Brzina prijenosa podataka Bluetooth 4.2. Toshiba Bluetooth Low Energy serija proizvoda podržava Bluetooth Mesh standard

Zanimljiva riječ Bluetooth je protokol za razmjenu informacija o ne velike udaljenosti. Područje pokrivanja mu je prilično skromno u odnosu na Wi-Fi (maksimalno 100 metara, a čak i tada najboljem slučaju, ako imate najnoviju verziju), a brzina prijenosa podataka je niska. No, te nedostatke nadoknađuje niska potrošnja energije i velika brzina veze (tzv. uparivanje) telefona.

Bluetooth - vrlo stara tehnologija na IT tržištu; prvi verzija (1.0) rođena je davne 1998. Na ovaj trenutak smatra se zastarjelim i ne koristi se ni u jednom komercijalno dostupnom uređaju.

Bluetooth verzije

Sljedeća verzija protokola je 1.2 - sada se također smatra zastarjelim, ali je vjerno služio korisnicima telefona puno dulje. Još uvijek se može naći u nekim jeftinim Mobilni uredaji kineske proizvodnje. Maksimalna brzina prijenosa Bluetooth podaci 1.2 je 721 Kbps. Telefoni se uparuju mnogo brže, možete ostati na mreži anonimno. Ova verzija protokola omogućuje prijenos ne samo glazbe i slika, već i drugih vrsta datoteka, kao i servisnih podataka.

Pojava EDR tehnologije, ili Enhanced Data Rate, postala je sljedeći korak u razvoju Bluetootha, i to prilično velik. Brzina prijenosa podataka u teoriji se povećala na 3 Mbps, iako se u praksi obično nije pela iznad 2 Mbps. Ovu tehnologiju podržavaju dvije verzije bluetootha - 2.0, objavljena 2004. godine, i 2.1, koja je rođena 2007. godine. Gotovo su potpuno identični, razlikuju se samo u tehnologijama za uštedu energije.

S Bluetooth 2.1 kompatibilan s gotovo svim komercijalno dostupnim Mobiteli, navigatore, slušalice i druge uređaje. Potrošnja energije u usporedbi s prethodnim verzijama protokola pala je gotovo 10 puta, što je omogućilo masovnu proizvodnju kompaktnih slušalica.

Bluetooth verzija 3.0 pojavio se 2009. godine, a svojim izgledom postao mogući prijenos informacije puno većom brzinom nego prije (HS tehnologija ili High Speed). Bluetooth 3.0 + HS kompatibilni uređaji opremljeni su 2.1 + EDR (do 3 Mbps), kao i drugim modulom koji radi slično kao i Wi-Fi i pruža brzine do 24 Mbps. Unatoč sličnom principu rada, ne postoji izravna kompatibilnost s Wi-Fi.

HS tehnologija, uz sve svoje prednosti, imala je jedan ozbiljan nedostatak - veliku potrošnju energije. Međutim, već 2010. godine, kada je Bluetooth 4.0, ispravljeno je. Čip ove verzije prisutan je u svima vrhunski pametni telefoni i tabletima, kao i u većini ultrabookova. Možete prenositi podatke na udaljenosti do 100 metara brzinom do 30 Mbps.

Međutim, treba napomenuti da nisu sve mogućnosti ovaj standard Bluetooth je opcionalan. Dakle, mogućnost dugog život baterije(funkcija Bluetooth niska energija ) podržavaju samo najnoviji uređaji.

Većina perifernih uređaja, kao što su slušalice, navigator itd., podržava Bluetooth 2.1 + EDR, pa ako vaš uređaj podržava istu verziju, bit ćete u redu. Iako neki uređaji mogu podržavati druge verzije protokola. Tako Texas Instruments MetaWatch sat za otklanjanje pogrešaka, koji na zaslonu prikazuje različite informacije o pametnom telefonu, podržava Bluetooth 4.0. Da bi sve funkcioniralo, vaš uređaj mora podržavati istu verziju.

Ako ti je važno prijenos velike brzine informacija, tada vam je potrebna verzija Bluetooth 3.0 ili 4.0 na oba uređaja. Iako velika brzina prijenos podataka može se postići i kroz NFC tehnologija(Funkcija S Beam u novim Samsung pametnim telefonima). da i WiFi Direct u mnogim slučajevima je prikladnija za korištenje, jer ovu funkciju podržavaju mnogi uređaji temeljeni na Androidu 4.0, a brzina prijenosa je puno veća u odnosu na Bluetooth.

Bluetooth profili

Shvatili smo Bluetooth verzije; svaki ima svoje karakteristike - ne možete zbuniti. I također nemojte brkati bluetooth verzije s profilima. Profil je specifična aktivnost koja je moguća na različitim verzijama protokola.

Profil A2DP omogućuje prijenos datoteka i stereo zvuk, koji je dostupan u Bluetooth verziji 1.2 i novijim. Međutim, svaki određeni uređaj može imati svoj skup profila, pa neke radnje, čak i uzimajući u obzir najnoviju verziju bluetootha, možda neće biti dostupne. Primjerice, pametni telefoni s Windowsima ne podržavaju razmjenu informacija putem Bluetootha, a korisnik će morati posegnuti za nekim trikovima ako želi koristiti ovu značajku protokola.

Moderni pametni telefoni i drugi uređaji oglašavaju podršku za "Bluetooth 5.0" u svom popisu specifikacija. Evo što je novo u najnovijim i najboljim najbolja verzija bluetooth.

Što je Bluetooth?

Bluetooth 5.0 je Najnovija verzija bežični standard Bluetooth komunikacije. Obično se koristi za bežične slušalice i drugu audio opremu, te za bežične tipkovnice, miševi i kontroleri za igre. Bluetooth se također koristi za međusobnu komunikaciju razni uređaji pametni dom i internet stvari (IoT).

Nova verzija Bluetooth standarda znači razna poboljšanja, ali samo kada se koristi s kompatibilnim perifernim uređajima. Drugim riječima, nećete vidjeti nikakvu korist od nadogradnje svog telefona na Bluetooth 5.0 ako je sav vaš Bluetooth pribor dizajniran za stariju verziju Bluetootha. Međutim, Bluetooth je unatrag kompatibilan tako da možete nastaviti koristiti postojeće Bluetooth 4.2 i starije uređaje Bluetooth telefon 5.0. A kada kupite nove periferne uređaje s omogućenim Bluetooth 5.0, oni će bolje raditi s vašim Bluetooth 5.0 telefonom.

Bluetooth niske energije za bežične slušalice (i više)

Važno je napomenuti da se sva Bluetooth poboljšanja odnose na Bluetooth Low Energy specifikaciju koja je predstavljena s Bluetoothom 4.0, a ne na klasični Bluetooth radio, koji troši više energije. Bluetooth tehnologija Low Energy je dizajniran za smanjenje potrošnje energije Bluetooth perifernih uređaja. Izvorno se koristio za nosače, svjetionike i druge uređaje male snage, ali je imao neka velika ograničenja.

Na primjer, bežične slušalice nisu mogli komunicirati putem Bluetooth Low Energy, pa su umjesto toga morali koristiti moćniji Bluetooth glasovni standard. Uz Bluetooth 5.0, svi audio uređaji komuniciraju putem Bluetooth Low Energy, što znači manju potrošnju energije i dulji vijek trajanja baterije. U budućnosti će mnoge druge vrste uređaja moći komunicirati s Bluetooth Low Energy.

Značajno je da Appleovi AirPods ne koriste Bluetooth 5.0. Koriste Bluetooth 4.2 i prilagođeni Apple W1 čip za poboljšanje povezivanja. Na Android Bluetooth 5.0 bi trebao pomoći da Bluetooth slušalice postane nešto što želite koristiti.

dvostruki zvuk

Bluetooth 5.0 također donosi sjajnu novu značajku koja vam omogućuje reprodukciju zvuka na dva povezana uređaja u isto vrijeme. Drugim riječima, na svoj telefon možete spojiti dva para bežičnih slušalica koje prenose zvuk na obje u isto vrijeme putem standardnog Bluetootha. Ili možete reproducirati zvuk na dva različita zvučnika u različitim sobama. Mogli biste istovremeno strujati dva različita izvora zvuka na dva različita audio uređaja, tako da bi dvije osobe mogle slušati dva različita glazbena djela, ali strujanje s istog telefona.

Ova značajka se zove "Dual Audio" uključena Samsung Galaxy S8. Jednostavno povežite dva Bluetooth audio uređaja na telefon, uključite Dual Audio i spremni ste za rad. Međutim, to ne bi trebalo biti Samsung funkcija. Omogućen je za Bluetooth 5.0 i nadamo se da će doći na uređaje drugih proizvođača.

Više brzine, udaljenosti i propusnosti

Glavne prednosti Bluetooth 5.0 su poboljšana brzina i veći domet. Drugim riječima, brži je i može raditi na većim udaljenostima od starijih verzija Bluetootha.

Kada ćete ga dobiti?

Danas možete nabaviti uređaje koji podržavaju Bluetooth 5.0, kao što su iPhone 8 i 8 Plus, iPhone X, Samsung Galaxy S8 i S9 te nadolazeći Android telefoni. Međutim, trebat će vam i Bluetooth 5.0. Još nisu u širokoj upotrebi, ali mnogi proizvođači obećavaju izdavanje Bluetooth 5.0 uređaja u 2018. godini.

Budući da Bluetooth podržava unatrag kompatibilan, Vaši Bluetooth 5.0 i stariji Bluetooth uređaji će raditi zajedno. Pomalo je kao prelazak na novi, brži wifi standard. Čak i nakon što primite novi ruter, koji podržava brži Wi-Fi, također morate ažurirati sve ostale uređaje. Ali vaši stariji uređaji sa WiFi podrška i dalje se može povezati s vašim novim usmjerivačem, i to manjom brzinom od one koju usmjerivač podržava.

Ako možete pristupiti Android telefon s Bluetooth 5.0 i Bluetooth 5.0 slušalicama vjerojatno ćete imati puno bolje bežični zvuk nego stari Bluetooth standard.

Korisnici iPhonea mogu dobiti dobro iskustvo raditi s vlastitim AirPods ili Apple's Beats zahvaljujući W1 čipu, ali sada dobijete dobar Bluetooth zvuk na Androidu. Bluetooth 5.0 bi čak trebao poboljšati bežične slušalice na iPhoneu ako se odlučite prebaciti na one treće strane. Bluetooth slušalice 5.0 umjesto toga Apple slušalice sa W1 čipom.

Međutim, ne preporučujemo ažuriranje svake sitnice. Čak i ako imate prijenosno računalo s Bluetooth 5.0, na primjer, ažuriranje miša s omogućenom Bluetooth 5.0 vjerojatno neće biti puno poboljšanje. No kako se podrška za Bluetooth 5.0 odražava u svakom novom Bluetooth uređaju, Bluetooth periferni uređaji će postati bolji, a Bluetooth će postati pouzdaniji i energetski učinkovitiji.

Po U posljednje vrijeme broj korisnika mobilnih naprava značajno porasla, što znači da veliki broj različitih tehnički problemi ostaju mračni konji za korisnike početnike. Jedna od tih nijansi je Bluetooth verzija.

Protokoli ili profili

Unatoč činjenici da je kompatibilnost bluetooth verzija na prilično visokoj razini, još uvijek postoje situacije u kojima postaje nemoguće upariti dva uređaja. A ovdje je stvar upravo u protokolima, a ne u profilima. A da biste opravdali spomenutu nemogućnost, prvo morate shvatiti koja je razlika između ova dva pojma.

Protokol je skup instrukcija putem kojih se obavlja prijenos. razne informacije. On je taj koji postavlja redoslijed, radnu frekvenciju i trajanje rada određene komponente. A profili se nazivaju dodatnim dodacima koji vam omogućuju rad s informacijama određeni tip. Na primjer, A2DP je profil koji bluetooth modulu omogućuje rad sa stereo zvukom, pri čemu se, kada su upareni, dogovaraju i kodeci koji će se koristiti.

Ako pogledate globalni plan, onda verzija protokola ima veća vrijednost nego važnost profila. Ako oba uređaja imaju istu verziju protokola, onda svi standardne značajke i značajke koje modul podržava. Ali s profilima stvari stoje drugačije. Budući da se dodaju po želji, kako bi se koristili i radili, morat će biti prisutni u oba gadgeta. Ako samo jedan bluetooth modul podržava traženi profil, neće biti uključen u prijenos podataka.

Mnogi korisnici zainteresirani su za pitanje kako saznati verziju bluetootha. Postoji nekoliko načina za to, ali najlakši je pročitati specifikaciju uređaja. No, puno je važnije razumjeti što se krije iza ovih brojki.

Kako provjeriti verziju Bluetootha: Video

Tehnički podaci raznih protokola

Ovaj opis neće sadržavati najpotpuniji popis verzija protokola, već samo najznačajnije za cijelu tehnologiju u cjelini. I, naravno, vrijedi početi s prvim, koji je prije gotovo dva desetljeća bez nekoliko godina nastao - 1998. godine, od strane SIG-ove partnerske grupe ili Posebne zainteresirane grupe. Primarni razvoj uspostavila je tadašnja švedska tvrtka Ericsson 4 godine prije ulaska na tržište. Kao rezultat uspješnog istraživanja, a dostojan analog žičane tehnologije i nazvao ga u čast danskog kralja sjevernih Vikinga Haralda Prvog Plavozuba.

Prva verzija imala je jednostavno zadivljujuću kompatibilnost između uređaja različitih proizvođača. Brzina je bila mala, a domet očito nije zadovoljavao utvrđeni standard. Da nije bilo brzih pokušaja usavršavanja tehnologije, cijela bi ideja mogla potonuti u zaborav. I profesionalna kvaliteta radnici nisu iznevjerili, jer je ubrzo prva izašla verzija 1.1, a potom i 1.2, koja je postala vrhunac evolucije modula prve generacije. Ukupna kompatibilnost podignuta je na prilično visoku razinu, domet je postavljen na poštenih deset metara, brzina prijenosa je jednostavno bila do neba - 721 Kbps, naravno, teoretski.

Verzija 2.1

Druga generacija napravila je revoluciju, ali upravo je verzija 2.1 postala zvijezda vodilja koja se i danas koristi. Puno uređaja primarne i srednje klase koristi ovu konkretnu varijaciju bluetooth modula. Glavni naglasak stavljen je na brzinu, a rješenje je postao dodatak EDR. Zahvaljujući njoj postalo je moguće prenositi brzinom blizu 3 Mbps, a razina potrošnje energije smanjena je pet puta. Naravno, pojavili su se razni profili i dodaci, sve do mogućnosti distribucije pristupa mreži.

Treća verzija

Specifikacija velike brzine 3.0 imala je mnogo zajedničkog s Wi-Fi-jem, ali nije bila izravno kompatibilna s njim, te korištenje SLI tehnologije, prema kojoj dvije bluetooth modul spojen u jedan sustav, dopušteno povećanje brzine prijenosa do 24 Mbps. I kada se kreće velike datoteke korišten je brzi, ali i energetski zahtjevniji protokol, a za male datoteke bio je vrlo ekonomičan.

Četvrta generacija uređaja temeljila se na ideji da se dosadašnja tehnologija doradi kako bi potrošnja energije bila minimalna, a sve ostale funkcije i mogućnosti povećane i proširene. Dakle, osim brzine, povećan je i radijus, koji bi sada mogao doseći stotine metara. Paketi podataka postali su optimalnije veličine, a dodana je i njihova 128-bitna enkripcija. Dimenzije odašiljača postale su samo malene, što ih omogućuje svugdje. Jedan od vrhunaca bio je dodatak tri načina raditi.

bluetooth 5.0 postala stvarnost. U usporedbi s Bluetooth 4.0 nova verzija Ima dvostruko veći protok, četiri puta veći raspon i niz drugih poboljšanja. Razmotrite prednosti Bluetootha 5.0 u odnosu na njegove prethodnike, uključujući primjer procesor CC2640R2F iz Texas Instruments.

Popularnost verzije Bluetooth protokol 4, kao i neka od njegovih ograničenja, postali su razlozi za stvaranje sljedeće specifikacije Bluetooth 5. Programeri su si postavili niz ciljeva: proširenje raspona, rast širina pojasa prilikom slanja paketa emitiranja, poboljšanje otpornosti na buku i tako dalje.

Sada kada su se počeli pojavljivati ​​prvi Bluetooth 5 uređaji, korisnici i programeri s pravom imaju pitanja: koja su se od prethodno najavljenih obećanja ostvarila? Koliko su se povećali domet i brzina prijenosa podataka? Kako je to utjecalo na potrošnju? Kako se promijenio pristup formiranju broadcast paketa? Koja su poboljšanja napravljena za povećanje otpornosti na buku? I naravno, glavno pitanje Postoji li kompatibilnost unatrag između Bluetootha 5 i Bluetootha 4? Odgovorimo na ova i neka druga pitanja i razmotrimo glavne prednosti Bluetootha 5.0 u odnosu na njegove prethodnike, uključujući primjer pravog procesora s podrškom za Bluetooth 5.0 koji proizvodi tvrtka Texas Instruments.

Započnimo našu recenziju Bluetooth 5.0 odgovorom na najčešće postavljano pitanje o kompatibilnosti s Bluetoothom 4.x unatrag

Je li Bluetooth 5.0 unatrag kompatibilan s Bluetoothom 4.x?

Da, ima. Bluetooth 5 usvojio je većinu značajki i poboljšanja Bluetootha 4.1 i 4.2. Na primjer, Bluetooth 5 uređaji zadržavaju sva poboljšanja sigurnosti podataka Bluetooth 4.2 i podržavaju LE Data Length Extension. Vrijedi podsjetiti da je zahvaljujući LE Data Length Extension, počevši od Bluetooth 4.2, veličina podatkovnog paketa (jedinica paketnih podataka, PDU) na uspostavljena veza može se povećati s 27 na 251 bajt, što vam omogućuje povećanje brzine razmjene podataka za 2,5 puta.

Zbog velikog broja razlika između verzija protokola, zadržan je tradicionalni mehanizam za dogovaranje parametara između uređaja prilikom uspostavljanja veza. To znači da se uređaji prije početka razmjene podataka "upoznaju" i utvrđuju maksimalna frekvencija prijenos podataka, duljina poruke i tako dalje. Zadane postavke su Bluetooth 4.0. Prijelaz na parametre Bluetooth 5 događa se samo ako se tijekom procesa uparivanja pokaže da oba uređaja podržavaju noviju verziju protokola.

Govoreći o alatima koji su već dostupni programerima, vrijedi napomenuti novi procesor CC2640R2F i besplatni BLE5-Stack tvrtke Texas Instruments. Na radost programera, BLE5-Stack se temelji na prethodna verzija BLE-Stack, a promjene u njegovoj upotrebi utjecale su samo na nove Bluetooth značajke 5.0.

Kako se povećala brzina prijenosa podataka u Bluetooth 5?

Bluetooth 5 koristi bežičnu vezu s fizičkom brzinom prijenosa podataka do 2 Mbps, što je dvostruko više od Bluetooth 4.x. Ovdje je vrijedno napomenuti da efektivna brzina razmjene podataka ovisi ne samo o fizičkoj propusnosti kanala za prijenos, već i o omjeru usluge i korisna informacija u paketu, kao i od pripadajućih "režijskih" troškova, na primjer, gubitka vremena između paketa (tablica 1).

Stol 1. Brzina komunikacije za različite verzijeBluetooth

U verzijama Bluetooth 4.0 i 4.1, fizička propusnost kanala bila je 1 Mbps, što je, uz PDU podatkovni paket duljine od 27 bajtova, omogućilo postizanje tečaja do 305 kbps. Bluetooth 4.2 uveo je LE Data Length Extension. Zahvaljujući njemu, nakon uspostavljanja veze između uređaja, postalo je moguće povećati duljinu paketa na 251 bajt, što je dovelo do povećanja brzine razmjene podataka za 2,5 puta - do 780 kbps.

Verzija Bluetooth 5 zadržava podršku za LE Data Length Extension, što, zajedno s povećanjem fizičke propusnosti do 2 Mbps, omogućuje postizanje brzine razmjene podataka do 1,4 Mbps.

Kao što pokazuje praksa, takvo ubrzanje prijenosa podataka nije granica. Na primjer, bežični mikrokontroler CC2640R2F može raditi pri brzinama do 5 Mbps.

Vrijedi spomenuti uobičajenu zabludu da je povećanje propusnosti na 2 Mbps postignuto smanjenjem dometa. Naravno, fizički, primopredajni čip (PHY) kada radi na 2 Mbps ima 5 dBm manju osjetljivost nego kada radi na 1 Mbps. Međutim, osim osjetljivosti, postoje i drugi čimbenici koji pridonose povećanju raspona, na primjer, prijelaz na kodiranje podataka. Iz tog razloga, ceteris paribus, Bluetooth 5 je pouzdaniji i ima veći radijus performanse u usporedbi s Bluetooth 4.0. O tome se detaljno govori u jednom od sljedećim odjeljcimačlanaka.

Kako aktivirati način rada velike brzine u Bluetooth 5?

Kad se uspostavi veza između dvoje Bluetooth uređaji U početku se koriste postavke Bluetooth 4.0. To znači da u prvoj fazi uređaji razmjenjuju podatke brzinom od 1 Mbps. Nakon što je veza uspostavljena, master s omogućenom Bluetooth 5.0 može pokrenuti postupak ažuriranja PHY, čija je svrha uspostaviti najveća brzina 2 Mbps. Ova će operacija uspjeti samo ako slave također podržava Bluetooth 5.0. Inače, brzina ostaje na 1 Mbps.

Za programere koji su prethodno koristili BLE-Stack tvrtke Texas Instruments, dobra vijest je da je jedna funkcija HCI_LE_SetDefaultPhyCmd() dodijeljena za izvođenje gornje procedure u novom BLE5-Stacku. Dakle, prilikom nadogradnje na Bluetooth 5.0, korisnici TI proizvoda neće imati problema s početnom inicijalizacijom. Također, primjer objavljen na portalu GitHub bit će koristan za razvojne programere, koji vam omogućuje procjenu rada dvaju mikrokontrolera CC2640R2F koji rade kao dio CC2640R2 LaunchPada u High Speed ​​​​​​i Long Range načinima rada.

Kako se povećao domet Bluetooth 5?

Bluetooth 5.0 specifikacija govori o četiri puta većem rasponu u odnosu na Bluetooth 4.0. Ovo je prilično suptilno pitanje, na kojem se vrijedi detaljnije zadržati.

Prvo, koncept "četiri puta" je relativan i nije vezan za određeni radijus djelovanja u metrima ili kilometrima. Činjenica je da domet radioprijenosa uvelike ovisi o brojnim čimbenicima: stanju okoliša, razini smetnji, broju uređaja koji simultano odašilju i tako dalje. Kao rezultat toga, niti jedan proizvođač, kao ni razvijač Bluetooth SIG standarda, ne daje određene vrijednosti. Procjenjuje se povećanje dometa u usporedbi s Bluetooth 4.0.

Za daljnju analizu potrebno je izvršiti neke matematičke izračune i procijeniti proračun snage radio kanala. Kada koristite logaritamske vrijednosti, proračun radio kanala (dB) jednak je razlici između snage odašiljača (dBm) i osjetljivosti prijemnika (dBm):

Budžet radio kanala = snagaT X(dBm) - osjetljivostR X(dBm)

Za Bluetooth 4.0 standardna osjetljivost prijemnika je -93 dBm. Uz pretpostavku snage odašiljača od 0 dBm, proračun je 93 dB.

Četverostruko povećanje raspona zahtijevalo bi povećanje proračuna za 12 dB, što bi rezultiralo vrijednošću od 105 dB. Kako bi trebao dostići ovu vrijednost? Postoje dva načina:

• povećanje snage odašiljača;
• povećanje osjetljivosti prijemnika.

Ako slijedite prvi put i povećate snagu odašiljača, to će neizbježno uzrokovati povećanje potrošnje. Na primjer, za CC2640R2F, mijenja se u izlazna snaga 5 dBm dovodi do povećanja potrošnje struje do 9 mA (slika 1). Pri snazi ​​od 10 dBm, struja će se povećati na 20 mA. Ovaj pristup većini nije privlačan bežični uređaji na baterije i nije uvijek prikladan za IoT, a to je područje na koje je Bluetooth 5.0 prvenstveno bio fokusiran. Zbog toga se čini da je drugo rješenje poželjnije.

Postoje dva načina za povećanje osjetljivosti prijemnika:

• smanjenje brzine prijenosa;
• korištenje kodiranog PHY kodiranja podataka.

Smanjenje brzine prijenosa podataka za faktor osam teoretski povećava osjetljivost prijemnika za 9 dB. Dakle, samo 3 dB nije dovoljno za njegovanu vrijednost.

Potrebna 3 dB mogu se dobiti uz pomoć dodatnog kodiranja Coded PHY. Prije, u verzijama Bluetootha 4.x, bitno kodiranje je bilo nedvosmisleno 1:1. To znači da je tok podataka izravno poslan u diferencijalni demodulator. U Bluetooth 5.0, kada se koristi Coded PHY, postoje dva dodatni formati transferi:

• s kodiranjem 1:2, u kojem su svakom podatkovnom bitu dodijeljena dva bita u toku radijskih podataka. Na primjer, logički "1" je predstavljen kao slijed od "10". U tom slučaju fizička brzina ostaje jednaka 1 Mbps, i stvarna brzina prijenos podataka pada na 500 kbps.
• S kodiranjem 1:4. Na primjer, logički "1" je predstavljen nizom "1100". Brzina prijenosa podataka tada se smanjuje na 125 kbps.

Opisani pristup naziva se Forward Error Correction (FEC) i omogućuje vam da otkrijete i ispravite pogreške primajuća strana, umjesto da zahtijeva ponovni prijenos paketa, kao što je bio slučaj u Bluetooth 4.0.

Na papiru sve izgleda dobro. Ostaje samo otkriti kako ti teoretski izračuni odgovaraju stvarnosti. Kao primjer, uzmimo isti mikrokontroler CC2640R2F. Zahvaljujući raznim poboljšanjima i novim načinima modulacije Bluetooth 5.0, primopredajnik ovog procesora ima osjetljivost od -97dBm pri 1Mbps i -103dBm s kodiranim PHY i 125kbps. Tako u posljednji slučaj do razine od 105 dB, nedostaje samo 2 dBm.

Kako bi procijenili domet CC2640R2F, inženjeri Texas Instrumentsa proveli su terenski eksperiment u Oslu. Međutim, u smislu razine buke okoliš u ovom se iskustvu ne može nazvati "prijateljskim", budući da je poslovni dio grada bio u neposrednoj blizini.

Kako bi se dobio proračun snage veći od 105 dB, odlučeno je povećati snagu odašiljača na 5 dBm. To je omogućilo postizanje impresivne konačne vrijednosti od 108 dBm (slika 2). Prilikom izvođenja eksperimenta domet je bio 1,6 km, što je vrlo impresivan rezultat, pogotovo ako se uzme u obzir minimalna razina potrošnja radio odašiljača.

Kako se promijenio pristup porukama koje emitiraju Bluetooth 5?

Prethodno je Bluetooth 4.x koristio tri namjenska podatkovna kanala (37, 38, 39) za uspostavljanje veza između uređaja. Uz njihovu pomoć uređaji su se našli i razmijenili službene informacije. Preko njih je također bilo moguće prenijeti emitirane pakete podataka. Ovaj pristup ima nedostatke:

• na u velikom broju aktivni odašiljači, ti kanali se jednostavno mogu preopteretiti;
• svi više uređaja koristi emitiranje bez uspostavljanja veze točka-točka. To je posebno važno za IoT;
• novom Coded PHY sustavu kodiranja bit će potrebno osam puta dulje da uspostavi vezu, što će dodatno učitati emitirane kanale.

Za rješavanje ovih problema u Bluetooth 5.0, odlučeno je prijeći na shemu u kojoj se podaci prenose preko svih 37 podatkovnih kanala, a servisni kanali 37, 38, 39 se koriste za prijenos pokazivača. Pokazivač se odnosi na kanal na kojem će se emitirana poruka prenositi. U ovom slučaju podaci se prenose samo jednom. Kao rezultat, moguće je značajno rasteretiti servisne kanale i eliminirati ovo usko grlo.

Također je vrijedno napomenuti da sada duljina podataka emitiranog paketa može doseći 255 bajtova umjesto 6…37 bajtova PDU-a u Bluetooth 4.x. To je iznimno važno za IoT aplikacije, jer minimizira troškove prijenosa i eliminira uspostavljanje veze, a samim time i smanjuje potrošnju.

Podržava li Bluetooth 5 mesh mreže?

Rješenja tvrtke Texas Instruments za Bluetooth 5

Jedan od prvih mikrokontrolera s Bluetooth 5.0 bio je procesor visokih performansi CC2640R2F tvrtke Texas Instruments.

CC2640R2F temelji se na modernoj 32-bitnoj ARM Cortex-M3 jezgri sa radna frekvencija do 48 MHz. Radom radio odašiljača upravlja druga 32-bitna ARM Cortex-M0 jezgra (slika 3). Osim toga, CC2640R2F ima bogatu digitalnu i analognu periferiju.

Prednost mikrokontrolera CC2640R2F je i niska razina potrošnje (tablica 2). To se odnosi na sve načine rada. Na primjer, u aktivni način rada kod primanja podataka preko radio kanala potrošnja je 5,9 mA, a kod odašiljanja 6,1 mA (0 dBm) ili 9,1 mA (5 dBm). Prilikom prelaska u stanje mirovanja, struja napajanja pada ukupno na 1 μA.

Kombinacija ove tri važne kvalitete Kao podrška za Bluetooth 5.0, niska potrošnja i visoke performanse čine CC2640R2F vrlo zanimljivo rješenje za internet stvari. Istodobno, uz pomoć ovaj mikrokontroler možete kreirati cijeli niz IoT uređaja: autonomne senzore koji rade nekoliko godina na jednoj bateriji, mostove između dodatnog upravljačkog procesora i Bluetooth 5.0 kanala, složene aplikacije koje zahtijevaju veliku računalnu snagu.

Tablica 2. Potrošnja bežičnog mikrokontroleraCC2640 R2 Fuz podrškubluetooth 5

Za brzi početak Za rad s CC2640R2F, Texas Instruments je pripremio tradicionalni komplet za otklanjanje pogrešaka (slika 4). Koristeći par takvih uređaja, možete procijeniti brzinu i domet radioprijenosa putem Bluetootha 5.0. Da biste to učinili, možete koristiti gotove primjere ili stvoriti vlastitu prijavu na temelju besplatnog BLE 5 stack 1.0 protokola (www.ti.com/ble).

Zaključak

Nova verzija Bluetooth 5.0 protokola usmjerena je na maksimalnu usklađenost s potrebama Interneta stvari (IoT). U usporedbi s verzijom Bluetooth 4.0, ima niz poboljšanja kvalitete:

• brzina prijenosa podataka udvostručila se i dosegla 2 Mbps;
• raspon prijenosa učetverostručan s kodiranim PHY i kodiranjem podataka s ispravljanjem naprijed grešaka (FEC);
• propusnost emitirane poruke povećao 8 puta.

Osim toga, Bluetooth 5.0 pruža kompatibilnost unatrag s Bluetooth 4.x uređajima i također podržava većinu proširenja. kasnijim verzijama protokol.

Procjena Bluetooth mogućnosti 5.0 je sada dostupan s alatima tvrtke Texas Instruments. Tvrtka izdaje mikrokontroler visoke performanse i male snage CC2640R2F, pruža besplatan BLE 5 stack 1.0 i mnoge gotovi primjeri za komplet za otklanjanje pogrešaka LAUNCHXL-CC2640R2.

Književnost

1. Najčešća pitanja o Bluetooth Core Specification 5.0. 2016. Bluetooth SIG.

Zdravo.

3. prosinca 2014. Bluetooth SIG službeno je objavio specifikaciju bluetooth verzija 4.2.
U priopćenju za javnost navode se 3 glavne inovacije:

• povećanje brzine prijema i prijenosa podataka;
• mogućnost povezivanja na Internet;
• poboljšanje privatnosti i sigurnosti.

Glavna teza priopćenja za javnost: verzija 4.2 idealna je za Internet stvari (IoT).
U ovom članku želim vam reći kako se provode ove 3 točke. Svi zainteresirani su dobrodošli.

Sve dolje opisano vrijedi samo za BLE, idemo...

1. Povećanje brzine primanja i prijenosa korisničkih podataka.

Glavni nedostatak BLE-a bila je niska brzina prijenosa podataka. Iako s koje strane gledati, ipak je BLE izvorno izmišljen radi očuvanja energije izvora koji hrani uređaj. A radi uštede energije potrebno je povremeno kontaktirati i prenijeti neke podatke. No, svejedno, cijeli internet je ispunjen ogorčenjem zbog male brzine i pitanja o mogućnosti njezinog povećanja, kao i povećanja veličine prenesenih podataka.

A s pojavom verzije 4.2, Bluetooth SIG najavio je povećanje brzine prijenosa za 2,5 puta i veličine odaslanog paketa za 10 puta. Kako su to postigli?

Reći ću da su ova 2 broja međusobno povezana, naime: brzina se povećala jer se povećala veličina odaslanog paketa.

Pogledajmo PDU (protokolsku podatkovnu jedinicu) podatkovnog kanala:


Svaki PDU sadrži 16-bitno zaglavlje. Sada se ovo zaglavlje u verziji 4.2 razlikuje od zaglavlja u verziji 4.1.

Evo naslova verzije 4.1:

A evo zaglavlja verzije 4.2:

Napomena: RFU (Reserved for Future Use) - polje označeno ovom skraćenicom rezervirano je za buduću upotrebu i ispunjeno je nulama.

Kao što vidimo, zadnjih 8 bitova zaglavlja se razlikuju. Polje "Duljina" zbroj je duljina korisnog opterećenja i polja MIC (Provjera integriteta poruke) koje se nalazi u PDU-u (ako je potonje omogućeno).
Ako u verziji 4.1 polje "Duljina" ima veličinu od 5 bita, tada u verziji 4.2 ovo polje ima veličinu od 8 bita.

Odavde je lako izračunati da polje "Dužina" u verziji 4.1 može sadržavati vrijednosti u rasponu od 0 do 31, au verziji 4.2 u rasponu od 0 do 255. Ako od maksimalne vrijednosti oduzmimo duljinu MIC polja (4 okteta), dobivamo da korisni podaci mogu biti 27 odnosno 251 oktet za verzije 4.1 i 4.2. Zapravo, maksimalni broj podataka je još manji, jer korisni teret također sadrži L2CAP (4 okteta) i ATT (3 okteta) nadzemne, ali to nećemo razmatrati.

Tako se veličina prenesenih korisničkih podataka povećala za otprilike 10 puta. Što se tiče brzine, koja je iz nekog razloga porasla 10 puta, ali samo 2,5 puta, onda ne možemo govoriti o proporcionalnom povećanju, jer sve ovisi i o zajamčenoj dostavi podataka, jer jamči isporuku 200 bajtova. je malo teže od 20.

2. Mogućnost povezivanja na Internet.

Možda i najzanimljivija inovacija, zbog koje je Bluetooth SIG najavio da verzija 4.2 čini Internet stvari (IoT) boljim upravo zbog ove značajke.

Natrag u verziji 4.1, L2CAP je uveo “LE Credit Based Flow Control Mode”. Ovaj način rada omogućuje vam kontrolu protoka podataka pomoću tzv. kreditna shema. Posebnost sheme je u tome što ne koristi signalne pakete za označavanje količine podataka za prijenos, već od drugog uređaja traži kredit za određenu količinu podataka za prijenos, čime se ubrzava proces prijenosa. U ovom slučaju, strana primateljica, svaki put kada se primi okvir, smanjuje brojač okvira, a kada se dosegne zadnji okvir, može prekinuti vezu.

Na popisu L2CAP naredbi postoje 3 nova koda:
- LE Credit Based Connection request – zahtjev za povezivanje prema kreditnoj shemi;
- LE Credit Based Connection odgovor – odgovor na vezu na temelju kreditne sheme;
- LE Flow Control Credit – poruka o mogućnosti primanja dodatnih LE okvira.

U paketu "LE Credit Based Connection request".


nalazi se polje "Početni krediti" duljine 2 okteta, što označava broj LE okvira koje uređaj može poslati na razini L2CAP.

U paketu odgovora "LE Credit Based Connection response"


isto polje označava broj LE okvira koje drugi uređaj može poslati, a polje "Rezultat" pokazuje rezultat zahtjeva za povezivanje. Vrijednost 0x0000 označava uspjeh, ostale vrijednosti ukazuju na pogrešku. Konkretno, vrijednost 0x0004 ukazuje na neuspjeh veze zbog nedostatka resursa.

Tako je već u verziji 4.1 postao moguć prijenos velike količine podataka na razini L2CAP.
A sada, gotovo istovremeno s izdavanjem verzije 4.2, objavljeno je:

• usluga: "IP Support Service" (IPSS) .
• IPSP profil (Internet Protocol Support Profile), koji definira podršku za prijenos IPv6 paketa između uređaja koji imaju BLE.

Glavni zahtjev za profil za L2CAP sloj je "LE Credit Based Connection" uveden u verziji 4.1, koji zauzvrat dopušta prijenos paketa s MTU >= 1280 okteta (nadam se da je nagovještaj slike jasan).

Profil definira sljedeće uloge:
- Uloga usmjerivača – koristi se za uređaje koji mogu usmjeravati IPv6 pakete;
- Uloga čvora - koristi se za uređaje koji mogu primati ili slati samo IPv6 pakete; imaju funkciju otkrivanja usluge i imaju IPSS uslugu koja omogućuje usmjerivačima da otkriju ovaj uređaj;

Uređaji s ulogom usmjerivača koji se trebaju povezati s drugim usmjerivačem mogu imati ulogu domaćina.

Čudno je da prijenos IPv6 paketa nije dio specifikacije profila, a naveden je u IETF RFC-u "Prijenos IPv6 paketa preko Bluetooth Low Energy". Ovaj dokument definira drugi zanimljiva točka, naime, da se pri prijenosu IPv6 paketa koristi standard 6LoWPAN - ovo je standard za međusobnu suradnju preko IPv6 protokola preko bežične mreže male snage osobne mreže IEC 802.15.4 standard.

Pogledaj sliku:


Profil navodi da se IPSS, GATT i ATT koriste samo za otkrivanje usluge, dok se GAP koristi samo za otkrivanje uređaja i uspostavljanje veze.

Ali označeno crvenom bojom, samo kaže da prijenos paketa nije uključen u specifikaciju profila. To omogućuje programeru da napiše vlastitu implementaciju prijenosa paketa.

3. Poboljšana privatnost i sigurnost.

Jedna od dužnosti upravitelja sigurnosti (SM) je uparivanje dvaju uređaja. Proces uparivanja generira ključeve koji se zatim koriste za šifriranje komunikacije. Proces uparivanja sastoji se od 3 faze:

• razmjena informacija o metodama uparivanja;
• generiranje kratkoročnih ključeva (Short Term Key (STK));
• razmjena ključeva.

U verziji 4.2, 2. faza je podijeljena na 2 dijela:

• Generacija kratkotrajnog ključa (STK) pod nazivom "LE naslijeđeno uparivanje"
• generiranje dugoročnih ključeva (Long Term Key (LTK)) pod nazivom "LE Secure Connections"

S tim u vezi, uz 3 postojeće funkcije, uz 3 postojeće funkcije, još 5 pojavilo se u kriptografskom alatnom okviru upravitelja sigurnosti, a ovih 5 se koristi samo za servisiranje novog procesa uparivanja “LE Secure Connections” . Ove funkcije generiraju:

• LTK i MacKey;
• prateće varijable;
• varijable provjere autentičnosti;
• 6-znamenkasti brojevi koji se koriste za prikaz na uparenim uređajima.

Sve funkcije koriste AES-CMAC algoritam šifriranja sa 128-bitnim ključem.

Dakle, ako su tijekom uparivanja u 2. fazi metodom “LE legacy uparivanje” generirana 2 ključa:

• Privremeni ključ (TK): 128-bitni privremeni ključ koji se koristi za generiranje STK-a;
• Kratkoročni ključ (STK): 128-bitni privremeni ključ koji se koristi za šifriranje veze

tada se prema metodi "LE Secure Connections" generira 1 ključ:

• Dugoročni ključ (LTK): 128-bitni ključ koji se koristi za šifriranje sljedećih veza.

Kao rezultat ove inovacije, dobili smo:

• prevencija praćenja, kao sada je zbog "Numeričke usporedbe" moguće kontrolirati mogućnost povezivanja s vašim uređajem.
• poboljšana energetska učinkovitost, kao sada nije potrebna dodatna energija za ponovno generiranje ključeva na svakoj vezi.
• industrijsko standardno šifriranje za osiguranje osjetljivih podataka.

Koliko god čudno zvučalo, ali poboljšanjem sigurnosti poboljšali smo energetsku učinkovitost.

4. Postoji li već prilika za osjetiti?

Da imam.
NORDIC Semiconductor je objavio "nRF51 IoT SDK" koji uključuje stog, biblioteke, primjere i API-je za uređaje serije nRF51. Ovo uključuje:

• nRF51822 i nRF51422 čipovi;
• nRF51 DK;
• nRF51 Dongle;
• nRF51822EK.