2016/09/17 08:53:42

Bluetooth

Bluetooth — международный стандарт беспроводных коммуникаций малого радиуса действия. Основное назначение Bluetooth — обеспечение экономичной радиосвязи между различными типами электронных устройств, причём немалое значение придается компактности электронных компонентов, что даёт возможность применять Bluetooth в малогабаритных приборах.

Содержание

Логотип стандарта «Bluetooth»

Технология Bluetooth является твердо устоявшимся коммуникационным стандартом для беспроводной связи на малых расстояниях, соединяя устройства посредством одной универсальной радиолинии с малым радиусом действия. Изначально дальность действия радиоинтерфейса закладывалась равной 10 метрам, однако сейчас спецификациями Bluetooth уже определена и вторая зона — около 100 м. При этом нет необходимости в том, чтобы соединяемые устройства находились в зоне прямой видимости друг друга. К тому же, взаимодействующие между собой приборы могут находиться в движении.

Происхождение названия

Технология получила своё название в честь скандинавского короля Харальда Синезубого (Harald Bluetooth), прославившегося объединением датских и норвежских земель. В 1994 году компания Ericsson воздвигла памятник Харальду в шведском городе Лунде, освежив в памяти потомков эпизоды мировой истории и дав имя монарха новой беспроводной технологии для мобильных коммуникаций.

Создание и развитие технологии

1994

В 1994 году компания Ericsson сформировала рабочую группу по разработке нового радиоинтерфейса, который позволил бы устанавливать связь между сотовым телефоном и беспроводной гарнитурой, и при этом не был бы дорогим и энергоёмким. Согласно проекту, технология должна была обеспечить:

  • использование по всему миру;
  • работу с голосом и передачей данных;
  • возможность установки соединений типа ad hoc;
  • возможность противостоять помехам от других источников в открытой полосе;
  • очень компактный размер для обеспечения удобной интеграции с различными устройствами;
  • ничтожное энергопотребление, в сравнении с другими устройствами, предназначенными для подобных целей;
  • открытый интерфейсный стандарт;
  • низкую стоимость.

1998

В начале 1998 года компании Nokia Corporation, IBM, Toshiba, и Intel присоединились к консорциуму по разработке беспроводной связи, создав специальную рабочую группу (Special Interest Group — SIG). В развитии участвовали и другие, менее крупные организации.

1999

В конце 1999 года было опубликовано первое описание новой технологии. Сразу же было объявлено, что созданный вариант стандарта Bluetooth 1.0.B не является окончательным и финальная спецификация должна выйти только после дополнительных проверок и доработок.

2002

Спустя год после выпуска первого варианта стандарта, группа SIG опубликовала версию 1.1 спецификации Bluetooth. В марте 2002 года Палата стандартов IEEE-SA одобрила новый стандарт беспроводных коммуникаций, получивший обозначение IEEE 802.15.1 и созданный на основе спецификации Bluetooth 1.1.

2004

В 2004 году была разработана технология Bluetooth 2.0, которая увеличила скорость передачи данных до 2,1 Мбит/с, а функциональность Bluetooth-устройств была расширена в 2007 году с появлением Bluetooth 2.1.

2008

Последнее обновление Bluetooth было в августе 2008 г., когда Bluetooth SIG представил версию 2.1+EDR. В тот раз было снижено энергопотребление и повышен уровень защиты данных.

2009: Bluetooth 3.0

В апреле 2009 года консорциум Bluetooth SIG проанонсировал выпуск новой версии технологии беспроводной передачи данных Bluetooth. Новая, третья версия Bluetooth обеспечит скорость передачи данных, сопоставимую со стандартом Wi-Fi, что в несколько раз выше по сравнению с Bluetooth 2.1. Согласно пресс-релизу консорциума, «новая спецификация позволит передавать большие видеофайлы, коллекции музыкальных треков и библиотеки фотографий за секунды».

Новая спецификация будет включать технологию Enhanced Power Control (EPC), которая обеспечит более стойкое соединение между Bluetooth-устройствами, препятствуя его разрыву при возникновении препятствий на пути сигнала.

Консорциум анонсировал, что скорость передачи данных от одного Bluetooth-устройства третьего поколения к другому составит 300 Мбит/с.

2010: Bluetooth 4.0

Спецификации беспроводного интерфейса Bluetooth 4.0, отличающегося низким энергопотреблением, наконец утверждены. По словам представителей ассоциации Bluetooth Special Interest Group, отвечающей за его стандартизацию, первыми устройствами, поддерживающими данную технологию, станут интеллектуальные измерительные приборы и портативные компьютеры. И появятся они на рынке уже в 2010 году.

Стандарт Bluetooth 4.0 представляет собой модернизированный вариант предыдущей версии технологии, Bluetooth 3.0, которая была подготовлена в 2009 году. В новую версию включены спецификации, обеспечивающие снижение энергопотребления при передаче небольших порций данных на короткие расстояния. Сюда же относятся и возможности высокоскоростной пересылки, представленные в версии Bluetooth 3.0 и позволяющие устройствам переключаться на беспроводные локальные сети 802.11 для передачи данных со скоростью до 25 Мбит/с.

Ожидается, что в первую очередь технология найдет применение в часах, интеллектуальных измерительных устройствах, шагомерах и других приспособлениях, работающих на компактных батарейках. Портативные компьютеры и смартфоны в конечном итоге также будут оснащены интерфейсами Bluetooth 4.0 и смогут собирать данные, поступающие с других устройств. Помимо всего прочего, это поможет осуществлять постоянный контроль за состоянием здоровья людей и следить за эффективным использованием электроэнергии.

Функции беспроводной передачи данных, которые появляются во все новых электронных устройствах, упрощают их взаимодействие с другими устройствами. Однако использование с этой целью технологии Wi-Fi не оптимально: она требует постоянного подключения, что отрицательно сказывается на продолжительности работы устройств от батарей. Благодаря Bluetooth 4.0 можно сократить энергопотребление при организации обмена небольшими порциями данных (в том числе служебных) на коротких расстояниях.

В настоящее время существуют и другие беспроводные технологии, способные составить конкуренцию Bluetooth 4.0. В комплекте Nike+iPod используется патентованная технология, обеспечивающая быструю передачу небольших порций данных от специального датчика, вмонтированного в обувь Nike, на устройства Apple iPod и iPhone. В конце июня компания Monster анонсировала очки Vision Max 3D, осуществляющие информационный обмен с телевизором посредством беспроводной технологии с низким энергопотреблением, которая была разработана в рамках проекта Zigbee Alliance.

Ассоциация Bluetooth SIG объединяет более 13 тыс. компаний, к числу которых относятся такие известные производители, как Intel, Lenovo, Microsoft, Motorola и Nokia Corporation.

2014: Bluetooth 4.2

В начале декабря 2014 года организация Bluetooth Special Interest Group выпустила техническую спецификацию беспроводной технологии передачи данных Bluetooth 4.2. Стандарт значительно улучшили в том, что касается скоростных характеристик и информационной безопасности.

В стандарт обещают официально добавить возможность прямого подключения к Сети. То есть устройства с поддержкой Bluetooth 4.2 смогут не только напрямую взаимодействовать друг с другом, но и подключаться к Интернет (благодаря поддержке протокола IPv6/6LoWPAN) через соответствующие точки доступа.

Ключевая идея развития стандарта заключается в том, чтобы с помощью Bluetooth можно было соединить любые устройства друг с другом. То есть, по сути, речь идет о так называемом Интернете Вещей (Internet of Things, IoT). Согласно оценкам Harvard Business Review и Goldman Sachs, в 2020 году к Интернету Вещей будет подключено 28 млрд «вещей». Разработчики Bluetooth претендуют на определенную (видимо, значимую) долю этого пирога. Учитывая тот факт, что технология Bluetooth достаточно энергоэффективна, шансы на успех высоки.

Также спецификация Bluetooth стала безопаснее. Отныне активные Bluetooth-устройства будет сложнее отследить или перехватить соответствующий трафик до тех пор, пока пользователь самостоятельно не разрешит подобное в настройках. Новые Bluetooth-гаджеты смогут передавать данные со скоростью в 2,5 раза больше, чем при использовании предыдущей версии протокола. Этого удалось достичь с помощью увеличения размера стандартного пакета данных.

Ожидается, что первые устройства с поддержкой Bluetooth 4.2 будут представлены в начале 2015 года. Точных сроков производители пока не называют.

2016: Bluetooth 5

17 июня 2016 года консорциум Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) представила следующую версию стандарта Bluetooth - 5. Ее появление на коммерческом рынке запланировано в конце 2016 или начале 2017 года [1].

Bluetooth 5 предложит вчетверо больший радиус действия, вдвое большую скорость передачи данных и восьмикратно увеличенную емкость сообщения бесконтактной радиопередачи.

Контакты Bluetooth сегодня и завтра, (2016)

Это первое значительное обновление стандарта начиная с 2009 года, когда эфир увидел Bluetooth 4.

С увеличением емкости радиосообщений станет возможна передача более сложной, интеллектуальной информации. Это приведет к изменению способа передачи информации Bluetooth-устройствами. Модель создания пары уйдет в прошлое. На ее место придет так называемое бесконтактное соединение, утверждают в Bluetooth SIG.

Мировые поставки устройств с поддержкой Bluetooth к 2020 году достигнут 371 млн штук, согласно оценке ABI Research. Восьмикратно увеличенная емкость радиосообщений Bluetooth 5 предоставит возможности для распространения радиомаяков и услуг с привязкой к местности в сферах автоматизации, промышленности и предпринимательства.

«
Сегодня в мире используется 8,2 млрд Bluetooth-устройств. Благодаря дальнейшему развитию Bluetooth, включая выпуск Bluetooth 5, к 2020 году данная технология будет присутствовать в одной трети всех запущенных устройств интернета вещей.

Марк Пауэлл (Mark Powell), исполнительный директор Bluetooth SIG
»

2017

Bluetooth-вирус BlueBorne смог вскрыть соседнее устройство за 10 секунд

Специалисты компании Armis Labs обнаружили в сентябре 2017 года вирус, который может распространяться и заражать смартфоны и другие устройства через Bluetooth без участия пользователей, пишет издание Wired[2].

Данному способу взлома было присвоено имя BlueBorne, он использует уязвимости в протоколе Bluetooth, передается с одного устройства на другое, причем действует вирус так, что пользователи не подозревают о том, что их система взломана[3].

По словам руководителя исследовательского подразделения Armis Labs Бена Сери, BlueBorne может привести к такому же массовому заражению, как и вирус WannaCry. Заражение может произойти в течение десяти секунд после того, как при сканировании ближайших устройств с включенным Bluetooth программа обнаружит уязвимость.

Три производителя операционных систем уже заявили, что выпустили обновления для ликвидации уязвимостей. В Apple заявили, что BlueBorne не страшен системам на iOS 10 или более новых версий, в Windows выпустили соответствующую «заплатку» еще в июле, а Google выпустила обновление в августе, однако его установка может занять некоторое время. ​Linux также разрабатывает способ защиты от нового вируса, однако под управлением этой операционной системы работает множество устройств (например, телевизоры), которые или не получают обновления, или делают это слишком редко.

Bluetooth Mesh

В середине июля организация Bluetooth SIG, которая занимается развитием беспроводной технологии, анонсировала формат Bluetooth с многоячеечной передачей данных.[4]

Представленный стандарт Bluetooth для передачи данных использует виртуальную сеть из множества ячеек. Данные в сети передаются от одной ячейки к другой, пока не дойдут до адресата.

Примерная схема сети Bluetooth Mesh

Стандарт Bluetooth Mesh может применяться, например, если нужно отправить данные с датчика в одной комнате на компьютер в другой в той же квартире. Информация будет передаваться через промежуточные узлы: смартфоны, планшеты, компьютеры и любые другие устройства, которые поддерживают технологию.

В том числе Bluetooth Mesh может оказаться полезным при организации взаимодействия устройств интернета вещей (IoT) для «умного» дома. Датчики и сенсоры смогут обмениваться данными с центральным узлом на больших расстояниях. Аналогичная отправка сигнала напрямую к приемнику потребовала бы больших затрат энергии, нежели передача на ближайшую ячейку. Как результат, устройства интернета вещей смогут работать дольше от одного аккумулятора, при этом их не потребуется подключать по проводу.

Особенность Bluetooth Mesh в том, что он не требует изменения аппаратной «начинки» устройства. Стандарт может работать на всех устройствах с Bluetooth 4.0 и 5.0, однако потребуется обновление софта.

Серия продукции Toshiba Bluetooth с низким энергопотреблением поддерживает стандарт Bluetooth Mesh

Решения Toshiba для сетей с ячеистой топологией обеспечивают увеличенный радиус действия и повышенную надежность обмена данными Bluetooth.

9 августа 2017 года компания Toshiba Electronics Europe объявила, что серия продукции Bluetooth с низким энергопотреблением теперь поддерживает стандарт Bluetooth Mesh. Сочетание стандарта Bluetooth Mesh 1.0 и прикладного программного обеспечения Toshiba позволяет изделиям Bluetooth с низким энергопотреблением компании Toshiba одновременно увеличить радиус действия и надежность обмена данными за счет использования сети Bluetooth с ячеистой топологией, а также увеличить время работы от батареи.

Благодаря сочетанию открытого решения для создания сетей с ячеистой топологией и собственных решений для коммуникационных систем Bluetooth компания Toshiba повышает надежность обмена данными на основе ведущей в мире коммуникационной технологии и расширяет поддержку таких быстро растущих сегментов, как системы промышленной автоматизации, управление зданиями и освещением.

Ранее расширение эффективного радиуса обмена данными по технологии Bluetooth с низким энергопотреблением или передача сигнала через большое количество стен требовали повышения мощности передачи, что отрицательно сказывалось на времени автономной работы. Передача на большой мощности была основным способом решения таких проблем, как радиочастотные помехи в промышленной среде или передача сигналов через толстые бетонные стены. Этот подход имел существенные ограничения, и оказался неэффективным для устройств с ограниченным питанием, работающих от батарей, а также для сред с неблагоприятной радиочастотной обстановкой.

Поддержка нового сетевого стандарта Bluetooth Mesh 1.0 позволяет устройствам Bluetooth с низким энергопотреблением компании Toshiba конфиденциально и надежно ретранслировать сообщения по сети с ячеистой топологией, не требуя непосредственных подключений между устройствами. Это увеличивает радиус действия и повышает надежность обмена данными по технологии Bluetooth с низким энергопотреблением без повышения требований к электропитанию.

Благодаря решениям для систем Bluetooth с низким энергопотреблением компания Toshiba также может обеспечить расширение радиуса обмена данными и увеличение мощности сигнала для работы на расстоянии более 300 м на открытом пространстве при низких уровнях мощности передатчика и приемника. Благодаря наличию поддержки технологии Bluetooth Mesh продукция компании Toshiba служит полнофункциональным решением, обеспечивая больший радиус действия для Bluetooth версии 4.2 по сравнению с предыдущими одноранговыми подключениями Bluetooth.

Технические характеристики Bluetooth

Для работы радиоинтерфейса Bluetooth используется так называемый нижний (2,45 ГГц) диапазон ISM (Industrial, Scientific, Medical), предназначенный для работы промышленных, научных и медицинских приборов. Особенностью данного диапазона является то, что почти во всех странах мира (включая Россию), он свободен от лицензирования, то есть для использования сертифицированного передающего оборудования, работающего на этих частотах, не требуется дополнительное разрешение.

Ширина канала для Bluetooth-устройств составляет 723,2 Кбит/с в асинхронном режиме или 433,9 Кбит/с в полностью синхронном режиме. Через Bluetooth-соединение можно передавать аудиоинформацию — через 3 канала по 64 Кбит/сек каждый, в случае, если не передаются другие данные. Возможна и комбинированная передача данных и голоса.

Принцип работы и соединения Bluetooth-устройств

Первоначально все Bluetooth-устройства находятся в режиме Standby, в котором они каждые 1,28 секунды прослушивают 32 фиксированные частоты. Устройство, оказавшись в незнакомом окружении, начинает посылать запросы на этих частотах.

При приеме запроса Bluetooth-устройство реагирует на него в соответствии с режимом, в котором оно находится. В режиме отклика (discoverable mode) устройство всегда отвечает на все полученные запросы. Режим ограниченного отклика (limited discoverable mode) подразумевает, что устройство может отвечать на запросы только ограниченное время или при других определенных условиях. Третий режим, отказа в отклике (non-discoverable mode), запрещает устройству отвечать на запрос.

Кроме того, при подключении устройство может быть подключаемым (connectable mode) или недоступным (non-connectable mode). Во втором случае устройство не позволяет настроить ряд параметров соединения и обмениваться данными.

После взаимного обнаружения устройства определяют используемый диапазон частот, размер страниц, количество и порядок смены частот и другие физические параметры соединения.

Каждое Bluetooth-устройство имеет глобальный уникальный адрес (аналог MAC-адресов у сетевых плат), но на уровне пользователя обычно используется имя устройства, которое может быть любым и не быть уникальным. Имя может быть длиной до 248 байт и использовать кодовую страницу в соответствии с Unicode UTF-8.

Bluetooth-устройства могут устанавливать соединения не только типа точка-точка, но, что и является основным, многоточечные соединения. При этом они объединяются в пикосети. Процедура соединения инициируется одним, причем любым, из устройств, которое и становится главным (master) в пикосети. При этом в одной пикосети может быть не более семи ведомых (slave) устройств.

Использование Bluetooth

Основным направлением использования Bluetooth является создание персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи и холодильники. Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Узлами персональной сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в получении информации или обладающие необходимой информацией.

Bluetooth с поддержкой биометрии, GPS и IPv6

Предполагаемый план дальнейшего развития Bluetooth был неофициально получен летом 2013 года из Bluetooth Special Interest Group (SIG), якобы показывая, какие функциональные возможности следующих трех итераций беспроводного протокола будут доступны как для разработчиков, так и для пользователей.

Согласно документу, будущие версии Bluetooth смогут похвастаться поддержкой биометрии, GPS и IPv6.

Согласно MYCE, в конфиденциальном документе прогнозируется, что Bluetooth LE, или Bluetooth Low Energy, вероятно, будет одним из основных направлений, ориентированным на продление срока службы батарей для все более меньших устройств.

"Из основных возможностей, запланированных для дебюта, самое интересное представляет собой функции позиционирования, которые могут хорошо сочетаться с недавним приобретением Apple WiFiSLAM, небольшой фирмы, которая создала технологию "внутреннего GPS" на основе Wi-Fi стандарта", объяснил AppleInsider.
"Новая итерация Bluetooth, как ожидается, будет готова в 2014 году и будет основана на расширенной структуре пакета, который позволяет осуществлять пеленгацию, отслеживание движения и позиционирование "внутреннего GPS".

Между тем, инженеры также работают над интеграцией IPv6 в Bluetooth LE - это позволило бы назначить каждому Bluetooth-совместимому устройству уникальный идентификатор (IP-адрес), позволяя объектам реального мира быть обнаруженными и доступными через Интернет.

Неудивительно, что будущие версии Bluetooth также будет предлагать более высокую скорость передачи, более низкое энергопотребление, расширенный диапазон и повышенную конфиденциальность.

Конкурирующие технологии

  • Wi-Fi Direct (Wi-Di) - протокол беспроводной передачи данных, который построен на базе Wi-Fi, но проще в настройке. Главные его преимущества – скорость соединения в 12 раз выше, чем у Bluetooth, дальность связи – до 100 метров, а главное – хорошая защищенность.

  • Visible Light Communication (VLC ) - в 2011 году используя световые волны, излучаемые белыми LED-источниками, которые модулируются на определенной частоте, ученым из Германии удалось сбросить файл с одного компьютера на другой со скоростью 10 мегабит в секунду. При этом не использовались никакие кабели и беспроводные маршрутизаторы. Только световые волны, колебание которых незаметны для человеческого глаза. Радиус действия технологии, которая получила название Visible Light Communication или просто VLC около 5 метров. Разработчики подчеркивают невероятную защищенность передачи данных от перехвата.

Примечания