Viteza de transmisie Bluetooth 4.2. Seria de produse Toshiba Bluetooth Low Energy acceptă standardul Bluetooth Mesh

Un cuvânt interesant numit Bluetooth este un protocol pentru schimbul de informații nu distante lungi... Aria sa de acoperire, în comparație cu Wi-Fi, este destul de modestă (maximum 100 de metri, iar apoi în cel mai bun caz dacă aveți cea mai recentă versiune), iar rata de transfer de date este scăzută. Dar aceste dezavantaje sunt compensate de consumul redus de energie și viteza mare de conectare (așa-numita împerechere) a telefoanelor.

Bluetooth este foarte tehnologie veche pe piata IT; primul versiunea (1.0) s-a născut în 1998. Pe acest moment este considerat învechit și nu este utilizat în niciun dispozitiv de pe piață.

versiuni Bluetooth

Următoarea versiune a protocolului este 1.2 - acum considerată și depășită, dar a servit cu fidelitate utilizatorilor de telefoane mult mai mult timp. Ea mai poate fi găsită în unele ieftine dispozitive mobile fabricate în China. Rata maxima de transfer date bluetooth 1.2 este 721 kbps. Telefoanele se împerechează mult mai repede, poți fi online anonim. Această versiune a protocolului vă permite să transferați nu numai muzică și imagini, ci și alte tipuri de fișiere, precum și date de serviciu.

Apariția tehnologiei EDR, sau Enhanced Data Rate, a devenit urmatorul pasîn dezvoltarea Bluetooth, și destul de mare. Rata de transfer de date în teorie a crescut la 3 Mbit / s, deși în practică, de obicei, nu a crescut peste 2 Mbit / s. Această tehnologie este susținută de două versiuni de bluetooth - 2.0, lansată în 2004, și 2.1, care a luat naștere în 2007. Sunt aproape complet identice, diferă doar în tehnologiile de economisire a energiei.

CU Bluetooth 2.1 aproape toate disponibile în comerț sunt compatibile telefoane mobile, navigatoare, căști și alte dispozitive. Consumul de energie în comparație cu versiunile anterioare ale protocolului a scăzut de aproape 10 ori, ceea ce a făcut posibilă producerea în masă a căștilor compacte.

Bluetooth versiunea 3.0 a apărut în 2009, iar odată cu apariția sa a devenit posibil transfer informații la o viteză mult mai mare decât înainte (tehnologia HS sau High Speed). Dispozitivele compatibile cu Bluetooth 3.0 + HS sunt echipate cu 2.1 + EDR (până la 3 Mbps), precum și un al doilea modul care funcționează în mod similar cu Wi-Fi și oferă viteze de până la 24 Mbps. În ciuda principiului similar de funcționare, nu există compatibilitate directă cu Wi-Fi.

Tehnologia HS, cu toate avantajele sale, a avut un dezavantaj serios - consumul mare de energie. Cu toate acestea, deja în 2010, când Bluetooth 4.0, a fost reparat. Cipul acestei versiuni este prezent în toate smartphone-uri de topși tablete, precum și în majoritatea ultrabook-urilor. Datele pot fi transferate la o distanță de până la 100 de metri la o viteză de până la 30 Mbps.

Trebuie remarcat, totuși, că nu toate posibilitățile a acestui standard Bluetooth este necesar. Deci, posibilitatea unui lung munca autonoma(funcţie Bluetooth Energie slaba ) este acceptat numai de cele mai recente dispozitive.

Majoritate dispozitiv periferic cum ar fi căști, navigatoare etc., acceptă Bluetooth 2.1 + EDR, așa că dacă dispozitivul tău acceptă aceeași versiune, totul va fi bine. Deși unele dispozitive pot accepta alte versiuni ale protocolului. De exemplu, ceasul de depanare Texas Instruments MetaWatch, care afișează pe ecran diverse informații despre un smartphone, acceptă Bluetooth 4.0. Pentru ca acest lucru să funcționeze, mașina dvs. trebuie să accepte aceeași versiune.

Dacă este important pentru tine transmisie de mare viteză informații, atunci aveți nevoie de versiunea Bluetooth 3.0 sau 4.0 pe ambele dispozitive. Deşi viteza mare transferul de date poate fi realizat prin Tehnologia NFC(Funcția S Beam pe noile smartphone-uri Samsung). da si Wi-Fi Direct in multe cazuri este mai convenabil sa folosesti aceasta functie, deoarece aceasta functie este suportata de multe dispozitive bazate pe sistemul de operare Android 4.0, iar viteza de transmisie este mult mai mare in comparatie cu Bluetooth.

Profiluri Bluetooth

S-a ocupat de versiunile Bluetooth; fiecare are propriile sale caracteristici - nu se poate confunda. Și, de asemenea, nu confundați versiunile bluetooth cu profilele. Un profil este o activitate specifică care este posibilă pe diferite versiuni ale protocolului.

Profil A2DP oferă posibilitatea de a transfera fișiere și sunet stereo, care este disponibil în versiunea Bluetooth 1.2 și ulterioară. Cu toate acestea, fiecare dispozitiv specific poate avea propriul set de profiluri, astfel încât unele acțiuni, chiar și ținând cont de cea mai recentă versiune de bluetooth, pot să nu fie disponibile. De exemplu, smartphone-urile Windows nu suportă schimbul de informații prin Bluetooth, iar utilizatorul va trebui să recurgă la unele trucuri dacă dorește să folosească această caracteristică de protocol.

Telefoanele inteligente moderne și alte dispozitive promovează suport pentru „Bluetooth 5.0” în fișa lor de specificații. Iată ce este nou în cele mai recente și cele mai multe versiune mai buna Bluetooth.

Ce este Bluetooth?

Bluetooth 5.0 este ultima versiune standard wireless Comunicare prin Bluetooth... Este folosit în mod obișnuit pentru căști fără fir și alte echipamente audio, precum și pentru tastaturi fără fir, mouse-uri și controlere de jocuri. Bluetooth este, de asemenea, utilizat pentru comunicarea între diverse dispozitive casă inteligentăși Internetul lucrurilor (IoT).

Noua versiune a standardului Bluetooth înseamnă diverse îmbunătățiri, dar numai atunci când este utilizată cu periferice compatibile. Cu alte cuvinte, nu veți vedea niciun beneficiu de la actualizarea telefonului dvs. Bluetooth 5.0 dacă toate accesoriile dvs. Bluetooth au fost proiectate pentru o versiune mai veche de Bluetooth. Cu toate acestea, Bluetooth este compatibil cu versiunea anterioară, așa că puteți continua să utilizați dispozitivele Bluetooth 4.2 existente și mai vechi telefon Bluetooth 5.0. Și când cumpărați periferice Bluetooth 5.0 noi, acestea vor funcționa mai bine cu telefonul dvs. Bluetooth 5.0.

Căști fără fir Bluetooth cu consum redus de energie (și multe altele)

Este important de menționat că toate îmbunătățirile Bluetooth sunt legate de specificația Bluetooth Low Energy, care a fost introdusă cu Bluetooth 4.0, și nu de radioul clasic Bluetooth, care utilizează mai multă putere. Tehnologia Bluetooth Low Energy este conceput pentru a reduce consumul de energie al perifericelor Bluetooth. A fost folosit inițial pentru purtători, balize și alte dispozitive de putere redusă, dar a avut unele limitări serioase.

De exemplu, căști fără fir nu au putut comunica prin Bluetooth Low Energy, așa că au trebuit să folosească standardul de voce Bluetooth mai puternic. Cu Bluetooth 5.0, toate dispozitivele audio comunică folosind Bluetooth Low Energy, ceea ce înseamnă un consum mai mic de energie și o durată de viață mai lungă a bateriei. În viitor, multe alte tipuri de dispozitive vor putea comunica cu Bluetooth Low Energy.

În special, AirPod-urile Apple nu folosesc Bluetooth 5.0. Ei folosesc Bluetooth 4.2 și un cip Apple W1 dedicat pentru a îmbunătăți conectivitatea. Pe Android bluetooth 5.0 ar trebui să facă din căștile Bluetooth ceva pe care doriți să le utilizați.

Audio dual

Bluetooth 5.0 oferă, de asemenea, o nouă funcție excelentă pentru a reda audio pe două dispozitive conectate în același timp. Cu alte cuvinte, puteți avea două perechi de căști wireless conectate la telefon și acestea transmit simultan audio către ambele prin Bluetooth standard. Sau puteți reda audio pe două difuzoare diferite în camere diferite. Puteți transmite în flux două surse audio diferite în același timp către două dispozitive audio diferite în același timp, astfel încât două persoane ar putea asculta două piese muzicale diferite, dar acestea vor fi transmise în flux de pe același telefon.

Această funcție se numește „Dual Audio” activat Samsung Galaxy S8. Doar conectați două dispozitive audio Bluetooth la telefon, activați Dual Audio și sunteți gata de plecare. Totuși, nu ar trebui să fie Funcția Samsung... Are Bluetooth 5.0 activat și sperăm că va apărea pe dispozitivele altor producători.

Mai multă viteză, distanță și lățime de bandă

Principalele avantaje ale Bluetooth 5.0 sunt viteza îmbunătățită și raza de acțiune mai mare. Cu alte cuvinte, este mai rapid și poate funcționa pe distanțe mai lungi decât versiunile mai vechi de Bluetooth.

Când îl vei primi?

Puteți obține astăzi dispozitive compatibile cu Bluetooth 5.0, cum ar fi iPhone 8 și 8 Plus, iPhone X, Samsung Galaxy S8 și S9 și viitoarele telefoane Android. Cu toate acestea, aveți nevoie și de Bluetooth 5.0. Ele nu sunt încă răspândite, dar mulți producători promit să lanseze dispozitive Bluetooth 5.0 în 2018.

Deoarece Bluetooth acceptă compatibilitate inversă Bluetooth 5.0 și dispozitivele Bluetooth mai vechi vor funcționa împreună. Este un pic ca și cum ai trece la unul nou, mai rapid. Standard Wi-Fi... Chiar și după ce primești router nou acceptând Wi-Fi mai rapid, trebuie, de asemenea, să actualizați toate celelalte dispozitive. Dar dispozitivele tale mai vechi cu Suport Wi-Fi se poate conecta în continuare la noul router la o viteză mai mică decât o acceptă routerul.

Daca poti accesa telefon cu Android cu căștile bluetooth 5.0 și bluetooth 5.0, cel mai probabil vei avea o mult mai bună sunet wireless decât vechiul standard Bluetooth.

Utilizatorii de iPhone pot obține experiență bună lucrează cu ale lor Căști AirPods sau Beats de la Apple datorită cipului W1, dar acum obțineți un sunet bluetooth bun pe Android. Bluetooth 5.0 ar trebui chiar să îmbunătățească căștile fără fir pe iPhone dacă decideți să treceți la o terță parte căști bluetooth 5.0 în loc de Căști Apple cu cip W1.

Cu toate acestea, nu vă recomandăm să actualizați fiecare lucru mic. Chiar dacă aveți un laptop cu suport Bluetooth 5.0, de exemplu, actualizarea mouse-ului la Bluetooth 5.0 probabil că nu va fi o îmbunătățire mare. Dar, deoarece suportul Bluetooth 5.0 se reflectă în fiecare dispozitiv Bluetooth nou, perifericele Bluetooth se vor îmbunătăți, iar Bluetooth va deveni mai fiabil și mai eficient din punct de vedere energetic.

Pe În ultima vreme număr de utilizatori gadgeturi mobile a crescut semnificativ, ceea ce înseamnă că un număr mare de diferite probleme tehnice rămân cai întunecați pentru utilizatorii începători. Una dintre aceste nuanțe este versiunea Bluetooth.

Protocoale sau profiluri

În ciuda faptului că compatibilitatea versiunilor bluetooth este la un nivel destul de ridicat, uneori există situații în care devine imposibil să împerechezi două dispozitive. Iar ideea aici este tocmai în protocoale, nu în profiluri. Și pentru a fundamenta imposibilitatea menționată mai sus, trebuie mai întâi să vă dați seama care este diferența dintre aceste două concepte.

Un protocol este un set de instrucțiuni prin care se realizează transmisia diverse informatii... El este cel care stabilește ordinea, frecvența de funcționare și durata de lucru a unei anumite componente. Și profilurile sunt suplimente suplimentare care vă permit să operați cu informații de un anumit tip... De exemplu, A2DP este un profil care permite unui modul bluetooth să funcționeze cu sunet stereo, unde, la împerechere, se negociază și codecurile care urmează să fie folosite.

Dacă te uiți global, atunci versiunea protocoalelor are importanță mai mare decât semnificația profilului. Dacă ambele dispozitive au aceeași versiune de protocol, atunci vor avea acces la toate funcții standardși capacitățile pe care le acceptă modulul. Dar cu profiluri, totul este diferit. Deoarece sunt adăugate opțional, pentru ca acestea să fie folosite și să funcționeze, vor trebui să fie prezente în ambele gadgeturi. Dacă un singur modul bluetooth acceptă profilul necesar, acesta nu va fi utilizat în timpul transferului de date.

Mulți utilizatori sunt interesați de întrebarea cum să afle versiunea bluetooth. Acest lucru se poate face în mai multe moduri, dar cel mai ușor este să citiți specificațiile dispozitivului. Dar este mult mai important să înțelegem ce se ascunde în spatele acestor numere.

Cum să aflați versiunea Bluetooth: Video

Date tehnice ale diferitelor protocoale

Această descriere nu va conține cea mai completă listă de versiuni de protocol, ci doar cele mai semnificative pentru tehnologia în ansamblu. Și, desigur, merită să începem cu primul, care a fost creat fără câțiva ani în urmă cu aproape două decenii - în 1998, de către un grup partener al SIG sau al Grupului cu interes special. Dezvoltarea primară a fost stabilită de compania suedeză Ericsson de atunci cu 4 ani înainte de a intra pe piață. Ca urmare a unui studiu de succes, analog demn tehnologii cu firși l-a numit după regele viking danez Harald primul Bluetooth.

Prima versiune a avut o compatibilitate uimitoare între dispozitivele de la diferiți producători. Viteza a fost mică și raza de acțiune a fost în mod clar sub standardul stabilit. Dacă nu ar fi fost încercările prompte de a rafina tehnologia, întreaga idee ar fi putut cădea în uitare. ȘI calitate profesională muncitorii nu au dezamăgit, pentru că în curând a apărut prima versiunea 1.1, apoi 1.2, care a devenit punctul culminant al evoluției modulelor din prima generație. Compatibilitatea generală a fost ridicată la un nivel destul de ridicat, raza de acțiune a fost setată la zece metri sinceri, viteza de transmisie a fost făcută pur și simplu transcendentală - 721 Kbit / s, desigur, teoretic.

Versiunea 2.1

A doua generație a făcut o revoluție, dar versiunea 2.1 a devenit steaua călăuzitoare care este folosită și astăzi. Multe dispozitive entry-level și de clasă medie folosesc această variantă specială a modulului Bluetooth. Accentul principal a fost pe viteză, iar suprastructura EDR a fost soluția. Datorită ei, a devenit posibilă transmiterea la viteze apropiate de 3 Mbit/s, iar nivelul de consum de energie a fost redus de cinci ori. Desigur, au apărut diverse profiluri și suplimente, până la posibilitatea de a distribui accesul în rețea.

A treia versiune

Specificația de mare viteză 3.0 avea multe în comun cu Wi-Fi, dar nu avea compatibilitate directă cu acesta, ci utilizarea tehnologiei SLI, conform căreia două modul bluetooth conectat într-un singur sistem, a permis creșterea vitezei de transmisie până la 24 Mbit / s. Mai mult, la deplasare fișiere mari s-a folosit un protocol de viteză mai mare, dar și consumator de energie, iar pentru fișierele mici era foarte economic.

A patra generație de dispozitive s-a bazat pe ideea de a modifica tehnologia anterioară, astfel încât consumul de energie să fie minim, iar toate celelalte funcții și capacități au fost crescute și extinse. Așa că, pe lângă viteză, a fost mărită și raza, care acum putea ajunge la sute de metri. Pachetele de date au devenit mai optime ca dimensiune, iar criptarea lor pe 128 de biți a fost adăugată. Dimensiunile emițătorului au devenit doar mici, ceea ce face posibilă utilizarea lor peste tot. Unul dintre cele mai importante a fost adăugarea lui trei moduri muncă.

Bluetooth 5.0 devenit realitate. Comparativ cu Bluetooth 4.0 o noua versiune Are dublați lățimea de bandă, dublați intervalulși o serie întreagă de alte îmbunătățiri. Luați în considerare avantajele Bluetooth 5.0 față de predecesorii săi, inclusiv un exemplu CPU CC2640R2F din Texas Instruments.

Popularitatea versiunii protocol Bluetooth 4, precum și unele dintre limitările sale au devenit motivele creării următoarei specificații Bluetooth 5. Dezvoltatorii și-au stabilit o serie de obiective: extinderea gamei, creșterea lățimea de bandă atunci când trimiteți pachete de difuzare, îmbunătățirea imunității la zgomot și așa mai departe.

Acum că au început să apară primele dispozitive cu Bluetooth 5, utilizatorii și dezvoltatorii au pe bună dreptate întrebări: care dintre promisiunile anunțate anterior s-au împlinit? Cât de mult a crescut intervalul și rata de transfer de date? Cum a afectat acest lucru nivelul de consum? Cum s-a schimbat abordarea formării pachetelor de difuzare? Ce îmbunătățiri au fost aduse pentru a îmbunătăți imunitatea la zgomot? Și, desigur, întrebarea principală- există compatibilitate inversă între Bluetooth 5 și Bluetooth 4? Să răspundem la acestea și la alte întrebări și să luăm în considerare principalele avantaje ale Bluetooth 5.0 față de predecesorii săi, inclusiv exemplul unui procesor real cu suport Bluetooth 5.0 de la companie. Texas Instruments.

Să începem revizuirea Bluetooth 5.0 răspunzând la cea mai frecventă întrebare despre compatibilitatea cu Bluetooth 4.x

Este Bluetooth 5.0 compatibil cu Bluetooth 4.x?

Da, da. Bluetooth 5 a preluat majoritatea funcțiilor și extensiilor Bluetooth 4.1 și 4.2. De exemplu, dispozitivele Bluetooth 5 păstrează toate îmbunătățirile de securitate a datelor Bluetooth 4.2 și acceptă extensia LE Data Length. Merită să reamintim că, datorită extinderii LE Data Length Extension, începând de la Bluetooth 4.2, dimensiunea unității de date sub formă de pachete (PDU) la conexiunea stabilită poate fi crescut de la 27 la 251 de octeți, ceea ce permite creșterea ratei de schimb de date de 2,5 ori.

Datorită numărului mare de diferențe între versiunile de protocol, se păstrează mecanismul tradițional de negociere a parametrilor între dispozitive la stabilirea conexiunilor. Aceasta înseamnă că înainte de a începe să facă schimb de date, dispozitivele „se cunosc” și determină frecventa maxima transfer de date, lungimea mesajului și așa mai departe. Setările implicite sunt Bluetooth 4.0. Trecerea la parametrii Bluetooth 5 are loc numai dacă în timpul procesului de negociere se dovedește că ambele dispozitive acceptă versiunea ulterioară a protocolului.

Vorbind despre instrumentele care sunt deja disponibile pentru dezvoltatori, merită remarcat procesor nou CC2640R2F și un BLE5-Stack gratuit de la Texas Instruments. Spre bucuria dezvoltatorilor, BLE5-Stack se bazează pe versiunea anterioara BLE-Stack, iar modificările în utilizarea sa le-au afectat doar pe cele noi Caracteristici Bluetooth 5.0.

Cum a crescut rata de transfer de date în Bluetooth 5?

Bluetooth 5 folosește o conexiune fără fir cu o rată fizică de transfer de date de până la 2 Mbps, care este dublu față de Bluetooth 4.x. Trebuie remarcat aici că rata efectivă de schimb de date depinde nu numai de lățimea de bandă fizică a canalului de transmisie, ci și de raportul dintre serviciu și Informatii utileîn pachet, precum și din costurile „supraveghere” însoțitoare, de exemplu, pierderea de timp între pachete (tabelul 1).

Tabelul 1. Rata de schimb de date pentru diferite versiuniBluetooth

În versiunile Bluetooth 4.0 și 4.1, lățimea de bandă fizică a canalului a fost de 1 Mbit / s, ceea ce, cu o lungime a pachetului de date PDU de 27 de octeți, a făcut posibilă atingerea unui curs de schimb de până la 305 kbit / s. Bluetooth 4.2 introduce extensia LE Data Length. Datorită lui, după stabilirea unei conexiuni între dispozitive, a devenit posibilă creșterea lungimii pachetului la 251 de octeți, ceea ce a dus la o creștere a ratei de schimb de date de 2,5 ori - până la 780 kbit / s.

Bluetooth versiunea 5 păstrează suport pentru LE Data Length Extension, care, împreună cu o creștere a lățimii de bandă fizice de până la 2 Mbps, permite atingerea unor rate de schimb de date de până la 1,4 Mbps.

După cum arată practica, o astfel de accelerare a transferului de date nu este limita. De exemplu, microcontrolerul wireless CC2640R2F este capabil să funcționeze la viteze de până la 5 Mbps.

Este demn de menționat o concepție greșită obișnuită conform căreia creșterea debitului de până la 2 Mbps a fost realizată prin reducerea intervalului. Desigur, fizic cipul transceiver (PHY) când funcționează la 2 Mbit/s are o sensibilitate cu 5 dBm mai mică decât atunci când funcționează la 1 Mbit/s. Cu toate acestea, pe lângă sensibilitate, există și alți factori care contribuie la creșterea intervalului, de exemplu, trecerea la codificarea datelor. Din acest motiv, toate celelalte lucruri fiind egale, Bluetooth 5 se dovedește a fi mai fiabil și are raza mai mare acțiuni în comparație cu Bluetooth 4.0. Acest lucru este descris în detaliu într-unul dintre secțiunile următoare articole.

Cum să activezi modul de transfer de date de mare viteză în Bluetooth 5?

La stabilirea unei conexiuni între doi Dispozitive Bluetooth setările Bluetooth 4.0 sunt utilizate inițial. Aceasta înseamnă că, în prima etapă, dispozitivele fac schimb de date la o viteză de 1 Mbps. Odată ce conexiunea este stabilită, expertul compatibil Bluetooth 5.0 poate începe Procedura de actualizare PHY pentru a stabili viteza maxima 2 Mbps. Această operațiune va avea succes numai dacă slave acceptă și Bluetooth 5.0. În caz contrar, viteza rămâne la 1 Mbps.

Pentru dezvoltatorii care au folosit anterior BLE-Stack de la Texas Instruments, vestea bună este că o singură funcție HCI_LE_SetDefaultPhyCmd () a fost alocată în noul BLE5-Stack pentru a efectua procedura de mai sus. Astfel, atunci când fac upgrade la Bluetooth 5.0, utilizatorii TI nu vor avea nicio problemă cu inițializarea inițială. Un exemplu postat pe portalul GitHub va fi util și pentru dezvoltatori, ceea ce vă permite să evaluați funcționarea a două microcontrolere CC2640R2F care funcționează ca parte a LaunchPad-urilor CC2640R2 în modurile de mare viteză și rază lungă.

Cum a crescut raza de acțiune a Bluetooth 5?

Specificația Bluetooth 5.0 spune că are o rază de acțiune de patru ori mai mare decât Bluetooth 4.0. Aceasta este o întrebare destul de subtilă, asupra căreia merită să insistăm mai detaliat.

În primul rând, conceptul de „de patru ori” este relativ și nu este legat de un anumit interval în metri sau kilometri. Faptul este că domeniul de transmisie radio depinde puternic de o serie de factori: starea mediului, nivelul de interferență, numărul de dispozitive care transmit simultan și așa mai departe. Drept urmare, niciun producător, precum și dezvoltatorul însuși al standardului Bluetooth SIG, nu oferă valori specifice. Creșterea razei este estimată în comparație cu Bluetooth 4.0.

Pentru o analiză ulterioară, este necesar să se efectueze câteva calcule matematice și să se estimeze bugetul de putere al canalului radio. Când se utilizează valori logaritmice, bugetul canalului radio (dB) este egal cu diferența dintre puterea emițătorului (dBm) și sensibilitatea receptorului (dBm):

Bugetul canalului radio = putereT X(dBm) - sensibilitateR X(dBm)

Pentru Bluetooth 4.0, sensibilitatea standard a receptorului este de -93 dBm. Presupunând o putere de transmisie de 0 dBm, bugetul este de 93 dB.

Mărirea intervalului de patru ori ar necesita o creștere de 12 dB a bugetului, ceea ce dă o valoare de 105 dB. Cum ar trebui atinsă această valoare? Există două moduri:

• creșterea puterii emițătorilor;
• creşterea sensibilităţii receptorilor.

Dacă mergeți pe prima cale și creșteți puterea emițătorului, acest lucru va provoca inevitabil o creștere a consumului. De exemplu, pentru CC2640R2F trecerea la putere de iesire 5 dBm duce la o creștere a consumului de curent până la 9 mA (Figura 1). La o putere de 10 dBm, curentul va crește la 20 mA. Această abordare nu pare atrăgătoare pentru majoritatea dispozitive fără fir alimentat de la baterie și nu este întotdeauna potrivit pentru IoT, iar acesta este zona în care Bluetooth 5.0 a fost orientat în primul rând. Din acest motiv, a doua soluție pare să fie de preferat.

Există două moduri de a crește sensibilitatea receptorului:

• scăderea vitezei de transmisie;
• folosind codificarea datelor Coded PHY.

Reducerea ratei de date cu un factor de opt crește teoretic sensibilitatea receptorului cu 9 dB. Astfel, doar 3 dB lipsesc din valoarea râvnită.

Cei 3 dB necesari pot fi obținuți utilizând codificare PHY codificată suplimentară. Anterior, în versiunile Bluetooth 4.x, codarea biților era 1: 1 fără ambiguitate. Aceasta înseamnă că fluxul de date a fost direcționat direct către demodulatorul diferențial. În Bluetooth 5.0 când utilizați Coded PHY, există două format suplimentar transmitere:

• cu codare 1: 2, în care fiecare bit de date este mapat la doi biți în fluxul de date radio. De exemplu, un „1” logic este reprezentat ca secvența „10”. În acest caz, viteza fizică rămâne egală cu 1 Mbit / s și viteza reala transmisia de date scade la 500 kbps.
• Cu codificare 1:4. De exemplu, „1” logic este reprezentat de secvența „1100”. În acest caz, rata de transfer de date este redusă la 125 kbps.

Abordarea descrisă se numește Forward Error Correction (FEC) și vă permite să detectați și să corectați erorile partea de primire mai degrabă decât să solicite retransmiterea pachetelor, așa cum a fost cazul în Bluetooth 4.0.

Totul arată bine pe hârtie. Rămâne doar să aflăm în ce măsură aceste calcule teoretice corespund realității. Să luăm ca exemplu același microcontroler CC2640R2F. Datorită diferitelor îmbunătățiri și noilor moduri de modulare pentru Bluetooth 5.0, transceiver-ul acestui procesor are o sensibilitate de -97 dBm la 1 Mbps și -103 dBm atunci când se utilizează Coded PHY și 125 kbps. Astfel in acest din urmă caz până la 105 dB, lipsesc doar 2 dBm.

Pentru a estima raza de acțiune a CC2640R2F, inginerii de la Texas Instruments au efectuat un experiment pe teren la Oslo. Mai mult, din punct de vedere al nivelului de zgomot mediu inconjurator această experiență nu poate fi numită „prietenosă”, deoarece zona de afaceri a orașului era situată în imediata apropiere.

Pentru a obține un buget de putere mai mare de 105 dB, s-a decis creșterea puterii emițătorului la 5 dBm. Acest lucru a dus la un total impresionant de 108 dBm (Figura 2). În timpul experimentului, raza de acțiune a fost de 1,6 km, ceea ce este un rezultat foarte impresionant, mai ales dacă luați în considerare nivel minim consumul de emițătoare radio.

Cum s-a schimbat abordarea mesajelor transmise prin Bluetooth 5?

Anterior, Bluetooth 4.x folosea trei canale de date dedicate pentru a stabili conexiuni între dispozitive (37, 38, 39). Cu ajutorul lor, dispozitivele s-au găsit și au făcut schimb informatii de serviciu... Ei ar putea transmite, de asemenea, pachete de date transmise. Această abordare are dezavantaje:

• la un numar mare transmițătoare active, aceste canale pot fi pur și simplu supraîncărcate;
• toate mai multe dispozitive utilizează transmisii punct-la-punct fără conexiune. Acest lucru este deosebit de important pentru Internetul obiectelor (IoT);
• noul sistem de codare Coded PHY va necesita de opt ori mai mult pentru a stabili o conexiune, care va încărca suplimentar canalele de difuzare.

Pentru a rezolva aceste probleme în Bluetooth 5.0, s-a decis trecerea la o schemă în care datele sunt transmise pe toate cele 37 de canale de date, iar canalele de serviciu 37, 38, 39 sunt folosite pentru a transmite pointeri. Indicatorul se referă la canalul pe care va fi transmis mesajul difuzat. În acest caz, datele sunt transmise o singură dată. Ca rezultat, este posibil să se descarce semnificativ canalele de servicii și să se elimine acest blocaj.

De asemenea, merită remarcat faptul că acum lungimea datelor unui pachet de difuzare poate fi de până la 255 de octeți în loc de 6 ... 37 de octeți PDU în Bluetooth 4.x. Acest lucru este extrem de important pentru aplicațiile IoT, deoarece minimizează supraîncărcarea de transmisie și elimină nevoia de conexiuni și, prin urmare, reduce consumul.

Bluetooth 5 acceptă rețele Mesh?

Soluții Texas Instruments Bluetooth 5

Unul dintre primele microcontrolere cu Bluetooth 5.0 a fost procesorul de înaltă performanță CC2640R2F de la Texas Instruments.

CC2640R2F se bazează pe un nucleu ARM Cortex-M3 modern pe 32 de biți cu frecventa de operare până la 48 MHz. Emițătorul radio este controlat de un al doilea nucleu ARM Cortex-M0 pe 32 de biți (Figura 3). În plus, CC2640R2F dispune de periferice digitale și analogice bogate.

Avantajul microcontrolerului CC2640R2F este, de asemenea, un nivel redus de consum (tabelul 2). Acest lucru se aplică tuturor modurilor de funcționare. De exemplu, în modul activ la primirea datelor printr-un canal radio, consumul este de 5,9 mA, iar la transmitere - 6,1 mA (0 dBm) sau 9,1 mA (5 dBm). Când intră în modul de repaus, curentul de alimentare scade la 1 μA cu totul.

O combinație de trei astfel calități importante deoarece suportul Bluetooth 5.0, consumul redus și performanța de vârf fac ca CC2640R2F să fie extrem de interesanta decizie pentru internetul lucrurilor. Mai mult, folosind acest microcontroler Este posibil să se creeze o gamă completă de dispozitive IoT: senzori autonomi care funcționează cu o singură baterie timp de câțiva ani, punți între un procesor de control suplimentar și canalul Bluetooth 5.0, aplicații complexe care necesită putere mare de calcul.

Masa 2. Consumul de microcontroler wirelessCC2640 R2 Fcu sprijinulBluetooth 5

Pentru pornire rapidă Pentru a lucra cu CC2640R2F, Texas Instruments a pregătit un kit de depanare tradițional (Figura 4). Cu ajutorul unei perechi de astfel de dispozitive, puteți evalua viteza și raza de acțiune a transmisiei radio prin Bluetooth 5.0. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza exemple gata făcute sau puteți crea aplicație proprie bazat pe protocolul gratuit BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).

Concluzie

Noua versiune a protocolului Bluetooth 5.0 este axată pe satisfacerea nevoilor Internet of Things (IoT). În comparație cu Bluetooth 4.0, are o serie de îmbunătățiri de calitate:

• viteza de transfer de date s-a dublat și a ajuns la 2 Mbps;
• raza de transmisie s-a dublat de patru ori din cauza codificării datelor PHY codificat și a corectării erorilor înainte (FEC);
• debitului mesaje difuzate a crescut de 8 ori.

În plus, Bluetooth 5.0 oferă compatibilitate cu dispozitivele Bluetooth 4.x și, de asemenea, acceptă majoritatea extensiilor. versiuni ulterioare protocol.

Estima Capabilitati Bluetooth 5.0 este disponibil acum cu instrumente de la Texas Instruments. Compania produce microcontrolerul CC2640R2F de înaltă performanță, de putere redusă, oferă o stivă gratuită BLE 5 1.0 și multe exemple gata făcute pentru kitul de depanare LAUNCHXL-CC2640R2.

Literatură

1. Întrebări frecvente privind specificațiile de bază Bluetooth 5.0. 2016. Bluetooth SIG.

Buna ziua.

3 decembrie 2014 Bluetooth SIG a anunțat oficial specificația versiune bluetooth 4.2.
Comunicatul de presă enumeră 3 inovații principale:

• creșterea vitezei de transmitere și recepție a datelor;
• capacitatea de a se conecta la internet;
• îmbunătățirea confidențialității și securității.

Principala teză a comunicatului de presă: versiunea 4.2 - ideală pentru Internet of Things (IoT).
În acest articol, vreau să vă spun cum sunt implementate aceste 3 puncte. Cui îi pasă binevenit.

Tot ceea ce este descris mai jos se aplică numai pentru BLE, să mergem...

1. Creșterea vitezei de primire și transmitere a datelor utilizatorului.

Principalul dezavantaj al BLE a fost rata scăzută de transfer de date. Deși din ce parte să privim, până la urmă, BLE a fost inventat inițial de dragul economisirii energiei sursei care alimentează dispozitivul. Și pentru a economisi energie, trebuie să luați legătura cu intermitență și să transferați câteva date. Cu toate acestea, tot Internetul este plin de indignare cu privire la viteza redusă și întrebări cu privire la posibilitatea creșterii acesteia, precum și la creșterea dimensiunii datelor transmise.

Și acum, odată cu apariția versiunii 4.2, Bluetooth SIG a anunțat o creștere a vitezei de transmisie de 2,5 ori și a mărimii pachetului transmis de 10 ori. Cum au reușit acest lucru?

Vă spun că aceste 2 numere sunt legate între ele și anume: viteza a crescut pentru că dimensiunea pachetului transmis a crescut.

Să ne uităm la PDU (unitatea de date de protocol) a canalului de date:


Fiecare PDU conține un antet de 16 biți. Deci, acest titlu din versiunea 4.2 diferă de titlul din versiunea 4.1.

Iată titlul versiunii 4.1:

Și iată titlul versiunii 4.2:

Notă: RFU (Reserved for Future Use) - câmpul desemnat de această abreviere este rezervat pentru utilizare ulterioară și este umplut cu zerouri.

După cum putem vedea, ultimii 8 biți ai antetului sunt diferiți. Câmpul „Lungime” este suma lungimilor încărcăturii utile și câmpului MIC (Message Integrity Check) din PDU (dacă este activat).
Dacă în versiunea 4.1 câmpul „Lungime” are o dimensiune de 5 biți, atunci în versiunea 4.2 acest câmp are o dimensiune de 8 biți.

De aici este ușor de calculat că câmpul „Lungime” din versiunea 4.1 poate conține valori în intervalul de la 0 la 31, iar în versiunea 4.2 în intervalul de la 0 la 255. Dacă de la valorile maxime scădeți lungimea câmpului MIC (4 octeți), obținem că sarcina utilă poate fi de 27 și 251 de octeți pentru versiunile 4.1 și, respectiv, 4.2. De fapt, cantitatea maximă de date este și mai mică, deoarece sarcina utilă conține și datele serviciului L2CAP (4 octeți) și ATT (3 octeți), dar nu vom lua în considerare acest lucru.

Astfel, dimensiunea datelor de utilizator transmise a crescut de aproximativ 10 ori. În ceea ce privește viteza, care, din anumite motive, a crescut de 10 ori și doar de 2,5 ori, atunci nu putem vorbi de o creștere proporțională, deoarece totul depinde și de livrarea garantată a datelor, pentru că este puțin mai greu de garantat. livrare de 200 de octeți decât 20.

2. Abilitatea de a se conecta la Internet.

Poate cea mai interesantă inovație este motivul pentru care Bluetooth SIG a anunțat că versiunea 4.2 face Internetul lucrurilor (IoT) mai bun datorită acestei caracteristici.

În versiunea 4.1, „Modul de control al fluxului bazat pe credit LE” a apărut în L2CAP. Acest mod vă permite să controlați fluxul de date folosind așa-numitul. schema bazata pe credit. Particularitatea schemei este că nu utilizează pachete de semnal pentru a indica cantitatea de date transmise, ci solicită unui alt dispozitiv un împrumut pentru o anumită cantitate de date pentru transmisie, accelerând astfel procesul de transmisie. În același timp, partea de recepție de fiecare dată când primește un cadru, scade contorul de cadre, iar când se ajunge la ultimul cadru, poate întrerupe conexiunea.

Au apărut 3 coduri noi în lista comenzilor L2CAP:
- LE Credit Based Connection cerere - cerere de conectare în cadrul schemei de creditare;
- LE Credit Based Connection response - un răspuns la o conexiune în cadrul unei scheme de credit;
- LE Flow Control Credit - mesaj despre posibilitatea de a primi LE-frames suplimentare.

În pachetul „Cerere de conectare pe bază de credit LE”


există un câmp de 2 octeți „Credite inițiale” care indică numărul de cadre LE pe care dispozitivul le poate trimite la nivelul L2CAP.

În pachetul de răspunsuri „Răspunsul conexiunii bazate pe credit LE”


același câmp conține numărul de cadre LE pe care un alt dispozitiv le poate trimite, iar câmpul „Rezultat” conține și rezultatul solicitării de conectare. O valoare de 0x0000 indică succes, alte valori indică o eroare. În special, o valoare de 0x0004 indică o eroare a conexiunii din cauza lipsei de resurse.

Astfel, deja în versiunea 4.1, a devenit posibilă transferul unei cantități mari de date la nivel L2CAP.
Și acum, aproape simultan cu lansarea versiunii 4.2, se publică următoarele:

• serviciu: „Serviciul de asistență IP” (IPSS).
• Internet Protocol Support Profile (IPSP), care definește suportul pentru transferul de pachete IPv6 între dispozitivele BLE.

Cerința principală a profilului pentru nivelul L2CAP este „LE Credit Based Connection”, care a apărut în versiunea 4.1, care, la rândul său, vă permite să transferați pachete cu MTU> = 1280 octeți (sper că indiciu despre cifră este clar) .

Profilul definește următoarele roluri:
- Rol de router — folosit pentru dispozitivele care pot ruta pachete IPv6;
- rol de nod (Node) - folosit pentru dispozitivele care pot primi sau trimite numai pachete IPv6; au o funcție de descoperire a serviciului și au un serviciu IPSS care permite routerelor să descopere un anumit dispozitiv;

Dispozitivele cu rol de router care trebuie să se conecteze la un alt router pot avea rolul de gazdă.

Destul de ciudat, dar transmisia pachetelor IPv6 nu face parte din specificația profilului și este specificată în IETF RFC „Transmission of IPv6 packets over Bluetooth Low Energy”. Acest document definește încă unul moment interesant, și anume că, atunci când se transmit pachete IPv6, este utilizat standardul 6LoWPAN - acesta este un standard pentru interacțiunea folosind protocolul IPv6 prin wireless de putere redusă rețele personale Standardul IEE 802.15.4.

Aruncă o privire la poză:


Profilul specifică faptul că IPSS, GATT și ATT sunt utilizate numai pentru descoperirea serviciului, iar GAP este utilizat numai pentru descoperirea dispozitivelor și stabilirea conexiunii.

Dar cel evidențiat cu roșu înseamnă doar că transmiterea pachetelor nu este inclusă în specificația profilului. Acest lucru permite programatorului să scrie propria implementare a transferului de pachete.

3. Îmbunătățirea confidențialității și securității.

Una dintre responsabilitățile managerului Sequrity (SM) este să împerecheze cele două dispozitive. Procesul de împerechere generează chei care sunt apoi folosite pentru a cripta comunicațiile. Procesul de împerechere constă din 3 faze:

• schimb de informații privind metodele de împerechere;
• generarea de chei pe termen scurt (Short Term Key (STK));
• schimb de chei.

În versiunea 4.2, a doua fază a fost împărțită în 2 părți:

• generarea de chei pe termen scurt (Short Term Key (STK)) numită „LE legacy pairing”
• generarea de chei pe termen lung (Long Term Key (LTK)) numită „LE Secure Connections”

În acest sens, pe lângă cele 3 funcții existente, în toolboxul criptografic al managerului de securitate au mai apărut încă 5 și acestea 5 sunt folosite doar pentru deservirea noului proces de împerechere LE Secure Connections. Aceste funcții generează:

• LTK și MacKey;
• confirmarea variabilelor;
• variabile de verificare a autentificării;
• Numere din 6 cifre utilizate pentru afișare pe dispozitivele conectate.

Toate funcțiile folosesc algoritmul de criptare AES-CMAC cu o cheie de 128 de biți.

Deci, dacă 2 chei au fost generate în timpul împerecherii în a doua fază folosind metoda „LE legacy pairing”:

• Cheie temporară (TK): o cheie temporară de 128 de biți utilizată pentru a genera STK;
• Cheie pe termen scurt (STK): O cheie temporară de 128 de biți utilizată pentru a cripta conexiunea

apoi se generează 1 cheie utilizând metoda LE Secure Connections:

• Cheie pe termen lung (LTK): O cheie de 128 de biți utilizată pentru a cripta conexiunile ulterioare.

Ca rezultat al acestei inovații, am obținut:

• împiedicând urmărirea deoarece acum, datorită „Comparației numerice”, este posibil să controlați capacitatea de a vă conecta la dispozitiv.
• eficienta energetica imbunatatita, ca Acum nu este nevoie de energie suplimentară pentru a regenera cheile la fiecare conexiune.
• Criptare standard din industrie pentru securizarea datelor sensibile.

Destul de ciudat, sună, dar datorită siguranței îmbunătățite, am obținut o îmbunătățire a eficienței energetice.

4. Există deja o oportunitate de a o simți?

Da, am.
NORDIC Semiconductor a lansat „nRF51 IoT SDK” care include stiva, biblioteci, exemple și API-uri pentru dispozitivele din seria nRF51. Aceasta include:

• cipuri nRF51822 și nRF51422;
• nRF51 DK;
• Dongle nRF51;
• nRF51822 EK.