящий режим для экономии энергии.
ВЕРСИЯ
В этом режиме устройство временно не поддерживает пакеты ACL и переходит в спящий режим с низким энергопотреблением, чтобы разрешить такие действия, как сканирование страниц, запрос страниц и т. Д.
ПАРК
Когда ведомое устройство не желает участвовать в пикосети, но все еще хочет синхронизироваться в канале, оно переходит в режим парковки, что является активностью с низким энергопотреблением.
Протоколы замены кабеля
БЕЗОПАСНОСТЬ
Безопасность
Bluetooth очень важна для открытия дверей без ключа и автоматического выставления счетов в супермаркетах. На канальном уровне это поддерживается аутентификацией и шифрованием. Сначала устройство выполняет аутентификацию, отправляя запрос, а другое устройство должно затем отправить ответ на этот запрос. BD-ADDR и ключ ссылки являются общими для них. После аутентификации для связи может использоваться шифрование.Есть четыре типа клавиш: комбинированные, единичные, временные и инициализирующие.
Link Manager и контроллер
Link Manager используется для управления безопасностью, установкой соединения и контролем. Он взаимодействует с другим диспетчером ссылок для обмена информацией и управления сообщениями через контроллер ссылок с помощью некоторых заранее определенных команд уровня канала. После настройки соединения на нем может быть создано до трех соединений SCO, или его режим может быть изменен либо на режим низкого энергопотребления, либо на тестовый режим (они полезны для сертификации устройств Bluetooth органами тестирования и для испытаний устройств на производственной линии).Когда соединение больше не требуется, LMP может вызвать отключение.
Он имеет меньшую поддержку верхних уровней, но его можно улучшить, используя интерфейс верхнего уровня, который позволяет ему выполнять алгоритмы для управления режимами (парковка, удержание, сниффинг, активный), управления безопасностью, QoS и т. Д. Например, если пользователь запрашивает низкий уровень мощность, тогда диспетчер ссылок может договориться с другим диспетчером каналов об управлении мощностью, и оба могут перейти в один и тот же режим в соответствии с предварительно установленным алгоритмом
Link Manager (LM) преобразует команды в операции на уровне основной полосы частот, управляя следующими операциями.
1) Присоединение ведомых устройств к пикосетям и распределение их активных адресов участников.
2) Разрыв соединений для отсоединения ведомых устройств от пикосети.
3) Настройка канала, включая переключатели Master / Slave
4) Создание ссылок ACL и SCO.
5) Перевод соединений в режимы пониженного энергопотребления: Hold, Sniff и Park.
6) Управление тестовыми режимами.
Модуль аутентификации
Это процесс идентификации устройства в сети, обычно основанный на имени пользователя и пароле для обеспечения безопасности.Это также способ разрешить устройствам в сетевой системе получить доступ к другому устройству. Протокол диспетчера ссылок обеспечивает аутентификацию в пикосети или в рассеянной сети.
Модуль шифрования
Преобразование данных в секретный код называется шифрованием. Это наиболее эффективный способ обеспечить безопасность данных, потому что нам нужен секретный ключ или пароль, позволяющий их расшифровать. Незашифрованные данные – это обычный текст, а расшифровка – зашифрованный текст.
Помимо аутентификации и шифрования, есть много других функций, как показано на рисунке.
Рис. 10: Блок-схема, показывающая различные функции протоколов замены кабеля в Bluetooth
]]>
Все функции указаны ниже.
Принятые протоколы
Рис.11: Обзор принятых протоколов Bluetooth
]]>
ИНТЕРФЕЙС КОНТРОЛЛЕРА ВЕРСИИ
HCI – это командный интерфейс для основной полосы частот, диспетчера каналов и доступа к регистрам состояния и управления оборудования.Этот интерфейс обеспечивает унифицированный метод доступа к возможностям основной полосы частот Bluetooth.
ЛОГИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СЛОЙ АДАПТАЦИИ
Протокол управления логическим каналом и адаптации (L2CAP) принимает данные от верхних уровней стека Bluetooth и от приложений и отправляет их по нижним уровням. Он передает пакеты либо в интерфейс хост-контроллера (HCI), либо в системе без хоста L2CAP передает пакеты непосредственно в Link Manager. Это некоторые функции, выполняемые L2CAP.
· Мультиплексирование протоколов более высокого уровня и предоставление им возможности совместно использовать ссылки нижнего уровня. L2CAP использует поле PSM в команде запроса соединения L2CAP. L2CAP может мультиплексировать запросы на подключение к протоколам верхнего уровня, таким как Service Discovery Protocol, RFCOMM и Telephony Control.
· Сегментация и повторная сборка для передачи больших пакетов
Он используется для повышения эффективности за счет поддержки максимального размера блока передачи, превышающего размер самого большого пакета основной полосы частот.L2CAP сегментирует пакеты более высокого уровня на фрагменты, которые могут быть переданы диспетчеру каналов для передачи, и повторно собирает эти фрагменты в пакеты L2CAP, используя информацию, предоставленную HCI и заголовок пакета.
· Групповое управление и односторонняя передача группе других устройств Bluetooth
{C} r · Управление качеством обслуживания для протоколов более высокого уровня.
{C} {· событий и команд L2CAP
L2CAP работает с использованием событий и команд, которые он получает или передает от / к верхним или нижним уровням.Эти события могут быть запросом на подключение, запросом на запись данных или запросом на отключение. Нижний уровень может сообщать L2CAP о входящих соединениях, запросах и отключениях. Если L2CAP одного устройства должен взаимодействовать с другим L2CAP, он использует некоторые специальные команды, называемые командами сигнализации.
Различные команды сигнализации, используемые в L2CAP:
КОД
ОПИСАНИЕ
0 * 00
ЗАБРОНИРОВАН
0 * 01
ОТКЛОНЕНИЕ КОМАНДЫ
0 * 02
ЗАПРОС НА ПОДКЛЮЧЕНИЕ
0 * 03
ОТВЕТ НА ПОДКЛЮЧЕНИЕ
0 * 04
ЗАПРОС НА КОНФИГУРИРОВАНИЕ
0 * 05
НАСТРОЙКА ОТВЕТА
0 * 06
ЗАПРОС НА ОТКАЗ
0 * 07
ОТВЕТ НА ОТКЛЮЧЕНИЕ
0 * 08
ЗАПРОС ЭХО
0 * 09
ЭХО ОТВЕТ
0 * 0a
ЗАПРОС ИНФОРМАЦИИ
0 * 0b
ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОТВЕТ
Протокол управления телефонией
RFCOMM
Протокол RFCOMM используется для опции замены кабеля в Bluetooth.Это простой транспортный протокол с дополнительными возможностями для эмуляции 9 цепей последовательных портов RS232 через часть L2CAP стека протоколов Bluetooth. Он поддерживает большую базу для приложений, использующих последовательную связь. Он обеспечивает надежный поток данных, множественные подключения, управление потоком и настройки последовательной кабельной линии. Есть два типа устройств, которые могут быть подключены с помощью RFCOMM
.
Устройство 1 – конечные точки связи, такие как компьютеры и принтеры.
Устройство 2 – это те, которые входят в сегмент связи
Протокол обнаружения служб (SDP)
SDP – это основа для обнаружения сервисов на всех устройствах Bluetooth.Это важно для всех моделей Bluetooth, потому что с помощью SDP-устройства можно запрашивать информацию об услугах и характеристиках услуг, и после этого может быть установлено соединение между двумя или более устройствами Bluetooth. Могут использоваться другие протоколы обнаружения услуг, такие как Jini, UpnP и т. Д. в сочетании с протоколом Bluetooth SDP.
Транспортный протокол управления аудио / видео (AVCTP)
Кнопки управления музыкой на стереогарнитуре используют этот протокол для управления музыкальным проигрывателем.Он используется пультом дистанционного управления для передачи команд AV / C по каналу L2CAP. В стеке протоколов AVCTP привязан к L2CAP.
Протокол передачи аудио / видео данных (AVDTP)
Он также привязан к уровню L2CAP, который будет использоваться расширенным распределением звука для потоковой передачи музыки на стереогарнитуры через уровень L2CAP.
Обмен объектами (OBEX)
OBEX – это протокол сеанса, определяемый IrDA. Этот протокол также используется Bluetooth, что дает возможность приложениям использовать либо радиомодуль Bluetooth, либо технологии IrDA.
ПРОФИЛЬ BLUETOOTH
Это спецификация, которая определяет способ, которым устройство использует технологию Bluetooth. Профиль предоставляет стандарты, которым следуют производители, чтобы разрешить устройствам использовать Bluetooth в заданных параметрах. Профиль Bluetooth находится поверх основной спецификации Bluetooth и (необязательно) дополнительных протоколов. Хотя профиль может использовать определенные функции базовой спецификации, конкретные версии профилей редко привязаны к конкретным версиям базовой спецификации.Например, существуют реализации HFP1.5, использующие базовые спецификации Bluetooth 2.0 и Bluetooth 1.2. Примеры профилей:
Протокол атрибутов низкого энергопотребления (ATT)
Он похож на SDP, но специально адаптирован и упрощен для Bluetooth с низким энергопотреблением. Это позволяет клиенту читать и / или записывать определенные атрибуты, предоставляемые сервером, несложным, дружественным способом с низким энергопотреблением. Связан с L2CAP.
Протокол диспетчера безопасности с низким энергопотреблением (SMP)
Используется реализациями Bluetooth с низким энергопотреблением для сопряжения и передачи определенных ключей.В стеке протоколов SMP привязан к L2CAP.
]]>
]]>
В рубрике: Технические статьи
С тегами: Bluetooth, протокол Bluetooth, радио Bluetooth, кабель, протоколы
Протокол Bluetooth (часть 1): основы и работа
Портативные устройства, такие как сотовый телефон, карманный компьютер и ноутбук, быстро становились неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. В большинстве случаев эти устройства не имеют совместимых интерфейсов передачи данных, или, если они есть, интерфейс требует громоздких кабельных соединений и процедур настройки.Разве не здорово подключить компьютер для обмена музыкой, данными и календарем без использования каких-либо проводов? Или для беспроводного доступа к телефонным номерам на КПК с мобильного телефона. Вождение, не держа телефонную трубку, делает его намного безопаснее и проще. Получите доступ к Интернету, распечатайте файлы со своего компьютера и распечатайте фотографии, сделанные с цифровой камеры, без каких-либо проводов, лежащих в вашем офисе.
Очевидным решением было избавиться от кабелей и использовать недорогие беспроводные устройства малого радиуса действия, которые повсеместно используются производителями устройств для облегчения связи между устройствами по требованию. Чудо инженерной мысли дало нам свободу обмена данными без использования ярдов проводов и широко известно как Bluetooth. Все началось еще в 1994 году, когда компания Ericsson Mobile Communications начала утилитарную оценку недорогого маломощного радиорешения между сотовыми телефонами и телефонными аксессуарами. Идея заключалась в том, чтобы сделать маленькое радио в сотовых телефонах и ноутбуках, которое заменило бы громоздкие провода между ними. Четыре года спустя Эрикссон вместе с Nokia, IBM, Toshiba и Intel сформировал Bluetooth Special Interest Group (SIG).Это были ведущие компании в области мобильных телефонов, ноутбуков и лидеры рынка цифровых технологий. С такими громкими именами в этой области он сразу привлек внимание средств массовой информации, и от продукта возлагались очень большие ожидания. Но изначально возникло много сложностей и проблем. Затем в 1999 году была выпущена первая спецификация Bluetooth 1.0, а годом позже – версия 1.1. Сегодня в Bluetooth SIG входят 3400 компаний.
Bluetooth – это стандарт беспроводной технологии для подключения фиксированных или мобильных устройств с использованием короткой радиосвязи. Он нацелен на обеспечение беспроводной связи наряду с небольшими размерами, минимальным энергопотреблением и низкой ценой. Эта технология была разработана, чтобы быть простой, и цель заключалась в том, чтобы сделать ее стандартом для беспроводных подключений. У названия Bluetooth есть очень интересная история. Bluetooth SIG принял это кодовое имя как дань уважения королю викингов X века Харальду Блатанду, который мирно объединил многочисленные небольшие королевства в своем регионе, которые работали по другим правилам, как это сделано в технологии Bluetooth.Харальд любил есть чернику, из-за которой его зубы приобрели окраску, которая привела к прозвищу «Bluetooth». Этот символ также известен своим именем и имеет очень интересное происхождение. Логотип сочетает в себе изображение нордических рун Хагалаз (транскрибируется как «H») и Беркана (транскрибируется как «B») в одном и том же символе. Это HB как Харальд Блатанд.
Рис.1: Изображение символа Bluetooth
Что делает Bluetooth особенным, когда существуют такие беспроводные технологии, как IrDA и Wi-Fi?
Было бы несправедливо противопоставлять эти технологии друг другу, поскольку каждая из них имеет свои уникальные преимущества и дополняет, а не конкурирует друг с другом.Хотя IrDA поддерживает беспроводную связь, им нужен оптический контакт, который находится в прямой видимости, и поддерживает обмен данными один на один с использованием инфракрасного света. Например, пульт дистанционного управления и телевизор, где нам нужно держать пульт в зоне прямой видимости телевизора. Точно так же Wi-Fi предлагает средства для беспроводного подключения одного или нескольких компьютеров друг к другу и к маршрутизатору, чтобы мы могли получить доступ в Интернет. Он использует большие расстояния и передает данные с большей скоростью, но Bluetooth предлагает средство для связи не только компьютеров, но и КПК, наушников, гарнитур, принтеров и других технологий друг с другом.На рисунке ниже представлены три сети.
Рис. 2: Изображение, показывающее различные сети Bluetooth
«Беспроводное общение стало проще» – слоган, используемый для адресации Bluetooth, но он предназначен только для пользователей, а не для разработчиков. Требования к созданию продуктов с поддержкой Bluetooth очень сложны для . Это должна быть гибкая топология приложения, чтобы обмен происходил между необходимыми устройствами. Мощность, необходимая для Bluetooth, должна быть низкой. , так как никому не нужно короткое время автономной работы.Размер – важная особенность при проектировании. Он должен быть небольшим, поэтому добавление к устройству возможности Bluetooth не должно заметно увеличивать его размер. Качество обслуживания поддерживается для голоса, и, наконец, что не менее важно, Bluetooth не может стоить дороже кабеля.
Обещание Bluetooth – на что он способен !!
Обещание Bluetooth чрезвычайно амбициозно. Первоначально задумывался как маломощная технология ближнего действия для замены кабелей, соединяющих устройства, такие как принтеры, клавиатуры и мои.Он значительно расширил свой предполагаемый потенциал. Это привело к появлению Личной сети, в которой в Личном рабочем пространстве доступно все, что связано с передачей информации как голосом, так и данными. Существуют различные примеры использования модели Bluetooth.
Рис. 3: Обзор функций Bluetooth
Как мы видим, изначально Bluetooth был запущен в сфере мобильных телефонов. Все производители начали внедрять в телефоны устройства с поддержкой Bluetooth.Причина этого принятия заключалась в использовании беспроводной гарнитуры с телефоном, что означало, что телефоном можно было пользоваться, даже если он находится в портфеле или багажнике. Он использовался для создания мобильного телефона или беспроводного модема для обеспечения сети Dial –Up, которая позволяет подключаться к Интернету без какой-либо физической телефонной линии. Ноутбук может автоматически использовать ближайший сотовый телефон пользователя для набора номера и подключения к услуге удаленного доступа. Одноранговый обмен файлами может осуществляться без наличия сетевой инфраструктуры. Например, продавец может поделиться с аудиторией содержанием электронных слайдов.Bluetooth позволяет автоматически обнаруживать устройства Bluetooth в комнате, обеспечивая передачу. Синхронизация данных между устройствами разрешена через Bluetooth. Например, настольный компьютер с поддержкой Bluetooth может без проводов синхронизировать свой список контактов, информацию о задачах, календарь с телефоном пользователя, КПК или ноутбуком. В настоящее время HP производит принтеры и ноутбуки со встроенной технологией Bluetooth, чтобы они могли автоматически обнаруживать принтеры с поддержкой Bluetooth в своем районе и отправлять документы на принтер по беспроводной сети, минуя длительный процесс настройки сети и печати.
Как работает блютуз?
Bluetooth – это простая, безопасная и доступная повсюду связь на короткие расстояния. Миллиарды устройств, от мобильных телефонов и компьютеров до медицинских устройств и домашних развлекательных устройств, оснащены устройствами Bluetooth.
Проще говоря, Bluetooth берет информацию, обычно передаваемую по проводам, и передает ее на специальной частоте другому устройству Bluetooth. И отправляющее, и принимающее устройства имеют один и тот же чип приемника Bluetooth, который преобразует данные в беспроводную передачу, а затем снова возвращается в нормальное состояние в зависимости от отправителя или получателя.Любое устройство Bluetooth может быть ведущим или ведомым в зависимости от приложения. Каждое устройство оснащено микрочипом (приемником), который передает и принимает на частоте 2,4 ГГц, доступной для всего мира. Помимо информации, доступны три канала голосов. Информацией можно обмениваться со скоростью до 1 мегабита в секунду или 2 мегабит в секунду во втором поколении этой технологии). Скачкообразная перестройка частоты позволяет общаться включительно без помех.Переданные данные делятся на пакеты, и каждый пакет передается по одному из 79 назначенных каналов Bluetooth. Каждый канал имеет полосу пропускания 1 МГц. Первый канал начинается с 2402 МГц и продолжается до 2480 МГц с шагом 1 МГц. Обычно он выполняет 800 скачков в секунду с включенной адаптивной скачкообразной перестройкой частоты. Мастер устанавливает последовательность переключения, а подчиненные синхронизируются с Мастером. Кластер состоит из главного устройства и до семи активных подчиненных устройств, известных как сети Pico. Подчиненные устройства в сети Pico связываются только с мастером.Разбросочная сеть может быть сформирована путем соединения двух или более пикосетей. Когда устройство присутствует более чем в одной Пикосети, оно должно разделять время и синхронизироваться с мастером Пикосети, с которой оно в настоящее время обменивается данными. Сети в Bluetooth намного разнообразнее и динамичнее. Поскольку они постоянно образуются и распадаются, устройства Bluetooth перемещаются в зону действия и выходят за ее пределы, поэтому существует неограниченное количество способов их подключения. На рисунке ниже показана связь Bluetooth.
Фиг.4: Обзор связи Bluetooth
С базовым пониманием обмена информацией в системе Bluetooth мы переходим к спецификациям.
Частота
Bluetooth работает в диапазоне частот 2,4 ГГц. Хотя этот диапазон доступен по всему миру, в некоторых странах он может отличаться. Это полоса частот для научной и медицинской промышленности 2,45 ГГц (ISM *). ISM * открыт для любой системы радио и устраняет помехи от мониторов, управления дверьми гаража, беспроводного телефона и микроволновой печи.Диапазон полосы пропускания в Соединенных Штатах и Европе составляет от 2,400 до 2,483,5 МГц и покрывает часть Франции и Испании. Диапазон полосы пропускания в Японии составляет от 2,471 до 2,497 МГц. Таким образом, система может использоваться во всем мире, так как передатчики радиосвязи покрывают 2,400 и 2,500 МГц и позволяют выбрать соответствующую частоту. ISM Промышленные, научные и медицинские (ISM) радиодиапазоны изначально были зарезервированы на международном уровне для использования радиочастотных электромагнитных полей в промышленных, научных и медицинских целях, кроме связи.Как правило, оборудование связи должно принимать любые помехи, создаваемые оборудованием ISM.
Страна
Диапазон частот
RF каналы

Европа и США
2400-2483,5 МГц
F = 2402 + k МГц
k = 0, …….., 78
Япония
2471-2497 МГц
F = 2473 + k МГц
k = 0, ……… 22
Испания
2445-2475 МГц
F = 2449 + k МГц
K = 0, ……… 22
Франция
2446.5-2483,5 МГц
F = 2454 + k МГц
K = 0, …… ..22
Таблица, представляющая полосы частот различных стран.
Мощность
По мощности излучения оборудование классифицируется по 3 категориям в диапазоне от 1 мВт до 10 мВт. Оборудование получателя должно иметь не менее 70 дБм. Чипы встроены в портативные устройства и питаются от батареек, поэтому они должны иметь минимальное потребление энергии – до 97% меньше, чем мобильный телефон, чтобы батарея телефона прослужила дольше.Если устройства Bluetooth не обмениваются информацией, они устанавливают способ ожидания для экономии энергии. Мощность передачи, которая используется в качестве спецификации, составляет 1 мВт для диапазона 10 м, 100 мВт для диапазона до 100 м.
Класс мощности устройства
Мощность
Излучено
Диапазон
Класс 1
100 мВт
~ 100 м
Класс 2
2.5 мВт
~ 10 м
Класс 3
1 мВт
~ 1 м
Диапазон
Соединения имеют максимальную дальность действия 10 метров, хотя при использовании усилителей можно достичь 100 метров, но создание некоторых искажений мешает. Возможно, это не выглядит слишком много, но необходимо помнить, что эти устройства были созданы с намерением использовать их в закрытых помещениях и на небольших расстояниях.
Тип данных и клиенты
Он может передавать как данные, так и голос в качестве обмена. Различные типы пользователей Bluetooth могут быть компьютерами, КПК, мобильными телефонами и т. Д. Есть много других мест, где используется Bluetooth. Например, мобильные телефоны, гарнитура, стереонаушники, аудиоадаптер, принтер, клавиатура, система GPS и многое другое.
Скорость передачи данных
Это одна из важных функций устройства Bluetooth. Скорость передачи данных определяется как скорость, с которой данные передаются от одного устройства к другому.Обычно он варьируется от 1 до 24 мегабайт в зависимости от типа версии устройства Bluetooth, как показано ниже.
Версия
Скорость передачи данных
Максимальная мощность Применение
Версия 1.2
1 Мбит / с
.7 Мбит / с
Версия 2.0
3 Мбит / с
2,1 Мбит / с
Версия 3.0
24 Мбит / с
–
Скачкообразная перестройка частоты
Это метод передачи радиосигналов путем быстрого переключения несущей между множеством каналов с использованием псевдослучайной последовательности, известной как передатчику, так и приемнику.Это полезно для предотвращения коллизий, когда многие устройства используют одну и ту же частоту для отправки сигнала и избегают помех.
Поскольку диапазон ISM открыт для всех, радиосистемы, работающие в этом диапазоне, должны справляться с несколькими непредсказуемыми источниками помех, такими как радионяни, устройства открывания гаражных ворот, беспроводные телефоны и микроволновые печи (самый сильный источник помех). Помехи можно избежать, используя адаптивную схему, которая находит неиспользуемую часть спектра, или ее можно подавить с помощью расширения спектра.В Соединенных Штатах радиостанции, работающие в диапазоне ISM 2,45 ГГц, должны применять методы расширения спектра, если их уровень передаваемой мощности превышает 0 дБмВт [2]. Радиомодули Bluetooth используют расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FH), поскольку он лучше поддерживает недорогие реализации радиосвязи с низким энергопотреблением. Кроме того, они лучше справляются с проблемами ближнего и дальнего радиуса действия: ближайший глушитель эффективно подавляется узкоканальным фильтром до тех пор, пока его спектр передачи глушителя не совпадает с выбранным каналом переключения.Системы FH делят полосу частот на несколько скачкообразных каналов. Во время соединения радиопередатчики переключаются с одного канала на другой псевдослучайным образом. Мгновенная (скачкообразная) полоса пропускания в радиостанциях FH мала, но расширение достигается по всей полосе частот. В результате получаются недорогие узкополосные трансиверы с максимальной помехоустойчивостью.
Рис.5: Скачкообразная перестройка частоты в сети Bluetooth
Здесь мы видим, что время канала разделено на слоты по 625 мкс.Каждый пакет может занимать 1, 3 или 5 слотов. Частота скачкообразной перестройки в пакете остается постоянной. Ведущее устройство использует нечетное количество слотов для отправки пакетов, а ведомое устройство использует четные номера.
Специальная сеть
Специальная сеть – это децентрализованная беспроводная сеть, в которой они не полагаются на уже существующую инфраструктуру, такую как маршрутизаторы, вместо этого каждое устройство участвует в маршрутизации, перенаправляя данные на другие узлы. Специальная сеть обычно относится к любому набору сетей, в которых все устройства имеют одинаковый статус в сети и могут свободно связываться с любым другим специализированным сетевым устройством в диапазоне связи.Bluetooth также использует сеть ad hop и основан на одноранговом соединении: устройство с радиомодулем Bluetooth может установить соединение с любым другим устройством, имеющим радиомодуль Bluetooth. Нет проводной инфраструктуры с базовыми станциями или точками доступа, которые могут поддерживать установку вызова или могут обеспечивать режимы с низким энергопотреблением. В системе Bluetooth к главному устройству можно подключить до семи других устройств, образующих сеть, известную как Pico net. Например, компьютер может подключаться к семи различным устройствам с поддержкой Bluetooth, таким как мышь, принтер, проигрыватель компакт-дисков, клавиатура и т. Д.Сеть Pico представляет собой группу из нескольких устройств, находящихся в одном радиопокрытии, где они совместно используют один и тот же канал, составляющий от двух до восьми других устройств. Два или более устройств Bluetooth, которые совместно используют канал FH, образуют пико-сеть. Для регулирования трафика на канале одна из участвующих единиц становится мастером сети Пико. Однако пользователи одного канала должны совместно использовать емкость. Поскольку пропускная способность канала составляет всего 1 МГц, по мере того, как добавляется все больше и больше пользователей, пропускная способность на пользователя быстро падает до менее 10 кбит / с.Доступная спектральная полоса пропускания составляет 79 МГц, но не может использоваться эффективно, когда все устройства должны совместно использовать один и тот же канал скачка 1 МГц. Поэтому было принято другое решение. Юниты, которые находятся в одной области и находятся в пределах досягаемости друг друга, потенциально могут устанавливать между собой специальные связи. Однако только те устройства, которые действительно хотят обмениваться информацией, используют один и тот же канал 1 МГц в пикосети. Это решение позволяет создавать несколько пикосетей с перекрывающимися зонами покрытия.Каждый канал пикосети применяет свою собственную псевдослучайную последовательность скачков через среду 79 МГц. Сети Pico не скоординированы и прыгают независимо. В сети Pico участники должны совместно использовать 1 МГц, но несколько сетей Pico совместно используют все 79 МГц, тем самым увеличивая пропускную способность. Набор из нескольких пикосетей называется сеткой разброса. Можно соединить максимум 10 пикосетей, чтобы сформировать рассеивающую сеть. На рисунке ниже показано, как работает сеть Pico.
Рис.6: Изображение, представляющее типичную специальную сеть Bluetooth
Протоколы Bluetooth
Bluetooth – это не один протокол, а состоит из семи, если быть точным, разных протоколов.Каждый из этих протоколов работает в разных частях Bluetooth, завершая настройку Bluetooth. Оборудование Bluetooth может быть представлено на схеме с хостом, радиомодулем Bluetooth, контроллером связи и менеджером связи.
Рис.7: Изображение блока, обобщающее оборудование Bluetooth
Каждая часть оборудования работает по определенным протоколам, и их объединение дает нам компактную структуру устройства Bluetooth.
Рис. 8: Рисунок, показывающий компактную структуру устройства Bluetooth
Протоколы будут частью следующего раздела.Продолж ……………
В рубрике: Технические статьи
С тегами: протокол Bluetooth, радио Bluetooth
Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF
О мире беспроводной связи RF
Сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.
Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.
Статьи о системах на основе Интернета вещей
Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей.В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN
RF Статьи о беспроводной связи
В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.
Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤
Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤
Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤
Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤
Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤
5G NR Раздел
В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP
Учебные пособия по беспроводным технологиям
В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>
Учебное пособие по 5G – В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF
В этом учебном пособии GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, технические характеристики системы, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.
LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.
RF Technology Stuff
Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide
Секция испытаний и измерений
В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования ИУ на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA
Волоконно-оптическая технология
Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH
Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств
Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.
Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители радиокомпонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор
MATLAB, Labview, встроенные исходные коды
Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здравоохранении *
Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома
Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.
RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи
Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR
IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии
Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Различные типы датчиков

Поделиться страницей

Перевести страницу

Стек протоколов
Bluetooth – MATLAB и Simulink
Специальная группа по интересам Bluetooth ^® (SIG) [1] и [2] определяет стек протоколов. для технологии Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) и базовой / повышенной скорости передачи данных Bluetooth (BR / EDR).Основные цели эти спецификации предназначены для разработки интерактивных сервисов и приложений поверх совместимых радиокомпоненты и протоколы передачи данных.
На этом рисунке показана архитектура стека Bluetooth.
Стек протоколов BLE
На этом рисунке сравнивается стек протоколов BLE с взаимодействием открытых систем (OSI) эталонная модель.
На предыдущем рисунке стек протокола BLE показан вместе с эталонной моделью OSI.
На физическом уровне (PHY) существует взаимно-однозначное сопоставление.
Уровень канала данных OSI (DLL) сопоставляется с управлением и адаптацией логического канала BLE протокол (L2CAP) и канальный уровень (LL)
В стеке BLE более высокие уровни предоставляют услуги прикладного уровня, устройство роли и режимы, управление соединениями и протокол безопасности
Функциональность стека протоколов BLE разделена на три основных уровня: Контроллер, хост, профили и службы приложений.
Контроллер
Уровень контроллера включает BLE PHY, LL и хост на стороне контроллера интерфейс контроллера (HCI).
BLE PHY. Радиоинтерфейс BLE PHY работает в той же нелицензированной промышленной сети 2,4 ГГц, Диапазон частот для научных и медицинских (ISM): Wi-Fi ^®. Радиоинтерфейс BLE PHY также включает следующие характеристики:
Рабочая радиочастота (RF) находится в диапазоне 2.От 4000 ГГц до 2,4835 ГГц, включительно.
Ширина канала составляет 2 МГц. Рабочий диапазон делится на 40 каналов, k = 0,…, 39. Центральная частота k -й канал – это 2402 + k × 2 МГц.
Пакеты пользовательских данных передаются по каналам в диапазоне [0, 36].
Пакеты рекламных данных передаются по каналам 37, 38 и 39.
Схема модуляции с гауссовой частотной манипуляцией (GFSK) реализовано.
BLE PHY использует расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) для уменьшения помехи и противодействовать влиянию каналов с замиранием. Время между скачки частоты могут изменяться от 7,5 мс до 4 с и устанавливаются во время соединения для каждый раб.
Поддержка пропускной способности 1 Мбит / с является обязательной для версии спецификации 4.Икс совместимые устройства. При скорости передачи данных 1 Мбит / с передача не кодируется.
Опционально, устройства, совместимые с версией спецификации Bluetooth Core 5.1 поддерживает эти дополнительные скорости передачи данных:
LL. LL выполняет задачи, аналогичные уровню управления доступом к среде (MAC) OSI. модель. В Bluetooth LL взаимодействует напрямую с BLE PHY и управляет состоянием связи радио, чтобы определить роль устройства в качестве ведущего, ведомого, рекламодателя или, сканер.
HCI на стороне контроллера. HCI на стороне контроллера обрабатывает интерфейс между хостом и контроллер. HCI определяет набор команд и событий для передачи и приема. пакетных данных. При получении пакетов от контроллера HCI извлекает необработанные данные на контроллер для отправки на хост.
Хост
Хост включает HCI на стороне хоста, L2CAP, протокол атрибутов (ATT), общий профиль атрибутов (GATT), протокол диспетчера безопасности (SMP) и общий профиль доступа (ЗАЗОР).
HCI на стороне хоста. HCI на стороне хоста обрабатывает интерфейс между хостом и контроллером. HCI определяет набор команд и событий для передачи и приема пакета. данные. При передаче данных HCI переводит необработанные данные в пакеты для их отправки. хост к контроллеру.
L2CAP. L2CAP инкапсулирует данные с более высоких уровней BLE в стандартный пакет BLE. формат для передачи или извлекает данные из стандартного пакета BLE LL при приеме в соответствии с конфигурацией канала, указанной на уровнях ATT и SMP.
АТТ. ATT передает данные атрибутов между клиентами и серверами на основе GATT. профили. ATT определяет роли архитектуры клиент-сервер. Роли обычно соответствуют ведущему и ведомому, как определено на канальном уровне. В в общем, устройство может быть клиентом, сервером или обоими, независимо от того, является ли оно хозяин или раб. ATT также выполняет организацию данных в атрибуты, как показано на эта фигура.
Атрибуты устройства представлены как:
Дескриптор атрибута – это 16-битное значение идентификатора, присвоенное сервером для позволить клиенту ссылаться на эти атрибуты.
Тип атрибута – это универсальный уникальный идентификатор (UUID), определяемый Bluetooth SIG. Например, UUID 0x2A37 представляет частоту сердечных сокращений. измерение.
Значение атрибута – поле переменной длины.UUID, связанный с и класс обслуживания служебной записи, содержащей значение атрибута, определить длина поля значения атрибута.
Разрешения для атрибутов – это наборы значений разрешений, связанных с каждым атрибут. Эти разрешения определяют права чтения и записи для атрибута, и уровень безопасности, необходимый для разрешений на чтение и запись.
GATT. GATT обеспечивает справочную основу для всех профилей на основе GATT. ГАТТ инкапсулирует ATT и отвечает за координацию обмена профилями в BLE ссылка. Профили включают информацию и данные, такие как назначение дескриптора, UUID и набор разрешений.
Для устройств, реализующих профиль GATT,
Клиент – это устройство, которое инициирует команды и запросы к серверу.Клиент может получать отзывы, указания и уведомления.
Сервер – это устройство, которое принимает входящие команды и запросы от клиента. Сервер отправляет ответы, указания и уведомления клиенту.
GATT использует архитектуру клиент-сервер. Роли не фиксированы и определяется, когда устройство инициирует определенную процедуру. Роли освобождаются, когда процедура заканчивается.
Терминология, используемая в ГАТТ, включает:
Сервис – Сбор данных и связанных с ними поведений используется для выполнения определенной функции или функции
Признак – значение, используемое в услуге вместе с соответствующие разрешения
Дескриптор характеристики – Описание соответствующее характеристическое поведение
GATT-Client – GATT-Client инициирует команды и запросы к серверу и могут получать ответы, указания и уведомления, отправленные сервером
GATT-Server – GATT-Server принимает входящие команды и запросы от клиента и отправляет ответы, указания и уведомления клиент
SMP. SMP применяет алгоритмы безопасности для шифрования и дешифрования пакетов данных. Этот слой определяет инициатора и ответчика, соответствующие ведущему и ведомому, один раз соединение установлено.
ГАП. GAP определяет роли, режимы и процедуры устройства. Он также управляет установление соединения и безопасность. GAP взаимодействует напрямую с приложением Слой профилей и служб (приложение).
Уровень приложения
Уровень приложения – это прямой пользовательский интерфейс, определяющий профили, которые позволяют совместимость между различными приложениями.Базовая спецификация Bluetooth позволяет поставщикам определять собственные профили для использования. случаи, не определенные профилями SIG.
Примечание
Для получения дополнительной информации об архитектуре стека протоколов BLE см. Том 3, Часть C, разделы 2 и 2.1 базовой спецификации Bluetooth [1].
Стек протоколов Bluetooth BR / EDR
На этом рисунке сравнивается блок-схема стека протоколов Bluetooth BR / EDR и эталонной модели OSI.
Сопоставление стека BR / EDR с эталонной моделью OSI показано ниже:
Уровни BR / EDR Radio и Baseband и Link Control Сопоставление стека Bluetooth BR / EDR с уровнем OSI PHY.
Протокол диспетчера каналов (LMP), L2CAP, протокол замены кабеля (RFCOMM) и уровни PPP Сопоставление стека Bluetooth BR / EDR с канальным уровнем OSI.
Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP), протокол управления передачей (TCP) и Уровни интернет-протокола (IP) стека Bluetooth BR / EDR сопоставляются с объединенной сетью, транспортный и сеансовый уровни эталонной модели OSI.
На уровне приложения существует взаимно-однозначное сопоставление.
Основные протоколы
Основные протоколы Bluetooth и радиомодуль Bluetooth требуются для большинства устройств Bluetooth. Основные протоколы включают эти уровни.
BR / EDR Radio. Радиомодуль BR / EDR – это самый нижний уровень спецификации Bluetooth. Режим BR является обязательным, а режим EDR – необязательным. Этот уровень определяет требования к устройству приемопередатчика Bluetooth, работающему в 2.Диапазон частот ISM 4 ГГц. Это реализует методику FHSS 1600 скачков в секунду. Радио псевдослучайно перескакивает на 79 назначенные каналы Bluetooth. Каждый канал Bluetooth имеет полосу пропускания 1 МГц. Каждая частота находится в (2402 + k ) МГц, где k = 0,1, … 78. Модуляция техника для режимов BR и EDR – GFSK и дифференциальная фазовая манипуляция (DPSK), соответственно. Скорость передачи составляет 1 Мсимволов / с. Радиомодуль Bluetooth BR / EDR использует топологию дуплекса с временным разделением (TDD), в которой данные передача происходит одновременно в одном направлении.Коробка передач чередуется на две направления, один за другим.
Управление основной полосой частот и связью. Уровень основной полосы частот и управления каналом обеспечивает связь PHY RF между различными Устройства Bluetooth, образующие пикосеть. Baseband обрабатывает канал. и синхронизация, а управление связью обрабатывает управление доступом к каналу. Этот слой обеспечивает эти два разных типа PHY RF-каналов с соответствующими пакетами основной полосы частот:
Протокол диспетчера каналов (LMP). Уровень LMP в первую очередь отвечает за настройку канала и конфигурацию канала между различные устройства Bluetooth. Эти процессы включают создание функций безопасности, таких как: аутентификация и шифрование путем создания, обмена и проверки ссылок и ключи шифрования. Кроме того, этот уровень контролирует режимы мощности и рабочие циклы Радиоустройство Bluetooth и состояния подключения устройства Bluetooth в пикосети.
L2CAP. L2CAP адаптирует протоколы более высокого уровня в основной полосе частот. Он защищает протоколы более высокого уровня из деталей протоколов более низкого уровня. L2CAP обеспечивает услуги с установлением соединения и без установления соединения с протоколами более высокого уровня. Этот включает возможность мультиплексирования протоколов, операции сегментации и повторной сборки, а также групповые абстракции.
SDP. Службы обнаружения – важный аспект структуры Bluetooth.Протокол обнаружения услуг (SDP) предоставляет средства для приложений для запроса сервисов и характеристик сервисов, после чего соединение может быть установлено между двумя или более устройствами Bluetooth. SDP сильно отличается от обнаружения сервисов в традиционных сетевые среды. SDP построен поверх L2CAP.
Протокол замены кабеля
Протокол замены кабеля в стеке Bluetooth BR / EDR использует RFCOMM для эмуляции последовательных портов через L2CAP.RFCOMM эмулирует сигналы управления и данных RS-232 в основной полосе частот Bluetooth и обеспечивает транспортные возможности для служб более высокого уровня, которые использовать последовательный интерфейс в качестве транспортного механизма. RFCOMM также предоставляет несколько одновременные подключения к одному устройству и возможность подключения к нескольким устройствам.
Протоколы управления телефонией
Спецификация протокола управления телефонией, двоичная (двоичная TCS), определяет вызов сигнализация управления для установления данных и голосовых вызовов между устройствами Bluetooth.Он построен поверх L2CAP. Кроме того, двоичный код TCS определяет процедуры управления мобильностью для работы с устройствами Bluetooth.
Принятые протоколы
Помимо основных протоколов, стек Bluetooth BR / EDR включает протоколы, принятые из других стандартных органов. Эти принятые протоколы определены в спецификациях, выпущенных другими разработчиками стандартов. организаций и включены в структуру Bluetooth.
ГЧП. Протокол точка-точка (PPP) – это стандартный протокол инженерной группы Интернета (IETF) [3] для транспортировка дейтаграмм IP по каналу точка-точка. PPP проходит через RFCOMM, чтобы реализовать соединения точка-точка.
TCP, UDP и IP. Эти уровни являются определенными IETF базовыми протоколами набора протоколов TCP / IP.
TCP – этот протокол обеспечивает надежное виртуальное соединение между устройствами с реализовать передачу данных.TCP обрабатывает данные как поток байтов и передает их без ошибок или дублирования.
UDP – этот протокол является альтернативой TCP и обеспечивает ненадежный датаграммное соединение между устройствами. Поскольку в UDP нет сквозного соединения, данные передаются по ссылке без каких-либо гарантий обслуживания.
IP – этот уровень является протоколом сетевого уровня, который включает службу дейтаграмм. между устройствами, поддерживающими как TCP, так и UDP.
Использование TCP, UDP и IP в стеке Bluetooth BR / EDR обеспечивает связь с любым другим устройством, подключенным к Интернет.
OBEX. Протокол обмена объектами (OBEX) – это протокол уровня сеанса, разработанный Infrared Data Association (IrDA) для обмена объектами. Протокол OBEX обеспечивает функциональность аналогична HTTP, но более простым способом. HTTP – это приложение уровень протокола и выше TCP / IP.Протокол OBEX предоставляет клиенту надежный транспорт для подключения к серверу. Он также предоставляет модель для представление объектов и операций.
WAE и WAP. Стек Bluetooth BR / EDR включает среду беспроводных приложений (WAE) и протокол беспроводных приложений (WAP) в его архитектуру. Преимущества использования Функции WAE / WAP в стеке Bluetooth:
Создание шлюзов приложений, которые действуют как интерфейс между серверами WAP и какое-то другое приложение на ПК
Обеспечивает такие функции, как удаленное управление и получение данных с ПК на Телефонная трубка Bluetooth
Повторное использование верхнего программного приложения, разработанного для приложения WAP среда
Профили приложений и службы
Для получения дополнительной информации см. Уровень приложений.
Альтернативный MAC / PHY
Альтернативный менеджер MAC / PHY (AMP) является вторичным контроллером в базовой системе Bluetooth. После установления соединения L2CAP между двумя устройствами по радио BR / EDR менеджер AMP может обнаружить AMP, доступные на другое устройство. Если AMP является общим для двух устройств, основная система Bluetooth предоставляет механизмы для перемещения трафика данных из BR / EDR. контроллер к контроллеру AMP.
Каждый менеджер AMP состоит из уровня адаптации протокола (PAL) поверх MAC и PHY. PAL сопоставляет протоколы Bluetooth с конкретными протоколами базового MAC и PHY.
Каналы L2CAP могут быть созданы или перемещены на AMP. Если физическая ссылка AMP имеет Тайм-аут контроля канала, тогда каналы L2CAP можно переместить обратно в радиомодуль BR / EDR. К минимизировать энергопотребление устройства, AMP включаются или отключаются по мере необходимости.
HCI
HCI обеспечивает командный интерфейс для радиомодуля BR / EDR, контроллера основной полосы частот и менеджер ссылок.Это единый стандартный интерфейс для доступа к возможностям основной полосы частот Bluetooth, состоянию оборудования и управлению. регистры.
Примечание
Для получения дополнительной информации об архитектуре стека протоколов Bluetooth BR / EDR см. том 1, часть A, разделы 2 и 2.1 базовой спецификации Bluetooth [1].
Zigbee против Bluetooth: выбор правильного протокола для вашего IoT-приложения
Беспроводные протоколы Zigbee® и Bluetooth® широко используются для локальной связи в приложениях Интернета вещей (IoT), и есть некоторые компромиссы, которые необходимо учитывать при выборе подходящего для вашего приложения.Каждый протокол имеет уникальные сильные стороны, которые определяют, какое решение использовать при проектировании новой сети.
В определенных ситуациях один протокол будет лучше подходить, чем другой, хотя иногда правильным решением является реализация обоих вместе, чтобы воспользоваться их объединенными сильными сторонами, как мы обсудим в этой статье.
Чтобы лучше понять эти варианты протокола IoT, давайте рассмотрим преимущества и ограничения Zigbee, а затем то же самое для трех разных «разновидностей» Bluetooth: Classic, BLE и BT Mesh.Это поможет объяснить компромиссы и показать некоторые варианты использования для каждого, чтобы вы могли выбрать оптимальный протокол для своего приложения IoT – будь то умный город, промышленный IoT, цифровые вывески или другие варианты использования подключенных технологий.
Технология Zigbee в приложениях Интернета вещей
Zigbee – это открытый глобальный стандарт экономичных ячеистых сетей с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью, разработанный консорциумом компаний, входящих в Zigbee Alliance. Протокол Zigbee позволяет передавать данные на большие расстояния, передавая информацию через ячеистую сеть промежуточных узлов, чтобы достичь удаленных.Сообщения “прыгают” через промежуточные радиоузлы по пути к месту назначения. Частотный диапазон Zigbee 2,4 ГГц может быть реализован по всему миру без лицензии. В настоящее время развернуто около 300 миллионов узлов Zigbee.
Преимущества протокола Zigbee
С помощью Zigbee можно создавать существенные ячеистые сети, которые намного больше, чем досягаемость любого радиомодуля. Сетка Zigbee настраивается автоматически (самоформируется) и динамически реконфигурируется для самовосстановления, если узлы отключены или удалены (самовосстановление).В качестве интероперабельного стандарта устройства разных производителей могут беспрепятственно обмениваться данными, что способствует широкому распространению Zigbee как в домашней автоматизации, так и в промышленном IoT. Стоимость невысока, на открытом рынке имеется множество вариантов OEM-оборудования.
Документация широко доступна и охватывает множество различных вариантов использования. Таблицы маршрутизации, разрешение адресов, безопасность, повторные попытки и подтверждения встроены прямо в протокол, что значительно экономит время на разработку. Zigbee поддерживает несколько сетевых топологий, таких как точка-точка, точка-многоточка, звезда и ячеистая сеть, и позволяет использовать более 65000 узлов в каждой сети и на расстоянии до двух миль (3.2 км) идеальной прямой видимости на открытом воздухе.
Ограничения протокола Zigbee
Как и большинство ячеистых сетей, узлы Zigbee, которые маршрутизируют или “перескакивают” сообщения, должны быть постоянно включены. Конечные устройства, которые могут переходить в спящий режим для продления срока службы батареи, могут участвовать в сетке, но не продлевать ее.
Примечание : См. DigiMesh®, запатентованную технологию ячеистой сети Digi, для приложений, требующих перехода всей ячеистой сети в спящий режим. DigiMesh предоставляет альтернативу ячеистой сети Zigbee с некоторыми функциями, которые поддерживают требования приложений, такие как спящий режим в масштабе всей сети.Digi предоставляет решения Zigbee и DigiMesh для поддержки всего спектра потребностей приложений с сеткой.
Zigbee не использует IP-адресацию. Следовательно, необходимо установить шлюзы для связи с Интернетом и облачными службами. Поскольку большинство телефонов, планшетов и компьютеров не включают Zigbee, для связи с ними также требуются шлюзы. Инициализация должна выполняться намеренно, чтобы гарантировать, что узлы присоединяются к правильной сети и связываются с правильным шлюзом. Задержка с сеткой больше, чем с более простыми протоколами точка-точка, хотя это следует рассматривать в контексте гораздо большего эффективного диапазона и надежности сетки.
Примеры использования Zigbee в умных городах, сельском хозяйстве и др.
Домашняя автоматизация была колыбелью Zigbee, но коммерческие и промышленные варианты использования стали не менее заметными, включая интеллектуальную энергию, освещение, системы медицинских устройств, автоматизацию производства, муниципальное уличное освещение и системы мониторинга розничной торговли.
Интеллектуальное городское уличное освещение – отличный пример растущей тенденции в создании ячеистых сетей, для которой Zigbee хорошо подходит, поскольку обеспечивает такие ключевые функции, как удаленное управление большой сетью устройств.См. Историю клиента CIMCON на Digi.com, чтобы увидеть пример этого варианта использования.
Сельскохозяйственные приложения также используют преимущества технологии ячеистой сети, например, для управления устройствами, соединяющими интеллектуальные системы полива
Технология Bluetooth в приложениях Интернета вещей
Bluetooth – это протокол беспроводной сети для личного пользования, предназначенный для связи на небольших расстояниях. Первоначально он был создан для замены проводки, необходимой для подключения таких устройств, как компьютеры и сотовые телефоны, к их периферийным устройствам, таким как наушники, клавиатуры и мыши.Подобно Wi-Fi и Zigbee, он работает в диапазоне частот 2,4 ГГц, который во всем мире не требует лицензии.
Стандарт Bluetooth разработан и администрируется специальной группой по интересам Bluetooth (SIG), которая координирует взаимодействие между производителями устройств. Бренд Bluetooth охватывает несколько довольно разных протоколов. Хотя между этими протоколами существует некоторая совместимость, проще всего рассматривать их отдельно друг от друга, поэтому мы рассмотрим Bluetooth: классический, Bluetooth с низким энергопотреблением и Bluetooth Mesh в отдельных разделах.Ежегодно поставляется около 4 миллиардов устройств Bluetooth.
Bluetooth “Классик”
Bluetooth Classic предназначен для передачи данных с высокой пропускной способностью со скоростью до 2,1 Мбит / с на короткие расстояния, где длительное время автономной работы не является серьезной проблемой. Это отличное решение для аудио- и видеоустройств, которым требуется высокая пропускная способность и которые можно заряжать ежедневно. К классическим устройствам относятся мобильные гарнитуры, наушники, клавиатуры, мыши, принтеры и другие периферийные устройства, обычно подключаемые к компьютеру, автомобильной развлекательной системе или мобильному телефону.Bluetooth использует архитектуру главный / клиент. Один мастер может связываться с семью клиентскими устройствами в небольшой персональной сети.
Преимущества Bluetooth Classic
Если вашему проекту необходимо отправлять или получать большой объем данных, высокая пропускная способность Bluetooth Classic сослужит ему хорошую службу. Есть много устройств, реализующих Classic. Для аудио- и видеопотоков легко выполнить сопряжение с телефоном, планшетом или ноутбуком, чтобы начать получать информацию, а также могут поддерживаться последовательные потоки.Classic – это очень зрелый протокол, и документация широко доступна в книгах, в Интернете и, конечно же, в официальной документации по стандартам.
Ограничения Bluetooth Classic
Bluetooth Classic может быть сложным в реализации, требующим сопряжения вместе с пользовательским интерфейсом для управления этим процессом. Его высокая пропускная способность также означает, что он относительно энергоемкий. Протокол разработан для устройств, которые легко заряжаются ежедневно или, возможно, еженедельно, что делает его непригодным для многих приложений IoT.Сети довольно ограничены по размеру, поскольку протокол был разработан для замены периферийных кабелей малого радиуса действия, а не для масштабируемых сенсорных сетей, в которых размещены сотни устройств.
Классические варианты использования Bluetooth
Классическая версия Bluetooth очень популярна в аудиогарнитурах, подключении смартфонов к автомобилю и домашних развлечениях. Его высокая пропускная способность и соответствие отраслевым стандартам еще некоторое время будут стимулировать его использование в приложениях такого типа. Для большинства приложений Интернета вещей следующие две версии Bluetooth, вероятно, подойдут лучше.
Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE)
Bluetooth Low Energy поддерживает соединения с низкой пропускной способностью на короткие расстояния с отличным управлением питанием. Он используется в ситуациях, когда персональная сеть не должна обрабатывать большие потоки данных, и где батареи должны работать в течение нескольких месяцев или даже лет. Устройства BLE включают в себя маяки для определения местоположения, цифровые весы, мониторы температуры, контроллеры освещения, умные часы, кухонные кастрюли и тысячи других вариантов использования с малой пропускной способностью с батарейным питанием.
BLE реализует архитектуру клиент / сервер, которая позволяет аппаратному обеспечению реализовывать только необходимые функции связи, экономя деньги, батарею и полосу пропускания. Сети BLE теоретически могут содержать огромное количество устройств, хотя пропускная способность, физическое пространство и, что наиболее важно, диапазон ограничивают размер одной персональной сети BLE до нескольких сотен узлов.
Преимущества BLE
Это прямо в названии, Bluetooth Low Energy не потребляет много энергии.Устройства могут работать от монетных ячеек в течение длительных периодов времени, что делает его предпочтительным протоколом Bluetooth для устройств с ограниченным объемом данных, которым необходимо работать без присмотра в течение нескольких месяцев. Его более простой протокол имеет и другие преимущества. Менее сложное оборудование означает, что чипы и устройства BLE могут иметь довольно низкую стоимость.
Модель клиент-сервер упрощает реализацию коммуникаций, сокращая время проектирования и разработки. Это также означает, что устройства не должны быть сопряжены для связи, но могут считывать и отправлять данные асинхронно и мгновенно, когда это необходимо.Протокол широко применяется и реализуется на миллиардах устройств по всему миру с большим количеством документации, OEM-оборудованием и подготовленным персоналом по разработке.
Ограничения BLE
BLE – это протокол точка-точка. Следовательно, радиостанции не могут общаться за пределами своего индивидуального диапазона. Это ограничивает физический размер сетей типичным для BLE 10-метровым диапазоном, что хорошо для домашних офисов, но не так хорошо для приложений сельскохозяйственного мониторинга или управления городским уличным освещением.IP-адресация не реализована, поэтому необходимо использовать шлюзы для передачи информации в Интернет и в облачные решения.
Многие приложения BLE предназначены для использования смартфонов в качестве шлюза; однако это работает только при наличии смартфона. Для носимых устройств, таких как умные часы или фитнес-браслеты, это нормально, однако датчики, используемые в коммерческих и промышленных приложениях, обычно не обслуживаются, что делает шлюзы для смартфонов непрактичными или невозможными для реализации. BLE имеет гораздо меньшую пропускную способность, чем Bluetooth Classic, и не может эффективно использоваться для потоковой передачи мультимедиа.
Случаи использования Bluetooth с низким энергопотреблением
Персональные сети – это основной вариант использования BLE, включая бытовую технику, фитнес-мониторы и автомобильные сети. Сигнализация в BLE предназначена для поддержки систем позиционирования в помещении, которые могут определять ваше местоположение в розничном магазине или на заводе.
Домашняя автоматизация – ключевой рынок, но также любая небольшая коммерческая система может использовать Bluetooth Low Energy для связи внутри домашнего пространства. Таким образом, хотя BLE может не подходить для крупномасштабного сельского хозяйства, он идеально подходит для мониторинга небольших коммерческих теплиц.Он также может обеспечивать локальную связь для установщиков, которые настраивают устройства IoT, которые обычно работают по протоколу с большим радиусом действия, например Zigbee mesh или сотовым мобильным данным.
Сетка Bluetooth
Bluetooth Mesh (BT Mesh) – это совершенно новый протокол. Он расширяет простой двухточечный BLE с использованием дополнительных стандартов маршрутизации и формирования сети для создания ячеистых сетей, в которых узлы могут действовать как ретрансляторы для расширения сети за пределы диапазона любого одного устройства. BT Mesh в целом похож на Zigbee по функциям и архитектуре, но имеет несколько очень важных отличий.Сеть BT Mesh теоретически может поддерживать более 32 тысяч узлов, однако, как и другие протоколы, практические ограничения полосы пропускания и физического пространства обычно ограничивают отдельные сети до нескольких сотен устройств.
Преимущества Bluetooth Mesh
Сети, сформированные в виде ячеистой сети, не ограничены досягаемостью какого-либо отдельного радиоузла. Вместо этого каждый узел может пересылать и маршрутизировать сообщения адресатам, выходящим далеко за пределы их номинального диапазона, образуя очень большие физические сети. Поскольку Bluetooth Mesh основан на BLE, он обладает многими преимуществами этого протокола, включая низкое энергопотребление, хорошую безопасность, поддержку маяков и обширную базовую документацию.Сети BT Mesh являются самоформирующимися и самовосстанавливающимися, с поддержкой сна для конечных устройств в отношениях родитель / потомок с промежуточным хранением, аналогичных таковым в Zigbee.
Ограничения Bluetooth Mesh
Bluetooth Mesh все еще является новым протоколом, и он все еще подвергается усовершенствованиям и пересмотрам. Он еще не получил широкой поддержки, а это означает, что OEM-оборудование, шлюзы и портативные устройства вряд ли будут полностью совместимы. Это, вероятно, улучшится по мере того, как протокол набирает обороты; однако это определенно вызывает беспокойство у разрабатываемых сегодня приложений.
Протокол «управляемой лавинной рассылки» упрощает проектирование сети, но представляет собой компромисс между эффективностью и потреблением энергии по сравнению с протоколом с полной маршрутизацией, таким как Zigbee. Любое устройство, которое выполняет маршрутизацию, должно получать питание от сети, а не от батареи, потому что, как и узлы Zigbee, маршрутизаторам BT Mesh не разрешается переходить в спящий режим. Они не используют IP-адресацию, поэтому взаимодействие с Интернетом и облачными серверами должно осуществляться через фиксированные шлюзы или пограничные маршрутизаторы, которые осуществляют трансляцию между BLE и обычным протоколом Интернета.Ячеистые сети всегда имеют более высокую задержку, поскольку сообщения должны “прыгать” через несколько узлов на пути к месту назначения, поэтому приложения должны иметь возможность выдерживать более медленное время отклика в обмен на более крупный масштаб ячеистой сети.
Случаи использования сети Bluetooth
Bluetooth Mesh изначально разрабатывался для рынка освещения. Поскольку узлы маршрутизатора нуждаются в постоянном питании, освещение – отличное приложение, поскольку большинство устройств будет иметь постоянный доступ к постоянному сетевому питанию.Также существует прикладной уровень, реализованный Bluetooth Mesh специально для взаимодействия между производителями в освещении, поэтому переключатели от одного поставщика могут управлять осветительными устройствами, созданными другими поставщиками. Сенсорные сети могут легко поддерживаться с помощью BT Mesh, хотя, поскольку узлы маршрутизации в сети не могут питаться от батареи, сами датчики лучше всего реализовать в ситуациях, когда доступна сеть с питанием от сети, например, в здании с уже установленным освещением BT Mesh. .
Комбинированный Zigbee BLE
Радиочастотные модули
Digi XBee 3 Zigbee также поддерживают Bluetooth Low Energy в качестве единого аппаратного решения.BLE можно использовать вместе с Zigbee для поддержки простой настройки модуля на смартфоне с помощью мобильного приложения Digi XBee. Приложения для передачи сигналов можно разрабатывать с помощью Digi XBee Mobile SDK (Software Development Kit).
SDK включает набор библиотек, примеров кода и документации, предназначенных для упрощения процесса создания мобильных приложений iOS и Android для взаимодействия с модулями Digi XBee 3. SDK может поддерживать приложения для передачи сигналов, а также будет полезен для связи с локальными датчиками BLE в будущих приложениях, объединяющих устройства Bluetooth и Zigbee для формирования больших и полностью совместимых сетей от разных производителей.
Zigbee и Bluetooth полезны в различных типах решений IoT. Что наиболее важно, они могут работать вместе для создания чрезвычайно гибких приложений, сочетающих сильные стороны каждого хорошо зарекомендовавшего себя и совместимого протокола. Понимание сильных и слабых сторон каждого из них, включая множество версий Bluetooth, должно помочь разработчикам создать наиболее эффективную систему связи – такую, которая уравновешивает энергопотребление, полосу пропускания и затраты на устройства для создания мощных беспроводных сетей IoT.
Нужна помощь?
В Digi есть группы экспертов, которые помогают разработчикам выбрать правильное решение для своих приложений, определить свою стратегию вывода на рынок и продвинуть приложение от идеи к разработке и сертификации для местных и мировых рынков.

	Bluetooth Classic	Bluetooth v4.x	Bluetooth v5.0 901
Скорость передачи данных	1 Мбит / с	1 Мбит / с	2 Мбит / с	2 Мбит / с
Максимальный диапазон	10 м	30 м
Энергопотребление	Очень высокий	Высокий	Низкий	Очень низкий
Пропускная способность	700 кбит / с	300 кбит / с	907 907 907 907 907 907 907 907 0 140010 Емкость	31 байт	31 байт	255 байт 90 140	255 байт

	Bluetooth	Zigbee	Wi-Fi
802.11 a / b / g
Диапазон частот	2,4 ГГц	868/916 МГц, 2,4 ГГц	2.4 ГГц, 5 ГГц
Скорость передачи данных	1 Мбит / с	250 кбит / с	54 Мбит / с
Диапазон	10 м	10–100 м	Количество каналов RF	79	16	14
Ширина полосы канала	1 МГц	0,3 / 0,6 МГц; 2 МГц	22 МГц
Тип модуляции	GFSK	BPSK + ASK; O-QPPSK	BPSK, QPSK, COFDM, CCK, M-QAM
базовая ячейка	Piconet	Star	BSS
базовая ячейка Дерево кластера, сетка	ESS
Аутентификация	Общий секрет	CBC-MAC (CCM)	WPA2 (802.11)

BD-ADDR	48-битный адрес устройства Bluetooth (стандарт IEEE802). Он разделен на LAP (нижняя адресная часть из 24 битов), UAP (верхняя адресная часть из 8 битов) и NAP (незначащая адресная часть из 16 битов).
AM-ADDR	3-битный адрес активного члена.AM_ADDR со всеми нулями предназначен для широковещательных сообщений.
PM-ADDR	8-битный адрес элемента, назначаемый припаркованным ведомым устройствам
AR-ADDR	Он используется припаркованным ведомым устройством, чтобы определить, разрешено ли ему отправлять сообщения доступа.

SR NO.	НАЗВАНИЕ	ТИП	ОПИСАНИЕ
1	ОБЩИЙ	ID	Несет код доступа к устройству (DAC) или код доступа по запросу (IAC).Занимает один слот.
2	ОБЩИЙ	NULL	Пакет NULL используется для получения информации о канале и управления потоком и не имеет полезной нагрузки. Занимает один слот. Не подтверждено.
3	ОБЩИЙ	ОПРОС	Нет полезной нагрузки. Подтверждено.Используется мастером для опроса ведомых устройств, чтобы узнать, работают они или нет. Занимает один слот.
4	ОБЩИЙ	FHS	Специальный контрольный пакет для раскрытия адреса устройства Bluetooth и часов отправителя. Используется в ответе мастера страницы, ответе на запрос и синхронизации скачков частоты.
5	ОБЩИЙ	DM1	Для поддержки управляющих сообщений в любом типе связи, а также для передачи обычных пользовательских данных.Занимает один слот.
6	SCO	HV1	Содержит 10 байтов информации. Обычно используется для передачи голоса. Закодировано 1/3 FEC. Занимает один слот.
7	SCO	HV2	Содержит 20 байтов информации. Обычно используется для передачи голоса.Закодировано 2/3 FEC. Занимает один слот.
8	SCO	HV3	Содержит 30 байтов информации. Обычно используется для передачи голоса. Не кодируется FEC. Занимает один слот.
9	SCO	DV	Комбинированный пакет данных и голоса. Голосовое поле не защищено FEC.Поле данных 2.3 FEC закодировано. Голосовое поле никогда не передается повторно, но может передаваться поле данных.
10	ACL	DM1	Содержит 18 байтов информации. Закодировано 2/3 FEC. Занимает один слот.
11	ACL	Dh2	Содержит 28 байтов информации.Не кодируется FEC. Занимает один слот.
12	ACL	DM3	Содержит 123 байта информации. Закодировано 2/3 FEC. Занимает три слота.
13	ACL	Dh4	Содержит 185 информационных байтов. Не кодируется FEC. Занимает три слота.
14	ACL	DM5	Содержит 226 байтов информации. Закодировано 2/3 FEC. Занимает пять слотов.
15	ACL	DH5	Содержит 341 байт информации. Не кодируется FEC. Занимает пять слотов.
16	ACL	AUX1	Содержит 30 байтов информации.Похож на Dh2, но без кода CRC. Занимает один слот.

НАЗВАНИЕ	ОПИСАНИЕ №
СТРАНИЦА	Это подсостояние используется ведущим для активации и подключения к ведомому.Главный отправляет сообщения пейджинга, передавая код доступа подчиненного устройства (DAC) по различным каналам перехода.
СКАНИРОВАНИЕ СТРАНИЦ	В этом подсостоянии ведомое устройство прослушивает свой собственный код доступа к устройству (DAC) в течение всего окна сканирования. Подчиненное устройство прослушивает в этом окне сканирования с частотой одиночного скачка (полученной из его последовательности скачков страниц)
ОТВЕТ РАБОТНИКОВ	Slave отвечает на пейджинговое сообщение мастера в этом подсостоянии, которое возникает, если подчиненное устройство коррелирует в подсостоянии сканирования страницы с пейджинговым сообщением мастера.Подчиненное устройство переходит в состояние Соединение после получения пакета FHS от ведущего.
ОТВЕТ МАСТЕРА	Мастер достигает этого подсостояния после того, как получает ответ ведомого на свое пейджинговое сообщение для него. Ведущее устройство отправляет пакет FHS ведомому, и если ведомое отвечает, ведущее устройство переходит в состояние Соединение .
ЗАПРОС	Запрос используется для определения идентичности устройств Bluetooth в близком диапазоне.Блок обнаружения собирает адреса устройств Bluetooth и часы всех блоков, которые отвечают на сообщение запроса.
ЗАПРОС СКАНИРОВАНИЕ	В этом состоянии устройства Bluetooth прослушивают запросы от других устройств. В этом сканирующем устройстве может прослушиваться общий код доступа для запроса (GIAC) или специальные коды доступа для запроса (DIAC).
ОТВЕТ НА ЗАПРОС	На запрос отвечает только ведомое устройство, но не ведущее устройство.Ведомое устройство отвечает пакетом FHS, который содержит код доступа ведомого устройства, собственные часы и некоторую другую информацию ведомого устройства.

ACTVE	В этом режиме и ведущий, и ведомый активно участвуют в канале путем прослушивания, передачи или приема. Главный и подчиненный синхронизируются друг с другом.
SNIFF	В этом режиме ведомое устройство вместо того, чтобы слушать сообщение ведущего для этого ведомого устройства, оно прослушивает указанные временные интервалы для своих сообщений.Следовательно, он может перейти в спящий режим для экономии энергии.
ВЕРСИЯ	В этом режиме устройство временно не поддерживает пакеты ACL и переходит в спящий режим с низким энергопотреблением, чтобы разрешить такие действия, как сканирование страниц, запрос страниц и т. Д.
ПАРК	Когда ведомое устройство не желает участвовать в пикосети, но все еще хочет синхронизироваться в канале, оно переходит в режим парковки, что является активностью с низким энергопотреблением.

КОД	ОПИСАНИЕ
*0 00**	ЗАБРОНИРОВАН
*0 01**	ОТКЛОНЕНИЕ КОМАНДЫ
*0 02**	ЗАПРОС НА ПОДКЛЮЧЕНИЕ
*0 03**	ОТВЕТ НА ПОДКЛЮЧЕНИЕ
*0 04**	ЗАПРОС НА КОНФИГУРИРОВАНИЕ
*0 05**	НАСТРОЙКА ОТВЕТА
*0 06**	ЗАПРОС НА ОТКАЗ
*0 07**	ОТВЕТ НА ОТКЛЮЧЕНИЕ
*0 08**	ЗАПРОС ЭХО
*0 09**	ЭХО ОТВЕТ
*0 0a**	ЗАПРОС ИНФОРМАЦИИ
*0 0b**	ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОТВЕТ

Страна	Диапазон частот	RF каналы
Европа и США	2400-2483,5 МГц	F = 2402 + k МГц	k = 0, …….., 78
Япония	2471-2497 МГц	F = 2473 + k МГц	k = 0, ……… 22
Испания	2445-2475 МГц	F = 2449 + k МГц	K = 0, ……… 22
Франция	2446.5-2483,5 МГц	F = 2454 + k МГц	K = 0, …… ..22

Класс мощности устройства	Мощность Излучено	Диапазон
Класс 1	100 мВт	~ 100 м
Класс 2	2.5 мВт	~ 10 м
Класс 3	1 мВт	~ 1 м

Версия	Скорость передачи данных	Максимальная мощность Применение
Версия 1.2	1 Мбит / с	.7 Мбит / с
Версия 2.0	3 Мбит / с	2,1 Мбит / с
Версия 3.0	24 Мбит / с	–

Протоколы блютуз: Bluetooth протоколы: стек протоколов bluetooth

Стек протоколов Bluetooth | Компьютерные сети

Стек протоколов – Bluetooth

Звук через Bluetooth: версии и кодеки, влияют ли они на качество звука?

Версии Bluetooth

Bluetooth и аудиокодеки

Итак, подведем итоги:

Bluetooth – это… Что такое Bluetooth?

Название и логотип

История создания и развития

Принцип действия Bluetooth

Спецификации

Bluetooth 1.0

Bluetooth 1.1

Bluetooth 1.2

Bluetooth 2.0 + EDR

Bluetooth 2.1

Bluetooth 2.1 + EDR

Bluetooth 3.0 + HS

Bluetooth 4.0

Стек протоколов Bluetooth

Профили Bluetooth

Безопасность

Инициализация bluetooth-соединения

Уязвимости и атаки

Базовая pairing атака (атака на сопряжение)

Re-pairing атака (атака на пересопряжение)

Оценка времени подбора PIN-кода

Применение

См. также

Примечания

Ссылки

Bluetooth 4.2 и 5.0 — в чем разница?

Стек протокола Bluetooth

Стек протокола BLE

Bluetooth Стек Протокола BR/EDR

Nordic nRF51822 Bluetooth smart

Основы Bluetooth – learn.sparkfun.com

Что такое Bluetooth?

Хотите попробовать свои силы в разработке Bluetooth?

SparkFun Bluetooth Mate Серебристый

Рекомендуемая литература

Рекомендуемый просмотр

Как работает Bluetooth

Мастера, рабы и пикосети

Адреса и имена Bluetooth

Процесс подключения

Склеивание и сопряжение

Класс мощности

Профили Bluetooth

Профиль последовательного порта (SPP)

Устройство интерфейса человека (HID)

Профиль громкой связи (HFP) и профиль гарнитуры (HSP)

Расширенный профиль распространения звука (A2DP)

Профиль дистанционного управления аудио / видео (AVRCP)

Общие версии

Bluetooth версии 1.2

Bluetooth v2.1 + EDR

Bluetooth версии 3.0 + HS

Bluetooth v4.0 и Bluetooth с низким энергопотреблением

Сравнение беспроводных сетей

Ресурсы и дальнейшее развитие

Стандарт Bluetooth – простое руководство по протоколу для новичков

Протокол Bluetooth (часть 2): типы, обмен данными, безопасность

Категории протокола Bluetooth

Внутренняя информация о протоколах Bluetooth

Протоколы ядра Bluetooth

Протоколы замены кабеля

Принятые протоколы

Протокол управления телефонией

Транспортный протокол управления аудио / видео (AVCTP)

Протокол передачи аудио / видео данных (AVDTP)

Обмен объектами (OBEX)

Протокол Bluetooth (часть 1): основы и работа

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Статьи о системах на основе Интернета вещей

RF Статьи о беспроводной связи

5G NR Раздел

Учебные пособия по беспроводным технологиям