Shpejtësia e zhurmës Bluetooth 4.2. Seria e produkteve me energji të ulët të Toshiba Bluetooth mbështet standardin Bluetooth Mesh

Një fjalë interesante e quajtur Bluetooth është një protokoll për shkëmbimin e informacionit jo distanca të gjata... Zona e saj e mbulimit, në krahasim me Wi-Fi, është mjaft modeste (maksimumi 100 metra, dhe më pas në rasti më i mirë nëse keni versionin më të fundit), dhe shkalla e transferimit të të dhënave është e ulët. Por këto disavantazhe kompensohen nga konsumi i ulët i energjisë dhe shpejtësia e lartë e lidhjes (i ashtuquajturi çiftimi) i telefonave.

Bluetooth është shumë teknologji e vjetër në tregun e IT; i pari versioni (1.0) ka lindur në vitin 1998. Aktiv ky moment konsiderohet i vjetëruar dhe nuk përdoret në asnjë pajisje në treg.

Versionet Bluetooth

Versioni tjetër i protokollit është 1.2 - tashmë konsiderohet gjithashtu i vjetëruar, por u ka shërbyer me besnikëri përdoruesve të telefonit për shumë më gjatë. Ajo ende mund të gjendet në disa të lira pajisje celulare prodhuar në Kinë. Shkalla maksimale e transferimit të dhëna bluetooth 1.2 është 721 kbps. Telefonat çiftohen shumë më shpejt, ju mund të jeni në internet në mënyrë anonime. Ky version i protokollit ju lejon të transferoni jo vetëm muzikë dhe fotografi, por edhe lloje të tjera skedarësh, si dhe të dhëna shërbimi.

Shfaqja e teknologjisë EDR, ose Norma e Përmirësuar e të Dhënave, u bë hapi tjeter në zhvillimin e Bluetooth, dhe mjaft i madh. Shkalla e transferimit të të dhënave në teori u rrit në 3 Mbit / s, megjithëse në praktikë zakonisht nuk ngrihej mbi 2 Mbit / s. Kjo teknologji mbështetet nga dy versione të bluetooth - 2.0, i lëshuar në 2004 dhe 2.1, i cili lindi në 2007. Ato janë pothuajse plotësisht identike, ndryshojnë vetëm në teknologjitë e kursimit të energjisë.

ME Bluetooth 2.1 pothuajse të gjitha të disponueshme komerciale janë të pajtueshme Telefonat celular, navigatorë, kufje dhe pajisje të tjera. Konsumi i energjisë në krahasim me versionet e mëparshme të protokollit ra me pothuajse 10 herë, gjë që bëri të mundur prodhimin në masë të kufjeve kompakte.

Bluetooth versioni 3.0 u shfaq në vitin 2009, dhe me paraqitjen e saj u bë transferimi i mundshëm informacion me një shpejtësi shumë më të lartë se më parë (teknologji HS, ose Shpejtësia e Lartë). Pajisjet e pajtueshme me Bluetooth 3.0 + HS janë të pajisura me 2.1 + EDR (deri në 3 Mbps), si dhe një modul të dytë që funksionon në mënyrë të ngjashme me Wi-Fi dhe ofron shpejtësi deri në 24 Mbps. Pavarësisht nga parimi i ngjashëm i funksionimit, nuk ka pajtueshmëri të drejtpërdrejtë me Wi-Fi.

Teknologjia HS, me të gjitha avantazhet e saj, kishte një pengesë serioze - konsumin e lartë të energjisë. Megjithatë, tashmë në vitin 2010, kur Bluetooth 4.0, eshte rregulluar. Çipi i këtij versioni është i pranishëm në të gjithë telefonat inteligjentë më të mirë dhe tableta, si dhe në shumicën e ultrabooks. Të dhënat mund të transferohen në një distancë deri në 100 metra me një shpejtësi deri në 30 Mbps.

Duhet të theksohet, megjithatë, se jo të gjitha mundësitë të këtij standardi Kërkohet Bluetooth. Pra, mundësia e një të gjatë punë autonome(funksioni Bluetooth Energji e ulët ) mbështetet vetëm nga pajisjet më të fundit.

Shumica pajisjet periferike të tilla si kufjet, navigatorët, etj., mbështet Bluetooth 2.1 + EDR, kështu që nëse pajisja juaj mbështet të njëjtin version, gjithçka do të jetë mirë. Edhe pse disa pajisje mund të mbështesin versione të tjera të protokollit. Për shembull, ora e korrigjimit të Texas Instruments MetaWatch, e cila shfaq informacione të ndryshme në lidhje me një smartphone në ekran, mbështet Bluetooth 4.0. Që kjo të funksionojë, kompjuteri juaj duhet të mbështesë të njëjtin version.

Nëse është e rëndësishme për ju transmetim me shpejtësi të lartë informacion, atëherë ju nevojitet versioni 3.0 ose 4.0 i Bluetooth në të dyja pajisjet. edhe pse shpejtësi e lartë transferimi i të dhënave mund të arrihet përmes Teknologjia NFC(Funksioni S Beam në telefonat inteligjentë të rinj Samsung). po dhe Wi-Fi Direct në shumë raste është më e përshtatshme të përdoret ky funksion, sepse ky funksion mbështetet nga shumë pajisje të bazuara në sistemin operativ Android 4.0 dhe shpejtësia e transmetimit është shumë më e lartë në krahasim me Bluetooth.

Profilet Bluetooth

Merrej me versionet Bluetooth; secila ka karakteristikat e veta - nuk mund ta ngatërroni. Dhe gjithashtu mos i ngatërroni versionet bluetooth me profilet. Një profil është një aktivitet specifik që është i mundur në versione të ndryshme të protokollit.

Profili A2DP ofron mundësinë për të transferuar skedarë dhe zë stereo, i cili disponohet në versionin Bluetooth 1.2 dhe më të lartë. Megjithatë, çdo pajisje specifike mund të ketë grupin e vet të profileve, kështu që disa veprime, edhe duke marrë parasysh versionin më të fundit të bluetooth, mund të mos jenë të disponueshme. Për shembull, telefonat inteligjentë Windows nuk mbështesin shkëmbimin e informacionit përmes Bluetooth dhe përdoruesi do të duhet të përdorë disa truke nëse dëshiron të përdorë këtë veçori të protokollit.

Telefonat inteligjentë modernë dhe pajisjet e tjera po kërkojnë mbështetje për "Bluetooth 5.0" në fletën e tyre të specifikimeve. Ja çfarë ka të re në më të fundit dhe më të fundit version më i mirë Bluetooth.

Çfarë është Bluetooth?

Bluetooth 5.0 është Versioni i fundit standardi wireless Komunikimi me Bluetooth... Përdoret zakonisht për kufje me valë dhe pajisje të tjera audio, si dhe për tastierat me valë, minjtë dhe kontrollorët e lojës. Bluetooth përdoret gjithashtu për komunikim ndërmjet pajisje të ndryshme shtëpi e zgjuar dhe Interneti i Gjërave (IoT).

Versioni i ri i standardit Bluetooth nënkupton përmirësime të ndryshme, por vetëm kur përdoret me pajisje periferike të pajtueshme. Me fjalë të tjera, nuk do të shihni ndonjë përfitim nga përmirësimi i telefonit tuaj Bluetooth 5.0 nëse të gjithë aksesorët tuaj Bluetooth janë krijuar për një version më të vjetër të Bluetooth. Megjithatë, Bluetooth-i është i pajtueshëm me të kaluarën, kështu që mund të vazhdoni të përdorni Bluetooth 4.2 ekzistues dhe pajisjet më të vjetra me të Telefon Bluetooth 5.0. Dhe kur blini pajisje të reja periferike Bluetooth 5.0, ato do të funksionojnë më mirë me telefonin tuaj Bluetooth 5.0.

Kufje me valë Bluetooth me konsum të ulët të energjisë (dhe më shumë)

Është e rëndësishme të theksohet se të gjitha përmirësimet Bluetooth lidhen me specifikimin Bluetooth Low Energy, i cili u prezantua me Bluetooth 4.0, dhe jo me radion klasike Bluetooth, e cila përdor më shumë energji. Teknologjia Bluetooth Low Energy është projektuar për të reduktuar konsumin e energjisë të pajisjeve periferike Bluetooth. Fillimisht u përdor për transportues, beacons dhe pajisje të tjera me fuqi të ulët, por kishte disa kufizime serioze.

Për shembull, kufje pa tela nuk mund të komunikonin përmes Bluetooth me energji të ulët, kështu që ata duhej të përdornin standardin më të fuqishëm të zërit Bluetooth. Me Bluetooth 5.0, të gjitha pajisjet audio komunikojnë duke përdorur Bluetooth Low Energy, që do të thotë konsum më i ulët i energjisë dhe jetëgjatësi më e gjatë e baterisë. Në të ardhmen, shumë lloje të tjera pajisjesh do të mund të komunikojnë me Bluetooth Low Energy.

Veçanërisht, AirPods të Apple nuk përdorin Bluetooth 5.0. Ata përdorin Bluetooth 4.2 dhe një çip të dedikuar Apple W1 për të përmirësuar lidhjen. Aktiv Android Bluetooth 5.0 duhet të ndihmojë që kufjet Bluetooth të bëhen diçka që dëshironi të përdorni.

Audio i dyfishtë

Bluetooth 5.0 ofron gjithashtu një veçori të re fantastike për të luajtur audio në dy pajisje të lidhura në të njëjtën kohë. Me fjalë të tjera, mund të keni dy palë kufje me valë të lidhura me telefonin tuaj dhe ato njëkohësisht transmetojnë audio tek të dy nëpërmjet Bluetooth standard. Ose mund të luani audio në dy altoparlantë të ndryshëm në dhoma të ndryshme. Ju mund të transmetoni dy burime të ndryshme audio në të njëjtën kohë në dy pajisje të ndryshme audio në të njëjtën kohë, kështu që dy njerëz mund të dëgjonin dy pjesë të ndryshme muzikore, por ato do të transmetoheshin nga i njëjti telefon.

Ky funksion quhet "Dual Audio" i aktivizuar Samsung Galaxy S8. Thjesht lidhni dy pajisje audio Bluetooth me telefonin tuaj, aktivizoni "Dual Audio" dhe jeni gati. Megjithatë, nuk duhet të jetë Funksioni Samsung... Ai ka Bluetooth 5.0 të aktivizuar dhe shpresojmë se do të shfaqet në pajisjet e prodhuesve të tjerë.

Më shumë shpejtësi, distancë dhe gjerësi bande

Përparësitë kryesore të Bluetooth 5.0 janë shpejtësia e përmirësuar dhe diapazoni më i madh. Me fjalë të tjera, është më i shpejtë dhe mund të funksionojë në distanca më të gjata se versionet më të vjetra të Bluetooth.

Kur do ta merrni?

Sot mund të merrni pajisje me Bluetooth 5.0, si iPhone 8 dhe 8 Plus, iPhone X, Samsung Galaxy S8 dhe S9 dhe telefonat e ardhshëm Android. Sidoqoftë, ju duhet gjithashtu Bluetooth 5.0. Ato nuk janë ende të përhapura, por shumë prodhues premtojnë të lëshojnë pajisje Bluetooth 5.0 në 2018.

Meqenëse Bluetooth mbështet përputhshmëria e prapambetur Bluetooth 5.0 dhe pajisjet më të vjetra Bluetooth do të funksionojnë së bashku. Është paksa si kalimi në një të ri, më të shpejtë. Standardi Wi-Fi... Edhe pasi të keni marrë ruter i ri duke mbështetur Wi-Fi më të shpejtë, duhet gjithashtu të përditësoni të gjitha pajisjet e tjera. Por pajisjet tuaja të vjetra me Mbështetje Wi-Fi mund të lidhet ende me ruterin tuaj të ri me një shpejtësi më të ngadaltë sesa mbështet ruteri.

Nëse mund të hyni Telefon Android me kufje bluetooth 5.0 dhe bluetooth 5.0, me shumë mundësi do të keni një shumë më të mirë zë pa tel se standardi i vjetër Bluetooth.

Përdoruesit e iPhone mund të marrin përvojë e mirë punojnë me të tyren Kufje AirPods ose Apple's Beats falë çipit W1, por tani merrni tingull të mirë bluetooth në Android. Bluetooth 5.0 madje duhet të përmirësojë kufjet me valë në iPhone nëse vendosni të kaloni te një palë e tretë kufje bluetooth 5.0 në vend të Kufje Apple me çip W1.

Megjithatë, ne nuk rekomandojmë përditësimin e çdo gjëje të vogël. Edhe nëse keni një laptop me mbështetje Bluetooth 5.0, për shembull, përmirësimi i mausit në Bluetooth 5.0 ndoshta nuk do të jetë një përmirësim i madh. Por ndërsa mbështetja Bluetooth 5.0 reflektohet në çdo pajisje të re Bluetooth, pajisjet periferike Bluetooth do të përmirësohen dhe Bluetooth do të bëhet më i besueshëm dhe efikas në energji.

Per kohët e fundit numri i përdoruesve pajisje celulareështë rritur ndjeshëm, që do të thotë se një numër i madh i ndryshme probleme teknike mbeten kuaj të errët për përdoruesit fillestarë. Një nga këto nuanca është versioni Bluetooth.

Protokollet ose profilet

Përkundër faktit se përputhshmëria e versioneve bluetooth është në një nivel mjaft të lartë, ndonjëherë ka situata në të cilat bëhet e pamundur çiftimi i dy pajisjeve. Dhe çështja këtu është te protokollet, jo te profilet. Dhe për të vërtetuar pamundësinë e lartpërmendur, së pari duhet të kuptoni se cili është ndryshimi midis këtyre dy koncepteve.

Një protokoll është një grup udhëzimesh përmes të cilave kryhet transmetimi informacione të ndryshme... Është ai që vendos rendin, frekuencën e funksionimit dhe kohëzgjatjen e punës së një komponenti të caktuar. Dhe profilet janë shtesa shtesë që ju lejojnë të përdorni informacione të një lloji të caktuar... Për shembull, A2DP është një profil që lejon një modul bluetooth të punojë me tingull stereo, ku kur çiftohen, negociohen edhe kodekët që do të përdoren.

Nëse shikoni globalisht, atëherë versioni i protokolleve ka rëndësi më të madhe sesa rëndësia e profilit. Nëse të dyja pajisjet kanë të njëjtin version të protokollit, atëherë ato do të kenë akses në të gjitha funksionet standarde dhe aftësitë që mbështet moduli. Por me profilet, gjithçka është ndryshe. Meqenëse ato shtohen sipas dëshirës, ​​që ato të përdoren dhe të funksionojnë, do të duhet të jenë të pranishëm në të dy pajisjet. Nëse vetëm një modul bluetooth mbështet profilin e kërkuar, ai nuk do të përdoret gjatë transferimit të të dhënave.

Shumë përdorues janë të interesuar në pyetjen se si të zbulojnë versionin bluetooth. Kjo mund të bëhet në disa mënyra, por më e thjeshta është të lexoni specifikimet e pajisjes. Por është shumë më e rëndësishme të kuptojmë se çfarë fshihet pas këtyre numrave.

Si të zbuloni versionin Bluetooth: Video

Të dhëna teknike të protokolleve të ndryshme

Ky përshkrim nuk do të përmbajë listën më të plotë të versioneve të protokollit, por vetëm më të rëndësishmet për teknologjinë në tërësi. Dhe, natyrisht, ia vlen të fillohet me të parën, e cila u krijua pa nja dy vjet pothuajse dy dekada më parë - në 1998, nga një grup partner i SIG ose Grupi i Interesuar Special. Zhvillimi primar u krijua nga kompania e atëhershme suedeze Ericsson 4 vjet para hyrjes në treg. Si rezultat i një studimi të suksesshëm, analog i denjë teknologjitë me tela dhe e quajti atë sipas mbretit danez viking Harald Bluetooth i Parë.

Versioni i parë kishte pajtueshmëri të mahnitshme midis pajisjeve nga prodhues të ndryshëm. Shpejtësia ishte e vogël dhe diapazoni ishte dukshëm më i shkurtër se standardi i vendosur. Nëse nuk do të ishin përpjekjet e menjëhershme për të përmirësuar teknologjinë, e gjithë ideja mund të ishte zhytur në harresë. DHE cilësi profesionale punëtorët nuk u lëshuan, sepse së shpejti u shfaq versioni i parë 1.1, dhe më pas 1.2, i cili u bë kulmi i evolucionit të moduleve të gjeneratës së parë. Përputhshmëria e përgjithshme u ngrit në një nivel mjaft të lartë, diapazoni u vendos në një dhjetë metra të sinqertë, shpejtësia e transmetimit u bë thjesht transcendentale - 721 Kbit / s, natyrisht, teorikisht.

Versioni 2.1

Gjenerata e dytë bëri një revolucion, por ishte versioni 2.1 që u bë ylli udhëzues që përdoret ende sot. Shumë pajisje të nivelit fillestar dhe të klasës së mesme përdorin këtë variacion të veçantë të modulit bluetooth. Fokusi kryesor ishte shpejtësia, dhe superstruktura EDR ishte zgjidhja. Ishte falë saj që u bë e mundur transmetimi me shpejtësi afër 3 Mbit / s, dhe niveli i konsumit të energjisë u ul pesë herë. Sigurisht që janë shfaqur profile dhe shtesa të ndryshme, deri në aftësinë për të shpërndarë aksesin në rrjet.

Versioni i tretë

Specifikimi i shpejtësisë së lartë 3.0 kishte shumë të përbashkëta me Wi-Fi, por nuk kishte pajtueshmëri të drejtpërdrejtë me të, por përdorimin e teknologjisë SLI, sipas së cilës dy moduli bluetooth i lidhur në një sistem, lejohet të rrisë shpejtësinë e transmetimit deri në 24 Mbit / s. Për më tepër, kur lëvizni skedarë të mëdhenj përdorej një protokoll me shpejtësi më të lartë, por edhe konsumues të energjisë, dhe për skedarë të vegjël ishte shumë ekonomik.

Gjenerata e katërt e pajisjeve u bazua në idenë e finalizimit të teknologjisë së mëparshme në mënyrë që konsumi i energjisë të ishte minimal, dhe të gjitha funksionet dhe aftësitë e tjera të rriteshin dhe zgjeroheshin. Pra, përveç shpejtësisë, u rrit edhe rrezja, e cila tani mund të arrijë qindra metra. Paketat e të dhënave janë bërë më optimale në madhësi dhe është shtuar enkriptimi i tyre 128-bit. Dimensionet e transmetuesit janë bërë thjesht të vogla, gjë që bën të mundur përdorimin e tyre kudo. Një nga pikat kryesore ishte shtimi i tre mënyra puna.

Bluetooth 5.0 u bë realitet. Krahasuar me Bluetooth 4.0 një version të ri Ajo ka dyfishoni gjerësinë e brezit, katërfishoni diapazonin dhe një mori përmirësimesh të tjera. Konsideroni avantazhet e Bluetooth 5.0 ndaj paraardhësve të tij, duke përfshirë një shembull CPU CC2640R2F nga Teksas Instrumente.

Popullariteti i versionit Protokolli Bluetooth 4, si dhe disa nga kufizimet e tij u bënë arsyet për krijimin e specifikimit të ardhshëm Bluetooth 5. Zhvilluesit i vendosën vetes një sërë qëllimesh: zgjerimi i gamës, rritja gjerësia e brezit gjatë dërgimit të paketave të transmetimit, përmirësimit të imunitetit ndaj zhurmës, etj.

Tani që pajisjet e para me Bluetooth 5 kanë filluar të shfaqen, përdoruesit dhe zhvilluesit me të drejtë kanë pyetje: cilat nga premtimet e shpallura më parë janë realizuar? Sa është rritur diapazoni dhe shkalla e transferimit të të dhënave? Si ndikoi kjo në nivelin e konsumit? Si ka ndryshuar qasja ndaj formimit të paketave të transmetimit? Çfarë përmirësimesh janë bërë për të përmirësuar imunitetin ndaj zhurmës? Sigurisht, pyetja kryesore- a ka pajtueshmëri të prapambetur midis Bluetooth 5 dhe Bluetooth 4? Le t'u përgjigjemi këtyre dhe disa pyetjeve të tjera dhe të shqyrtojmë avantazhet kryesore të Bluetooth 5.0 ndaj paraardhësve të tij, duke përfshirë shembullin e një procesori të vërtetë me mbështetje Bluetooth 5.0 nga kompania. Teksas Instrumente.

Le të fillojmë rishikimin tonë të Bluetooth 5.0 duke iu përgjigjur pyetjes më të shpeshtë në lidhje me përputhshmërinë e prapambetur me Bluetooth 4.x

A është i pajtueshëm Bluetooth 5.0 prapa me Bluetooth 4.x?

Po, po. Bluetooth 5 ka marrë përsipër shumicën e veçorive dhe zgjerimeve të Bluetooth 4.1 dhe 4.2. Për shembull, pajisjet Bluetooth 5 ruajnë të gjitha përmirësimet e sigurisë së të dhënave Bluetooth 4.2 dhe mbështesin zgjerimin e gjatësisë së të dhënave LE. Vlen të kujtojmë se falë zgjerimit të gjatësisë së të dhënave LE, duke filluar nga Bluetooth 4.2, madhësia e njësisë së të dhënave të paketës (PDU) në lidhje e vendosur mund të rritet nga 27 në 251 bajt, gjë që lejon rritjen e kursit të shkëmbimit të të dhënave me 2.5 herë.

Për shkak të numrit të madh të dallimeve midis versioneve të protokollit, mekanizmi tradicional për negocimin e parametrave midis pajisjeve gjatë vendosjes së lidhjeve është ruajtur. Kjo do të thotë që përpara se të nisin shkëmbimin e të dhënave, pajisjet "të njihen" dhe të përcaktojnë frekuencë maksimale transferimi i të dhënave, gjatësia e mesazhit dhe kështu me radhë. Cilësimet e paracaktuara janë Bluetooth 4.0. Kalimi në parametrat Bluetooth 5 ndodh vetëm nëse gjatë procesit të negociatave rezulton se të dy pajisjet mbështesin versionin e mëvonshëm të protokollit.

Duke folur për mjetet që janë tashmë të disponueshme për zhvilluesit, vlen të përmendet procesor i ri CC2640R2F dhe një BLE5-Stack falas nga Texas Instruments. Për kënaqësinë e zhvilluesve, BLE5-Stack bazohet në versioni i mëparshëm BLE-Stack dhe ndryshimet në përdorimin e tij prekën vetëm të rejat Karakteristikat e Bluetooth 5.0.

Si është rritur shpejtësia e transferimit të të dhënave në Bluetooth 5?

Bluetooth 5 përdor një lidhje me valë me një shpejtësi fizike të transferimit të të dhënave deri në 2 Mbps, që është dyfishi i asaj të Bluetooth 4.x. Këtu duhet theksuar se kursi efektiv i shkëmbimit të të dhënave varet jo vetëm nga gjerësia e brezit fizik të kanalit të transmetimit, por edhe nga raporti i shërbimit dhe informacione të dobishme në paketë, si dhe nga kostot shoqëruese "të përgjithshme", për shembull, humbja e kohës midis paketimeve (tabela 1).

Tabela 1. Kursi i shkëmbimit të të dhënave për versione të ndryshmeBluetooth

Në versionet Bluetooth 4.0 dhe 4.1, gjerësia e brezit fizik të kanalit ishte 1 Mbit / s, e cila, me një gjatësi të paketës së të dhënave PDU prej 27 bajt, bëri të mundur arritjen e një kursi këmbimi deri në 305 kbit / s. Bluetooth 4.2 prezanton zgjerimin e gjatësisë së të dhënave LE. Falë tij, pasi vendosi një lidhje midis pajisjeve, u bë e mundur rritja e gjatësisë së paketës në 251 bajt, gjë që çoi në një rritje të kursit të shkëmbimit të të dhënave me 2.5 herë - deri në 780 kbit / s.

Versioni 5 i Bluetooth-it ruan mbështetjen për LE Data Length Extension, i cili, së bashku me një rritje në gjerësinë e brezit fizik deri në 2 Mbps, lejon arritjen e normave të shkëmbimit të të dhënave deri në 1,4 Mbps.

Siç tregon praktika, një përshpejtim i tillë i transferimit të të dhënave nuk është kufiri. Për shembull, mikrokontrolluesi me valë CC2640R2F është i aftë të funksionojë me shpejtësi deri në 5 Mbps.

Vlen të përmendet një keqkuptim i zakonshëm se rritja e xhiros deri në 2 Mbps u arrit duke zvogëluar diapazonin. Sigurisht, fizikisht çipi i transmetuesit (PHY) kur funksionon me 2 Mbit/s ka 5 dBm më pak ndjeshmëri sesa kur funksionon me 1 Mbit/s. Sidoqoftë, përveç ndjeshmërisë, ka faktorë të tjerë që kontribuojnë në një rritje të diapazonit, për shembull, kalimi në kodimin e të dhënave. Për këtë arsye, duke qenë të gjitha gjërat e tjera të barabarta, Bluetooth 5 rezulton të jetë më i besueshëm dhe ka rreze më të madhe veprime në krahasim me Bluetooth 4.0. Kjo përshkruhet në detaje në një nga seksionet e mëposhtme artikuj.

Si të aktivizoni modalitetin e transferimit të të dhënave me shpejtësi të lartë në Bluetooth 5?

Kur vendoset një lidhje midis dy Pajisjet Bluetooth fillimisht përdoren cilësimet e Bluetooth 4.0. Kjo do të thotë që në fazën e parë, pajisjet shkëmbejnë të dhëna me një shpejtësi prej 1 Mbps. Pasi të vendoset lidhja, magjistari i aktivizuar Bluetooth 5.0 mund të fillojë procedurën e përditësimit PHY për të vendosur shpejtesi maksimale 2 Mbps. Ky operacion do të jetë i suksesshëm vetëm nëse skllavi mbështet gjithashtu Bluetooth 5.0. Përndryshe, shpejtësia mbetet në 1 Mbps.

Për zhvilluesit që kanë përdorur më parë BLE-Stack nga Texas Instruments, lajmi i mirë është se BLE5-Stack i ri ka një funksion të vetëm, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd (), i caktuar për të kryer procedurën e mësipërme. Kështu, kur përmirësohet në Bluetooth 5.0, përdoruesit e TI nuk do të kenë asnjë problem me inicializimin fillestar. Një shembull i postuar në portalin GitHub do të jetë gjithashtu i dobishëm për zhvilluesit, i cili ju lejon të vlerësoni funksionimin e dy mikrokontrolluesve CC2640R2F që funksionojnë si pjesë e LaunchPads CC2640R2 në mënyrat me shpejtësi të lartë dhe me rreze të gjatë.

Si është rritur diapazoni i Bluetooth 5?

Specifikimi i Bluetooth 5.0 thotë se ka katër herë diapazonin e Bluetooth 4.0. Kjo është një pyetje mjaft delikate, për të cilën ia vlen të ndalemi më në detaje.

Së pari, koncepti i "katër herë" është relativ dhe nuk është i lidhur me një interval specifik në metra ose kilometra. Fakti është se diapazoni i transmetimit të radios varet fuqishëm nga një sërë faktorësh: gjendja e mjedisit, niveli i ndërhyrjes, numri i pajisjeve që transmetojnë njëkohësisht, etj. Si rezultat, asnjë prodhues i vetëm, si dhe vetë zhvilluesi i standardit Bluetooth SIG, nuk jep vlera specifike. Rritja e diapazonit vlerësohet në krahasim me Bluetooth 4.0.

Për analiza të mëtejshme, është e nevojshme të kryhen disa llogaritje matematikore dhe të vlerësohet buxheti i energjisë së kanalit radio. Kur përdorni vlera logaritmike, buxheti i kanalit të radios (dB) është i barabartë me diferencën midis fuqisë së transmetuesit (dBm) dhe ndjeshmërisë së marrësit (dBm):

Buxheti i kanalit të radios = fuqiaT X(dBm) - ndjeshmëriR X(dBm)

Për Bluetooth 4.0, ndjeshmëria standarde e marrësit është -93 dBm. Duke supozuar një fuqi transmetuesi prej 0 dBm, buxheti është 93 dB.

Rritja e diapazonit me katër herë do të kërkonte një rritje prej 12 dB në buxhet, që jep një vlerë prej 105 dB. Si supozohet të arrihet kjo vlerë? Ka dy mënyra:

• rritja e fuqisë së transmetuesve;
• duke rritur ndjeshmërinë e marrësve.

Nëse shkoni në rrugën e parë dhe rritni fuqinë e transmetuesit, kjo në mënyrë të pashmangshme do të shkaktojë një rritje të konsumit. Për shembull, për kalimin CC2640R2F në fuqia dalëse 5 dBm çon në një rritje të konsumit aktual deri në 9 mA (Figura 1). Me një fuqi prej 10 dBm, rryma do të rritet në 20 mA. Kjo qasje nuk duket tërheqëse për shumicën pajisje wireless me bateri dhe nuk është gjithmonë i përshtatshëm për IoT, dhe kjo është zona ku Bluetooth 5.0 ishte kryesisht i orientuar. Për këtë arsye, zgjidhja e dytë duket të jetë e preferueshme.

Ka dy mënyra për të rritur ndjeshmërinë e marrësit:

• ulje e shpejtësisë së transmetimit;
• duke përdorur kodimin e të dhënave të koduara PHY.

Ulja e shpejtësisë së të dhënave me një faktor prej tetë teorikisht rrit ndjeshmërinë e marrësit me 9 dB. Kështu, vetëm 3 dB i mungojnë vlerës së lakmuar.

3 dB e kërkuar mund të merret duke përdorur kodim shtesë të koduar PHY. Më parë, në versionet Bluetooth 4.x, kodimi i bitit ishte i paqartë 1: 1. Kjo do të thotë që rryma e të dhënave u drejtua drejtpërdrejt te demodulatori diferencial. Në Bluetooth 5.0 kur përdorni Coded PHY, ka dy format shtesë transmetim:

• me kodim 1: 2, në të cilin çdo bit i të dhënave është hartuar në dy bit në rrjedhën e të dhënave radio. Për shembull, një "1" logjik përfaqësohet si sekuenca "10". Në këtë rast, shpejtësia fizike mbetet e barabartë me 1 Mbit / s, dhe shpejtësi reale transmetimi i të dhënave bie në 500 kbps.
• Me kodim 1: 4. Për shembull, logjika "1" përfaqësohet nga sekuenca "1100". Në këtë rast, shpejtësia e transferimit të të dhënave zvogëlohet në 125 kbps.

Qasja e përshkruar quhet Forward Error Correction (FEC) dhe ju lejon të zbuloni dhe korrigjoni gabimet anën marrëse në vend që të kërkoni ritransmetim të paketave, siç ishte rasti në Bluetooth 4.0.

Gjithçka duket mirë në letër. Mbetet vetëm për të zbuluar se deri në çfarë mase këto llogaritje teorike korrespondojnë me realitetin. Le të marrim të njëjtin mikrokontrollues CC2640R2F si shembull. Falë përmirësimeve të ndryshme dhe mënyrave të reja të modulimit për Bluetooth 5.0, transmetuesi i këtij procesori ka një ndjeshmëri prej -97 dBm në 1 Mbps dhe -103 dBm kur përdoret Coded PHY dhe 125 kbps. Kështu në rastin e fundit deri në 105 dB, mungon vetëm 2 dBm.

Për të vlerësuar gamën e CC2640R2F, inxhinierët në Texas Instruments kryen një eksperiment në terren në Oslo. Për më tepër, nga pikëpamja e nivelit të zhurmës mjedisi Kjo përvojë nuk mund të quhet "miqësore", pasi pjesa e biznesit të qytetit ndodhej në afërsi.

Për të marrë një buxhet energjie prej më shumë se 105 dB, u vendos që të rritet fuqia e transmetuesit në 5 dBm. Kjo rezultoi në një total mbresëlënës 108 dBm (Figura 2). Gjatë eksperimentit, diapazoni i funksionimit ishte 1.6 km, që është një rezultat shumë mbresëlënës, veçanërisht kur merret parasysh niveli minimal konsumi i radiotransmetuesve.

Si ka ndryshuar qasja ndaj mesazheve të transmetimit Bluetooth 5?

Më parë, Bluetooth 4.x përdorte tre kanale të dedikuara të dhënash për të vendosur lidhje midis pajisjeve (37, 38, 39). Me ndihmën e tyre, pajisjet gjetën njëra-tjetrën dhe u shkëmbyen informacion shërbimi... Ata gjithashtu mund të transmetojnë paketa të të dhënave të transmetimit. Kjo qasje ka disavantazhe:

• në një numër i madh transmetues aktivë, këto kanale thjesht mund të mbingarkohen;
• të gjitha më shumë pajisje përdor transmetime pa lidhje pikë-për-pikë. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për Internetin e Gjërave (IoT);
• sistemi i ri i kodimit të koduar PHY do të kërkojë tetë herë më shumë për të krijuar një lidhje, e cila do të ngarkojë gjithashtu kanalet e transmetimit.

Për të zgjidhur këto probleme në Bluetooth 5.0, u vendos që të kaloni në një skemë në të cilën të dhënat transmetohen në të 37 kanalet e të dhënave, dhe kanalet e shërbimit 37, 38, 39 përdoren për të transmetuar tregues. Treguesi i referohet kanalit në të cilin do të transmetohet mesazhi i transmetuar. Në këtë rast, të dhënat transmetohen vetëm një herë. Si rezultat, është e mundur të shkarkohen ndjeshëm kanalet e shërbimit dhe të eliminohet kjo pengesë.

Vlen gjithashtu të theksohet se tani gjatësia e të dhënave të një pakete të transmetimit mund të jetë deri në 255 byte në vend të 6 ... 37 bytes PDU në Bluetooth 4.x. Kjo është jashtëzakonisht e rëndësishme për aplikacionet IoT, pasi minimizon shpenzimet e transmetimit dhe eliminon nevojën për lidhje, dhe për këtë arsye redukton konsumin.

A i mbështet Bluetooth 5 rrjetet Mesh?

Teksas Instruments Bluetooth 5 Zgjidhje

Një nga mikrokontrolluesit e parë me Bluetooth 5.0 ishte procesori CC2640R2F me performancë të lartë nga Texas Instruments.

CC2640R2F bazohet në bërthamën moderne 32-bit ARM Cortex-M3 me frekuenca e funksionimit deri në 48 MHz. Transmetuesi i radios kontrollohet nga një bërthamë e dytë 32-bit ARM Cortex-M0 (Figura 3). Përveç kësaj, CC2640R2F përmban pajisje të pasura periferike dixhitale dhe analoge.

Avantazhi i mikrokontrolluesit CC2640R2F është gjithashtu një nivel i ulët konsumi (tabela 2). Kjo vlen për të gjitha mënyrat e funksionimit. Për shembull, në modaliteti aktiv kur merrni të dhëna përmes një kanali radio, konsumi është 5,9 mA, dhe kur transmetoni - 6,1 mA (0 dBm) ose 9,1 mA (5 dBm). Kur kaloni në modalitetin e fjetjes, rryma e furnizimit bie plotësisht në 1 μA.

Një kombinim i tre të tilla cilësi të rëndësishme pasi mbështetja Bluetooth 5.0, konsumi i ulët dhe performanca e lartë e bëjnë CC2640R2F jashtëzakonisht vendim interesant për internetin e gjërave. Për më tepër, duke përdorur ky mikrokontrolluesështë e mundur të krijohet një gamë e plotë e pajisjeve IoT: sensorë të pavarur që funksionojnë në një bateri të vetme për disa vite, ura midis një procesori kontrolli shtesë dhe kanalit Bluetooth 5.0, aplikacione komplekse që kërkojnë fuqi të lartë llogaritëse.

Tabela 2. Konsumi i mikrokontrolluesit me valëCC2640 R2 Fme mbështetjenBluetooth 5

Për fillim i shpejte Për të punuar me CC2640R2F, Texas Instruments ka përgatitur një komplet tradicional të korrigjimit (Figura 4). Me ndihmën e një palë pajisje të tilla, mund të vlerësoni shpejtësinë dhe gamën e transmetimit të radios përmes Bluetooth 5.0. Për ta bërë këtë, mund të përdorni shembuj të gatshëm ose të krijoni aplikimin e vet bazuar në protokollin falas BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).

konkluzioni

Versioni i ri i protokollit Bluetooth 5.0 është i fokusuar në plotësimin e nevojave të Internetit të Gjërave (IoT). Krahasuar me Bluetooth 4.0, ai ka një sërë përmirësimesh cilësore:

• shpejtësia e transferimit të të dhënave u dyfishua dhe arriti në 2 Mbps;
• diapazoni i transmetimit është katërfishuar për shkak të kodimit të të dhënave PHY i koduar dhe korrigjimi i gabimit përpara (FEC);
• xhiros mesazhet e transmetuaraështë rritur 8 herë.

Përveç kësaj, Bluetooth 5.0 ofron përputhshmëri të prapambetur me pajisjet Bluetooth 4.x dhe gjithashtu mbështet shumicën e shtesave. versionet e mëvonshme protokoll.

Vlerësimi Aftësitë Bluetooth 5.0 është në dispozicion tani me mjete nga Texas Instruments. Kompania prodhon mikrokontrolluesin CC2640R2F me performancë të lartë dhe me fuqi të ulët, ofron një stek falas BLE 5 1.0 dhe shumë shembuj të gatshëm për çantën e korrigjimit LAUNCHXL-CC2640R2.

Letërsia

1. Pyetjet e shpeshta të specifikimeve të bërthamës Bluetooth 5.0. 2016. Bluetooth SIG.

Përshëndetje.

3 dhjetor 2014 Bluetooth SIG njoftoi zyrtarisht specifikimin version bluetooth 4.2.
Njoftimi për shtyp rendit 3 risitë kryesore:

• rritja e shpejtësisë së transmetimit dhe pranimit të të dhënave;
• aftësia për t'u lidhur me internetin;
• përmirësimin e privatësisë dhe sigurisë.

Teza kryesore e deklaratës për shtyp: versioni 4.2 - ideal për Internetin e Gjërave (IoT).
Në këtë artikull dua t'ju tregoj se si zbatohen këto 3 pika. Kush i intereson mirëseardhje.

Gjithçka e përshkruar më poshtë vlen vetëm për BLE, le të shkojmë ...

1. Rritja e shpejtësisë së marrjes dhe transmetimit të të dhënave të përdoruesit.

Disavantazhi kryesor i BLE ishte shkalla e ulët e transferimit të të dhënave. Edhe pse nga cila anë të shikoni, në fund të fundit, BLE u shpik fillimisht për hir të kursimit të energjisë së burimit që fuqizon pajisjen. Dhe për të kursyer energji, duhet të kontaktoni me ndërprerje dhe të transferoni disa të dhëna. Sidoqoftë, në të njëjtën kohë, i gjithë Interneti është i mbushur me indinjatë për shpejtësinë e ulët dhe pyetjet për mundësinë e rritjes së tij, si dhe rritjen e madhësisë së të dhënave të transmetuara.

Dhe tani me ardhjen e versionit 4.2, Bluetooth SIG njoftoi një rritje të shpejtësisë së transmetimit me 2.5 herë dhe madhësinë e paketës së transmetuar me 10 herë. Si e arritën këtë?

Unë do t'ju them se këta 2 numra janë të lidhur me njëri-tjetrin, përkatësisht: shpejtësia u rrit për shkak të rritjes së madhësisë së paketës së transmetuar.

Le të shohim PDU (njësia e të dhënave të protokollit) të kanalit të të dhënave:


Çdo PDU përmban një kokë 16-bit. Pra, ky titull në versionin 4.2 ndryshon nga titulli në versionin 4.1.

Këtu është titulli i versionit 4.1:

Dhe këtu është titulli i versionit 4.2:

Shënim: RFU (Reserved for Future Use) - fusha e caktuar nga kjo shkurtesë është e rezervuar për përdorim në të ardhmen dhe është e mbushur me zero.

Siç mund ta shohim, 8 bitet e fundit të kokës janë të ndryshme. Fusha "Gjatësia" është shuma e gjatësisë së ngarkesës dhe fushës MIC (Kontrolli i Integritetit të Mesazhit) në PDU (nëse është aktivizuar).
Nëse në versionin 4.1 fusha "Gjatësia" ka një madhësi prej 5 bitësh, atëherë në versionin 4.2 kjo fushë është me madhësi 8 bit.

Nga këtu është e lehtë të llogaritet se fusha "Gjatësia" në versionin 4.1 mund të përmbajë vlera në rangun nga 0 në 31, dhe në versionin 4.2 në intervalin nga 0 në 255. Nëse nga vlerat maksimale zbresim gjatësinë e fushës MIC (4 oktetë), marrim se ngarkesa mund të jetë 27 dhe 251 oktete për versionet 4.1 dhe 4.2, respektivisht. Në fakt, sasia maksimale e të dhënave është edhe më e vogël, pasi ngarkesa përmban gjithashtu të dhënat e shërbimit L2CAP (4 oktete) dhe ATT (3 oktete), por ne nuk do ta marrim parasysh këtë.

Kështu, madhësia e të dhënave të transmetuara të përdoruesit është rritur afërsisht 10 herë. Sa i përket shpejtësisë, e cila, për disa arsye, u rrit me 10 herë dhe vetëm 2.5 herë, atëherë nuk mund të flasim për një rritje proporcionale, sepse gjithçka varet edhe nga dorëzimi i garantuar i të dhënave, sepse garantimi i shpërndarjes së 200 bajteve është një pak më e vështirë se 20.

2. Aftësia për t'u lidhur me internetin.

Ndoshta risia më interesante është arsyeja pse Bluetooth SIG njoftoi se versioni 4.2 e bën Internetin e Gjërave (IoT) më të mirë për shkak të kësaj veçorie.

Në versionin 4.1, "LE Credit Based Flow Mode" u shfaq në L2CAP. Kjo mënyrë ju lejon të kontrolloni rrjedhën e të dhënave duke përdorur të ashtuquajturat. skema e bazuar në kredi. E veçanta e skemës është se ajo nuk përdor paketat e sinjalit për të treguar sasinë e të dhënave të transmetuara, por kërkon një pajisje tjetër për një hua për një sasi të caktuar të dhënash për transmetim, duke përshpejtuar kështu procesin e transmetimit. Në të njëjtën kohë, pala marrëse sa herë që merr një kornizë, zvogëlon numëruesin e kornizës dhe kur arrihet korniza e fundit, mund të ndërpresë lidhjen.

3 kode të reja janë shfaqur në listën e komandave L2CAP:
- Kërkesa për lidhje me bazë kredie LE - kërkesë për kyçje sipas skemës së kreditit;
- Përgjigja e Lidhjes së Bazuar në Kredi LE - një përgjigje ndaj një lidhjeje sipas një skeme krediti;
- Kredia e kontrollit të rrjedhës LE - mesazh për mundësinë e marrjes së kornizave shtesë LE.

Në paketën "LE Kërkesë për lidhje me bazë kredie"


ekziston një fushë "Kreditet fillestare" me 2 oktet që tregon numrin e kornizave LE që pajisja mund të dërgojë në nivelin L2CAP.

Në paketën e përgjigjes "Përgjigja e Lidhjes së Bazuar në Kredi LE"


e njëjta fushë përmban numrin e kornizave LE që mund të dërgojë një pajisje tjetër dhe fusha "Rezultat" përmban gjithashtu rezultatin e kërkesës për lidhje. Një vlerë prej 0x0000 tregon sukses, vlerat e tjera tregojnë një gabim. Në veçanti, një vlerë prej 0x0004 tregon një dështim të lidhjes për shkak të mungesës së burimeve.

Kështu, tashmë në versionin 4.1, u bë e mundur transferimi i një sasie të madhe të dhënash në nivelin L2CAP.
Dhe tani, pothuajse njëkohësisht me lëshimin e versionit 4.2, publikohet sa vijon:

• shërbimi: "IP Support Service" (IPSS).
• Profili i Mbështetjes së Protokollit të Internetit (IPSP), i cili përcakton mbështetjen për transferimin e paketave IPv6 ndërmjet pajisjeve të aktivizuara me BLE.

Kërkesa kryesore e profilit për nivelin L2CAP është "Lidhja e bazuar në kredinë LE", e cila u shfaq në versionin 4.1, e cila, nga ana tjetër, ju lejon të transmetoni paketa me MTU> = 1280 oktete (shpresoj që sugjerimi në figurë të jetë i qartë) .

Profili përcakton rolet e mëposhtme:
- Roli i ruterit — përdoret për pajisjet që mund të drejtojnë paketat IPv6;
- Roli i nyjes (Nyja) - përdoret për pajisjet që mund të marrin ose dërgojnë vetëm paketa IPv6; të ketë një funksion zbulimi të shërbimit dhe të ketë një shërbim IPSS që lejon ruterat të zbulojnë një pajisje të caktuar;

Pajisjet me rolin e ruterit që duhet të lidhen me një ruter tjetër mund të kenë rolin pritës.

Mjaft e çuditshme, por transmetimi i paketave IPv6 nuk është pjesë e specifikimit të profilit dhe është specifikuar në IETF RFC "Transmetimi i paketave IPv6 përmes Bluetooth me energji të ulët". Ky dokument përcakton një tjetër moment interesant, domethënë, që gjatë transmetimit të paketave IPv6, përdoret standardi 6LoWPAN - ky është një standard për ndërveprimin duke përdorur protokollin IPv6 me valë me fuqi të ulët rrjetet personale Standardi IEE 802.15.4.

Hidhini një sy fotos:


Profili specifikon që IPSS, GATT dhe ATT përdoren vetëm për zbulimin e shërbimit dhe GAP përdoret vetëm për zbulimin e pajisjes dhe vendosjen e lidhjes.

Por ai i theksuar me të kuqe thjesht do të thotë që transmetimi i paketave nuk përfshihet në specifikimet e profilit. Kjo i lejon programuesit të shkruajë zbatimin e tij të transferimit të paketave.

3. Përmirësimi i privatësisë dhe sigurisë.

Një nga përgjegjësitë e Menaxherit të Sigurisë (SM) është çiftimi i dy pajisjeve. Procesi i çiftimit gjeneron çelësa që më pas përdoren për të enkriptuar komunikimet. Procesi i çiftëzimit përbëhet nga 3 faza:

• shkëmbimi i informacionit mbi metodat e çiftëzimit;
• gjenerimi i çelësave afatshkurtër (Short Term Key (STK));
• shkëmbimi i çelësave.

Në versionin 4.2, faza e dytë u nda në 2 pjesë:

• gjenerimi i çelësave afatshkurtër (Çelësi afatshkurtër (STK)) i quajtur "Çiftim i trashëgimisë LE"
• gjenerimi i çelësave afatgjatë (Long Term Key (LTK)) të quajtur "LE Secure Connections"

Në këtë drejtim, përveç 3 funksioneve ekzistuese, në kutinë e veglave kriptografike të menaxherit të sigurisë u shfaqën edhe 5 të tjera dhe këto 5 përdoren vetëm për shërbimin e procesit të ri të çiftimit LE Secure Connections. Këto funksione gjenerojnë:

• LTK dhe MacKey;
• variablat konfirmues;
• variablat e kontrollit të vërtetimit;
• Numrat 6-shifrorë që përdoren për shfaqje në pajisjet e lidhura.

Të gjitha funksionet përdorin algoritmin e enkriptimit AES-CMAC me një çelës 128-bit.

Pra, nëse 2 çelësa janë gjeneruar gjatë çiftimit në fazën e dytë duke përdorur metodën "Çiftimi i trashëgimisë LE":

• Çelësi i përkohshëm (TK): një çelës i përkohshëm 128-bit i përdorur për të gjeneruar STK;
• Çelësi afatshkurtër (STK): Një çelës i përkohshëm 128-bit i përdorur për të enkriptuar lidhjen

atëherë gjenerohet 1 çelës duke përdorur metodën LE Secure Connections:

• Çelësi afatgjatë (LTK): Një çelës 128-bit i përdorur për të enkriptuar lidhjet pasuese.

Si rezultat i kësaj risi, ne morëm:

• parandalimi i gjurmimit sepse tani për shkak të "Krahasimit numerik" është e mundur të kontrolloni aftësinë për t'u lidhur me pajisjen tuaj.
• përmirësimi i efikasitetit të energjisë, si tani nuk kërkohet energji shtesë për të rigjeneruar çelësat në çdo lidhje.
• Kriptimi standard i industrisë për sigurimin e të dhënave të ndjeshme.

Mjaft e çuditshme tingëllon, por për shkak të sigurisë së përmirësuar, kemi pasur një përmirësim në efikasitetin e energjisë.

4. A ka tashmë një mundësi për ta ndjerë atë?

Po eshte.
NORDIC Semiconductor ka lëshuar "nRF51 IoT SDK" i cili përfshin grumbullin, bibliotekat, shembujt dhe API-të për pajisjet e serisë nRF51. Kjo perfshin:

• çipat nRF51822 dhe nRF51422;
• nRF51 DK;
• Dongle nRF51;
• nRF51822 EK.