Bluetooth: радиус действия и инструкция использования

История названия

Инновационная технология беспроводной Bluetooth – не аббревиатура, и она не содержит в себе скрытый смысл. Откуда такое название?

В 1996 году лидеры компаний Intel, Ericsson и Nokia встретились, чтобы обсудить стандартизацию технологии радиосвязи малого радиуса действия для обеспечения возможности подключения и взаимодействия между различными информационными продуктами.

Во время этой встречи Джим Кардаш из Intel предложил слово Bluetooth в качестве временного кодового названия. Когда пришло время выбрать постоянное название для беспроводной технологии, его заменили на RadioWire и на PAN (персональная сеть). Эти названия на время закрепились за технологией, но позже вернулись к первоначальному варианту – Bluetooth.

Название быстро завоевало популярность, распространилось по всей отрасли, став синонимом беспроводной технологии ближнего действия.

Удивительно, но это слово существует более чем тысячу лет. Восходит оно к королю Харальду Bluetooth Гормссону, который был известен объединением Дании и Норвегии в 958 году и гнилым зубом темно-синего цвета, принесшим ему прозвище «Голубой зуб».

Логотипом Bluetooth являются сочетание двух нордических («скандинавских») рун: Хагалаз младшего футарка (ᚼ) и Беркана (ᛒ) — инициалы Харальда.

Как работает Блютус?

Чтобы понять, как работает Bluetooth (Блютуз) и что это такое, стоит вернуться к тому, с чего мы начали нашу статью — определению.

Итак — это стандарт беспроводной связи, обеспечивающий передачу информации между различными устройствами: телефонами, компьютерами, компьютерной периферией, часами, бытовой техникой и прочими девайсами.

А теперь рассмотрим принцип работы Bluetooth (Блютуз):

• передача данных основана на радиоволнах;
• при передаче используется единый ISM диапазон, который был принят за основу общим решением союза компаний;
• отправка и принятие цифровой информации может осуществляться как между двумя девайсами, так и от одного к нескольким устройствам.

Отличие Блютус от Вай Фай

Ради интереса мы специально провели мини-опрос среди своих знакомых, и результаты на удивили! Многие не знают, чем Блютуз отличается от Вай Фай, более того, некоторые даже думали, что это просто названия одного стандарта беспроводной связи. Но они не правы, разница между ними есть, и она огромна.

Для наглядности мы собрали все характеристики обеих технологий в сравнительную таблицу.

Но и сходства есть. Так. например, обе технологии используют для передачи данных определенные радиочастоты и являются беспроводными стандартами связи. А путают их потому, что самые простые действия, к примеру передача фотографий с телефона на компьютер, можно сделать с помощью обеих опций. Сказать, что лучше использовать — Блютуз или Вайфай, невозможно, не зная конкретной ситуации, ведь обе эти технологии хороши по-своему и используются для разных целей.

Кстати, впервые созданием данной технологии занялась компания Ericsson в далеком 1994 году. Общее распространение Блютуз начал получать с 1998 года, когда была создана специальная группа компаний, в которую входили Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba, которые совместными усилиями занимались разработкой.

Что такое Wi-Fi?

Wi-Fi — это стандарт беспроводной технологии, который позволяет подключать два устройства без использования кабелей. Его также называют Wireless Local Area Network (WLAN).
Идея о том, что Wi-Fi является коротким для Wireless Fidelity, на самом деле является заблуждением. Wi-Fi представляет собой стандарт беспроводной передачи данных стандарта IEEE 802.11x. Он поддерживается на ноутбуках, настольных компьютерах, ноутбуках, мобильных телефонах, серверах и смарт-телевизорах.

Сходства

Как я уже упомянул, главным сходством является передача информации с помощью радиоволн. При этом, как и в Wi-Fi, так и в Bluetooth используется диапазон частот 2,402 ГГц — 2,48 ГГц. В обоих случаях с помощью радиоволн передается информация от одного устройства к другому и обратно. На этом, наверное, самое главное сходство заканчивается.

Различия

А вот теперь мы рассмотрим главное различие. В первую очередь давайте посмотрим на само слово Wi-Fi, или развёрнуто «Wireless Fidelity» – что в переводе обозначает «Беспроводная сеть». Про беспроводную, мы уже поняли, но вот что именно обозначает слово сеть.

Многие люди путают слово «Wi-Fi» и «Интернет», но на самом деле это разные вещи, хоть они и могут быть связаны друг с другом. Для того чтобы работала беспроводная сеть или WiFi – нужно специальное устройство: маршрутизатор или роутер. Роутер – начинает строить вокруг себя беспроводную сеть, к которой могут подключиться другие аппараты: телефон, планшет, ноутбук, телевизор и т.д.

Вот именно маршрутизатор грамотно связывает все эти устройства. Если к роутеру подключить кабель от провайдера и настроить, то на всех устройствах, подключенных к маршрутизатору, будет интернет. Но как я и говорил, интернета может и не быть, но вот WiFi спокойно может существовать. Например, если вас отключат от интернета за не уплату, то подключиться к беспроводной сети вы всё равно сможете, но вот интернета там конечно же не будет. Теперь надеюсь вы понимаете, что вай-фай и интернет – имеют только косвенную связь.

Bluetooth же использует для прямого подключения. Например, при подключении Блютус наушников к телефону, информация идет на прямую от смартфона на второе устройства – без участия роутера.

Ещё одним главным отличием является диапазон действия радиоволны. Bluetooth бьет максимально на метров 10-20. Wi-Fi сеть может бить на сотни метров, а при использовании узконаправленных вай-фай пушек и на несколько километров.

При передаче данных в Bluetooth используются совершенно разные стандарты и протоколы. Например, в нем же используется отдельный профиль, который позволяет управлять внешним устройством. У меня дома стоит телевизор, а пульт ДУ от него работает как раз на данном протоколе Bluetooth.

В Wi-Fi есть так называемые стандарты, от которых зависит скорость передачи данных:

• IEEE 802.11b – 11 Мбит в секунду
• IEEE 802.11g – 54 Мбит в секунду
• IEEE 802.11n – 150 Мбит в секунду при использовании одного канал и ширины в 20 Мгц. В перспективе можно увеличить скорость до 600 Мбит в секунду.

Хочется отдельно рассказать про частоту 5 ГГц, которую также в последнее время стали использовать в беспроводных сетях. При этом появился новый стандарт IEEE 802.11ac, который при желании можно разогнать до скорости 6.77 Гбит в секунду. У Bluetooth скорость передачи данных в разы меньше, а также используется другой стандарт передачи информации – IEEE 802.15.4.

Если говорить проще, то в первую очередь разница именно в способе применения. Если Wi-Fi используется именно для подключения большого количества устройств в одну локальную сеть для дальнейшего доступа к интернету. То у Блютус задача связи между двумя устройствами на прямую как в беспроводных: наушниках, мышках, клавиатурах, пультах дистанционного управления и т.д.

Сравнительная таблица

Как выглядит Блютуз и где он есть?

Bluetooth в дословном переводе с английского состоит из двух слов – голубой и зуб. В переводе с датского это сочетание означает синезубый (в честь короля викингов из Дании).

Расшифровка значка технологии весьма любопытная. На эмблеме красуются две скандинавские руны, совмещенные вместе. Цветовое решение логотипа также полностью соответствует названию.

• Существует огромное количество устройств, которые можно использовать без подключения проводов именно благодаря наличию Блютус, и с каждым днем их количество только растет.
• Найти эту технологию можно сейчас практически везде: в телефонах, компьютерах, наушниках, телевизоре, магнитоле, пылесосах, кофеварках, стиральных машинах и даже в холодильниках!

Да-да, мы абсолютно серьезно, в некоторых современных холодильниках действительно есть эта опция — она помогает: отслеживать свежесть продуктов, заказывать их из магазина, дистанционно изменять температуру, выполнять автоматическую диагностику на предмет неполадок, входить в интернет и даже соц. сети. Кажется, будущее уже наступило.

Дом и автомобиль

В доме с такими устройствами пользователи могут централизованно управлять настройками термостата, сигнализацией, бытовой техникой и освещением при особых знаниях инструкции Bluetooth. Технология позволяет подключать все элементы домашнего кинотеатра без проводов и передавать потоковое аудио и видео с мобильного устройства или компьютера на телевизор. Через Bluetooth можно подключать устройства к электронной панели автомобиля, чтобы была удобная возможность отвечать на звонки сотового телефона, воспроизводить музыку с мобильного устройства или получать указания от устройства GPS прямо с навигационного дисплея автомобиля.

Компьютеры

Кроме того, технологию можно использовать для передачи файлов между двумя компьютерами, поддерживающими эту функцию, или отправки документов на включенный беспроводной принтер. Bluetooth с малым радиусом действия делает его идеальным для офиса с несколькими включенными близкорасположенными приборами. Эту технологию также можно использовать для передачи файлов с компьютеров на мобильные устройства (планшеты, смартфоны).

Бытовая электроника

Бытовая электроника с поддержкой Bluetooth, такая как телефоны, камеры, телевизоры, динамики и наушники, упрощает обмен данными между устройствами без необходимости дополнительной установки драйвера Bluetooth. Например, в мобильном телефоне Bluetooth может подключаться к гарнитуре, чтобы упростить вызов по громкой связи или может отправлять изображения на другой телефон или компьютер. При наличии мобильного телефона с подключенным интернетом этой функцией можно пользоваться для компиляции информации на телефоне, которая впоследствии передается через интернет. Примерами могут быть: отправка другу фотографий или автоматическая отправка сигнала бедствия после автокатастрофы.

Здоровье

Беспроводное соединение, которое становится возможным благодаря существованию определенного радиуса действия Bluetooth, может автоматически записывать информацию с медицинского оборудования (стетоскопов, кардиостимуляторов или мониторов глюкозы) в компьютеры или электронные журналы, экономя ценное время врачей и пациентов.

Фитнес-оборудование с поддержкой Bluetooth упрощает выполнение упражнений благодаря мониторам сердечного ритма и GPS-трекерам, которые автоматически сообщают о маршрутах, сожженных калориях на смартфон или стереонаушники.

Сервисы определения местоположения

Некоторые доступные по устройству Bluetooth топологии позволяют производить соединение устройств связи один ко многим (1:m), так оптимизируется локальный обмен информацией. По такой технологии обеспечивается поиск в здании, работа Smart Home и умных городов. Перечислим, как Bluetooth помогает в различных сферах нашей жизни:

1. Навигация внутри помещений. Решения для внутренней навигации и поиска путей на основе маяковых сигналов Bluetooth быстро стали стандартным способом преодоления проблем покрытия внутри помещений при заходах на посадку на основе GPS. Решения на основе Bluetooth широко распространены на крупных площадках, включая аэропорты, вокзалы, а также стадионы по всему миру.
2. Информация о точках интереса. Ритейлеры рано начали использовать маяки точек интереса (PoI), но Smart Cities теперь открывают для себя множество способов, которыми маяки PoI могут улучшить качество жизни граждан и улучшить качество обслуживания посетителей. Например, PoI-маяки широко используются в музеях, а также в пешеходных экскурсиях по городу.
3. Пункт слежения. Недорогие решения для отслеживания предметов помогут вам найти практически любое имущество. В больницах используются масштабные решения для отслеживания пациентов и дорогого мобильного оборудования.
4. Использование космического радиомаяка. Bluetooth-решение применяется в офисных зданиях, аэропортах, выставочных центрах и даже на городских улицах по всему миру, чтобы владельцы зданий и градостроители могли лучше понять, как используются разные места.

Как пользоваться Блютузом?

В основном его используют для того, чтобы передать те или иные данные с одного устройства на другое, но это далеко не единственная сфера применения. Можно управлять устройствами на расстоянии без надоедливых проводов, соединять несколько устройств на достаточно большом расстоянии (до 100 метров). Особенно это впечатляет, если сравнить ее с технологией ИК-портов.

Вспомните, как меньше, чем 10 лет назад, нам приходилось держать телефоны вплотную друг к другу, чтобы просто передать по ИК-порту понравившуюся картинку или мелодию, и при малейшем шевелении одного из устройств процесс прерывался. К счастью, технологии идут вперед семимильными шагами, главное — вовремя за ними успевать и всегда быть в курсе новинок, ведь они делают нашу жизнь более интересной и комфортной.

Беспроводное соединение устройств действительно очень удобно! Так, например, можно подсоединить к компьютеру клавиатуру, колонки и мышку, тем самым не оставив шанса вашим домашним животным повредить провода и вывести из строя только что купленную технику. И все это благодаря тому, что проводов попросту нет. Здорово, не правда ли?

1. Почти все современные ноуты уже оснащены встроенной поддержкой Bluetooth.
2. А для ПК всегда можно при желании купить специальный подключаемый к USB порту адаптер.
3. Кроме компьютера, опцию можно найти в телефонах, наушниках или мини-гарнитуре, планшете, фотоаппарате, умных часах и еще много где, ведь фантазия производителей действительно безгранична!

Но все-таки наибольшее распространение технология получила именно в смартфонах, поэтому подробнее остановимся именно на том, как пользоваться Блютузом на телефоне. Начнем с того, для чего нужен Блютуз в телефоне и зачем его добавляют практически на все современные устройства.

На самом деле, все очень просто — технология предназначена для обмена данными, а значит, вы можете передать нужные файлы с телефона на практически любое устройство. Это может быть второй смартфон, наушники, ноутбук, мини-колонка и т.д. Исключение составляют только Айфоны — их владельцам такая возможность недоступна. Для активации функции нужно:

• Нажать соответствующий значок в выпадающем меню.

• Или зайти в настройки устройства.

Алгоритм действий по соединению будет зависеть от того, на каком именно устройстве вы хотите воспользоваться опцией. Описывать их сейчас мы сейчас не будем, ведь таких устройств слишком много. Но к счастью, о многих из них на нашем сайте есть отдельные статьи.

Основные стандарты Bluetooth

1. Серьезные нововведения были введены в стандарт 2.0. При этом, в нем наблюдалось значительное увеличение скорости передачи данных, что было связанно с поддержкой EDR. Передача данных в стандарте 2.0 была увеличена до 2.0-2.4 Мб/с. А кроме того, 2.0 спецификация серьезно увеличило безопасность и защищенность от возникновения помех.
2. Стандарт 3.0 поразил пользователей невиданной до того скоростью передачи данных, которая увеличилась до 24 Мб/с. Связанно это было в первую очередь с тем, что спецификация 3.0 поддерживала Wi-Fi. Однако, производители предпочитают устанавливать на свои устройства два стандарта, т.к. спецификация 3.0 расходует слишком много энергии.
3. Более специфической является стандарт 4.0, который совместил в себе небольшую скорость передачи данных, хорошую безопасность и невероятно малое расходование энергии, основанное на непостоянной работе передатчика. Устройства, использующие данный стандарт, как правило, применяются для спортивных, медицинских и иных целей, являются миниатюрными и не рассчитаны на большое количество передаваемых данных.

Преимущества Bluetooth 4.0:

1. Совмещает в себе предшествующие протоколы. Поддерживает основные функции предыдущих протоколов.
2. Увеличение скорости.
3. Значительное уменьшение энергопотребления устройства, использующего стандарт 4.0, достигнутое за счет измененного алгоритма работы (передатчик включается только в тот момент, когда происходит передача данных).

Как правило, стандарт 4.0 больше подходит для миниатюрных электронных датчиков. К примеру, для наручных измерителях давления, температуры, для тренажеров, различных миниатюрных устройств с небольшой энергоемкостью.

Скачкообразное изменение частоты

Смена канала при передаче данных посредством Bluetooth происходит каждые 625 мкс. Эти 625 мкс одновременно являются интервалом времени, за который осуществляется передача данных, которая измеряется в пакетах. При этом, один пакет может быть передан не за один такой интервал, а за несколько. После завершения передачи пакета данных, происходит заранее определенная для каждого устройства смена канала (частоты).

Также, может применяться и адаптивное скачкообразное изменение частоты. Оно необходимо для того, чтобы ограничить передачу данных с устройств определенным количеством каналов. При этом, открывшийся частотный диапазон можно использовать для передачи данных другими устройствами. Таким образом уменьшается риск возникновения частотных помех для устройств пикосети.

Кроме того, необходимость ограничить диапазон частот для передачи данных может быть вызван, запретом использования определенных частотных каналов в ряде стран. К примеру, в некоторых европейских странах, в частности в Испании и Франции, разрешается использовать только 22 частоты, вместо обычных 79.

Радиус действия Bluetooth

Что касается вопроса о том, на каком расстоянии работает и ловит Блютуз, то согласно последним данным с Википедии, его зона действия весьма обширна. Радиус действия bluetooth может достигать 100 метров.

По данным на 2021 г. беспроводной интерфейс даже позволяет отправлять файлы пользователям, которые находятся в другом помещении. То есть, включив функцию, Вы без проблем сможете передать игру, файл или изображение другу, который живет в соседнем доме.

Стоит отметить, что устройства с первыми версиями на низких скоростях с трудом обменивались данными в пределах одной комнаты или даже управлять устройствами с помощью беспроводной мышки. Но к счастью, теперь все изменилось.

Главный миф

Издревле, когда по земле еще ходили кнопочные Сименсы, пошел миф:

Bluetooth не работает далеко – максимум 10 метров.

И вот это число напрочь у меня засело в голове. А по опросу – не только у меня. Но это миф. Миф, который все равно дает правильную рабочую цифру.

Актуальная теория

Если зайти на забугорную Википедию и глянуть статью про Bluetooth – там будет написано как раз, что радиус действия технологии КАК МИНИМУМ 10 метров, а верхнего предела нет (действительно, ведь вопрос в итоговой мощности). Теоретические выкладки:

Старые версии (даже ранее Bluetooth 4.0) – до 10 м
Начиная с Bluetooth 5.0 – до 1500 м

С порога закрою вопрос – точных замеров по номерам стандартов (1, 2, 3, 4, 4.1, 4.2, 5.0, 5.1, 5.2) в природе нет и не будет. Стандарты не регулирую дальность передачи, за то отвечают другие свойства приемника и источника – смотрите ниже.

Сразу же понимаем – это какие-то теоретические замеры, которые зависят от многих условий. Про тот же Wi-Fi эти теоретические замеры показывают, что домашние роутеры делают покрытие в радиусе около 100 метров – хотя у многих они не могут обеспечить стабильной связью и небольшую «однушку». С Блютузом здесь примерно такая же история.

Что на практике?

А на практике все как в мифе – СРЕДНИЙ радиус работы устройств в простой квартире с возможной стеной – до 10 метров. Актуально для телефонов, ноутбуков, наушников и устройств умного дома.

Специально извратился и провел тесты поддержки сигнала на своем ноутбуке, телефоне, TWS и полноразмерных наушниках во всех вариациях. Расстояние работы – примерно одно и то же. Рабочие версии Bluetooth в связях: 5.0-5.0, 5.0-4.2.

Что влияет на дальность действия?

И вот теперь мы и приехали к тому самому, что в теории дальность может быть больше километра и меньше метра (так на официальном сайте Bluetooth и сказано – ибо it depends). И на каком конкретно расстоянии будет работать Bluetooth конкретно в ваших условиях, никто не заручится. Так что здесь и предлагаю посмотреть, от чего и что зависит.

• Частота и длина волны. Отсылка к школьному курсу физики – чем выше частота, тем меньше длина волны, тем хуже волна проходит через препятствия. Рабочая частота Bluetooth – 2,4 ГГц (2400-2483,5 МГц). По своей природе эта частота не создана для передачи на сотни километров.
• Чувствительность приемника. Даже не столько речь о точной чувствительности, сколько вообще о конечном устройстве. Даже от наушников к наушникам результат может меняться.
• Мощность передатчика. Т.е. и источник сигнала может работать с разной мощностью. Зарезервированный диапазон – 0,01-100 мВт. И в зависимости от этого, нашел вот такую интересную табличку разделения по классам от мощности:

• Антенна (и усиление антенны). Т.к. у нас портал больше для домашних пользователей, то здесь стоит понять, что в том же ноутбуке есть скрытые антенны. И периодически при непонятных обстоятельствах они отваливаются – тогда и блютуз перестает работать, и Wi-Fi начинает плохо ловить. То же самое может касаться конечных устройств, особенно TWS-наушников, где спрятать хорошую антенну физически невозможно.
• Потери в среде. В вакууме сигнал может распространяться бесконечно. Но мы живем не в вакууме. Поэтому в условиях города с обилием других устройств и стен связь будет гаситься гораздо быстрее чем в открытом поле. Поэтому в квартирах он и берет что-то около 10 метров. Причем ситуация может меняться в обед и вечером (дома или на работе соседи).

Калькулятор дальности

На официальном сайте Bluetooth есть интересный калькулятор дальности работы технологии в зависимости от указанных выше параметров. Английский, но глянуть интересно. Рекомендую и вам проверить, на каком расстоянии действует Bluetooth по версии разработчика стандарта.

КАЛЬКУЛЯТОР ДАЛЬНОСТИ РАБОТЫ BLUETOOTH

На этом буду завязывать. Очень надеюсь, что смог ответить на ваш вопросы, и вы поняли, почему «it depends» так важно здесь. Bluetooth может работать как на 1 метр, так и на 1 километр.

Скорость передачи

Что касается скорости передачи данных Bluetooth, то она будет зависеть от версии, которую вы используете:

• 1.0 — до 1 Мб/с
• 2.0 — около 3 Мб/с
• 3.0 — до 24 Мб/с для больших пакетов
• 4.0 — до 24 Мб/с, и увеличилась скорость до 1 Мб/с в устройствах с размер пакета 8-27 байт).
• Для версии 5.0 она составляет около 100 Мб/с

Как можно увидеть, скорость передачи данных по блютус за время существования технологии значительно выросла, ведь первые версии могли передавать файлы на скорости максимум до 1 Мб в секунду. На момент 2021 г. самой свежей является пятая версия стандарта — Bluetooth 5.0, которая действует с 2016 года. Она передает информацию на скорости до 100 Мб в секунду, что действительно впечатляет.

Кстати, все версии совместимы друг с другом. Разница будет только в дальности связи и скорости передачи данных. Разработчики не собираются останавливаться на достигнутых скоростях и возможностях несмотря на то, что беспроводную сеть данного стандарта активно пытаются вытеснить с рынка конкурентные разработки.

По сравнению со скоростью передачи данных у Wi-Fi, этот показатель, даже у последней версии, конечно не очень впечатляет. Кстати, а чем вообще отличается Блютуз от Вай фай? Как раз об этом мы и поговорим в следующем разделе!

Преимущества

Во-первых, это беспроводная сеть, что исключает провода. В отличие от ИК-связи линия визирования не требуется. Эта форма связи в значительной степени уменьшила помехи, создаваемые проводами.

Во-вторых, устройства с портативным Bluetooth недорогие. При использовании этой технологии особых затрат не возникает.

В-третьих, совместимость. Bluetooth является стандартизированной спецификацией. Поэтому устройства с его поддержкой хорошо совместимы друг с другом. Они хорошо понимают друг друга, так что никакого вмешательства человека не требуется. Находясь в пределах досягаемости, они обнаруживают друг друга и начинают самостоятельно взаимодействовать. Процесс установки соединения происходит автоматически.

В-четвертых, эффективность. Bluetooth использует сигналы малой мощности, что требует мало энергии. Из-за скачкообразного изменения частотного спектра помехи для беспроводных устройств не являются проблемой.

В-пятых, с гарнитурой Bluetooth человек легко может общаться. Можно использовать мобильный телефон, не задействуя при этом руки. Это позволяет спокойно разговаривать по телефону и в то же время заниматься другим делом. Благодаря технологии Bluetooth не нужно находиться рядом с используемым устройством.

Ограничения

Скорость связи по беспроводному Bluetooth не так велика. Соединение Wi-Fi происходит на гораздо более высоких скоростях по сравнению с Bluetooth. Хотя эта функция считается безопасной, если пользователь оставляет свое устройство в режиме «обнаружения», хакер может установить соединение с «обнаруженным» устройством.

Если Bluetooth включен, он разряжает батарею. Таким образом, нужно быть внимательным со своевременным отключением функции. Его лучше оставлять включенным только во время связи и выключать после ее завершения. Эта практика также снижает риски хакерства, связанные с технологией Bluetooth.

Безопасность

Взломать проводную передачу данных сложнее. Подслушивать по беспроводной связи, очевидно, намного проще, потому что информация распространяется легко. Все, что нужно сделать, это находиться в зоне действия беспроводного передатчика, чтобы принимать сигналы. Беспроводные сети Интернет зашифрованы, поэтому нужно использовать шифрованную связь, чтобы не столкнуться в данной проблемой.

Насколько безопасно устройство и есть ли о Bluetooth отзывы? Как и Wi-Fi, связь зашифрована, тут есть множество других функций безопасности. Например, можно открывать доступ определенным устройствам. Это называется безопасностью на уровне устройства. Вы также можете ограничить действия, которые различные гаджеты Bluetooth могут выполнять с другими устройствами, используя защиту уровня обслуживания.

Преступники становятся все более изощренными, находя разные способы взлома сетей Bluetooth. Многие слышали о блюгинге (захват устройства Bluetooth без разрешения), о блюксинге (отправка сообщении на устройства других людей, часто в рекламных целях) и блюзнарфинге (загрузка информации с чужого устройства через соединение).

В итоге системы использования пространства на основе Bluetooth могут значительно повысить производительность, снизить затраты и улучшить жизнь людей.

По отзывам, если соблюдаются меры предосторожности при использовании устройств Bluetooth в общественных местах, вопрос безопасности данных не стоит. В целом, такая связь надежна, и многие пользователи с этим согласны: правила безопасности не позволяют устройствам обмениваться данными, если они предварительно не были одобрены пользователем.

Вреден ли Блютуз для здоровья человека?

Вопрос о том, вреден ли Блютуз для здоровья человека, весьма актуален, ведь с каждым днем технология все больше внедряется в нашу жизнь. Ее добавляют в огромное количество техники, делая нашу жизнь удобнее и интереснее.

Да, излучение от bluetooth оказывает влияние на здоровье, но оно настолько незначительно, что особого вреда нанести не сможет, бояться нечего. Однако, врачи говорят о том, что при регулярном использовании вред от Блютуз все-таки есть – могут возникнуть головные боли или раздражительность.

В общем, удобство во много раз превышает тот минимальный вред, который оказывает на организм использование, например, той же блютус гарнитуры, без которой не могут представить себе жизнь люди за рулем, которым технология Hands Free пришлась весьма по душе, ведь по обычному телефону автомобилистам во время движения поговорить не получится.

Мифы о Bluetooth, в которые мы до сих пор верим

Уже достаточно давно технология Bluetooth используется в наших смартфонах. Благодаря ей гаджеты отлично работают в паре с умными часами, не менее умными колонками, наушниками и кучей других подобных устройств. Однако вокруг Bluetooth до сих пор витает масса мифов, многие из которых для ряда пользователей являются практически аксиомой. Тем не менее, давайте попытаемся развеять расхожие мнения о Bluetooth. А верили ли вы в них?

Работа Bluetooth снижает срок службы батареи

Bluetooth вреден для вашего здоровья

Bluetooth работает только на небольшом расстоянии

Bluetooth мешает работе Wi-Fi

Миф: загруженность эфира влияет на качество связи

Представьте: вы приходите уставший домой, берёте планшет или ноутбук и хотите посмотреть свежий фильм. Но на самом деле делаете вы это не один. С работы приходят соседи, которые тоже начинают активно использовать беспроводные сети. В итоге — скорость загрузки замирает на отметке в пару мегабит в секунду, а при попытке онлайн-просмотра буферизация занимает больше времени, чем само воспроизведение. Всему виной — загруженный эфир. Подтвердить догадки позволяет известная многим программа Wi-Fi Analyzer.

Как видно из скриншота, помимо сети, к которой подключен смартфон (все тесты проводились на Honor View 10), гаджет видит ещё десяток различных сетей. Попробуем измерить скорость:

Кому-то такой результат покажется неплохим, но это явно не всё, на что способен смартфон и точка доступа. Может быть, поможет смена канала Wi-Fi? Оценить загруженность каналов нам также помогает Wi-Fi Analyzer:

Как видим, все каналы загружены максимально, никакого прироста к скорости переключение с канала, оценённого программой в одну звезду, на канал с тремя звёздами не даст. Исключением мог бы стать незагруженный четырнадцатый канал, однако он в России недоступен. Посмотрим, как дела обстоят в диапазоне 5 ГГц:

Всего одна точка доступа в диапазоне видимости! Ещё раз проверим скорость, сменив беспроводную сеть:

Результаты отличаются разительно. Скорость могла бы быть ещё больше, но мы и так выбрали доступный от провайдера максимум.

Миф подтверждён: как видно из измерений, загруженность эфира действительно сильно влияет на качество Wi-Fi. Но почему вообще возникает ситуация, когда беспроводные сети мешают друг другу? Обратите внимание на первый скриншот: из него хорошо видно, что одни и те же каналы Wi-Fi используются сразу несколькими точками доступа. Дело в том, что каждый канал в диапазоне 2,4 ГГц имеет ширину 22 МГц, а расстояние между центральными частотами соседних каналов составляет всего 5 МГц. Такое разделение было заложено в далёком 1997 году, когда казалось вполне достаточным и оправданным. В результате, всего три канала Wi-Fi (первый, шестой и одиннадцатый) не пересекаются между собой, что хорошо видно из картинки ниже.

То есть, если бы в радиусе видимости вашего смартфона было всего три точки доступа, они бы почти не мешали друг другу, а скорость беспроводной сети была максимальной. К сожалению, это не так: число точек доступа в нашем случае перевалило за десяток, и выделенных каналов на всех не хватает. Диапазон 5 ГГц этих недостатков лишён не полностью, но имеет куда больше неперекрывающихся каналов шириной 20 МГц. Кроме того, радиоволны этой частоты имеют меньшую проникающую способность, что в многоквартирных домах оказывается преимуществом: гаджеты будут «видеть» меньше соседских сетей.

Миф: микроволновки и зеркала влияют на качество связи

Обвинения в низкой скорости домашнего Wi-Fi нередко падают не только на загруженный эфир, но и на микроволновые печи и зеркала. Мы решили самостоятельно проверить, действительно ли эти полезные в быту вещи могут ухудшить качество связи.

Начнём с микроволновых печей. Большинство бытовых микроволновок работают на частоте 2,45 ГГц. Эта частота стала де-факто стандартом и была выбрана исходя из ряда параметров, включая необходимую глубину проникновения микроволн в блюдо и конструктивные особенности магнетрона. Нетрудно заметить, что эта частота точно совпадает с диапазоном 2,4–2,5 ГГц, в котором работают сети Wi-Fi стандартов 802.11b/g/n. Только если максимальная мощность бытовых точек доступа в России ограничена на уровне 100 мВт, микроволновка легко выдаёт 500–700 Вт. Конечно, большая часть этой мощности гасится установленной в самой печи защитой, но даже остаточных микроволн вполне достаточно, чтобы практически полностью заглушить роутер. В нашем эксперименте скорость передачи данных на смартфоне, находящимся рядом с включенной микроволновкой, снизилась более чем в 25 раз! А вот диапазону 5 ГГц микроволновки, вполне ожидаемо, не страшны.

Влияние излучения микроволновой печи на скорость передачи данных. Слева — микроволновка выключена, справа — включена

Что касается зеркал, а также других металлических предметов, будь то фольгированный утеплитель или даже кастрюля, то они отражают радиоволны ничуть не хуже, чем волны оптического диапазона. Причём, в этом случае сетям на полосе частот 5 ГГц приходится даже хуже, поскольку радиоволны этой частоты имеют более слабую проникающую способность сами по себе. На скриншотах ниже представлено сравнение мощности сигнала от точки доступа перед зеркальной дверью шкафа и сразу за ней.

Мощность сигнала Wi-Fi 2,4 ГГц. Слева — без преграды, справа — с преградой Мощность сигнала Wi-Fi 5 ГГц. Слева — без преграды, справа — с преградой

Разница оказалась колоссальной: 14 и 16 дБм (децибел-милливатт) для диапазонов 2,4 и 5 ГГц. Эти цифры соответствуют падению мощности сигнала точки доступа, примерно в 31 раз.

Миф подтверждён: микроволновые печи и металлические предметы вроде зеркал действительно способны заметно ухудшить качество сигнала Wi-Fi. Но если от микроволновок ещё можно защититься переходом в диапазон 5 ГГц, то отсутствие зеркал между точкой доступа и клиентскими устройствами стоит предусмотреть обязательно.

Миф: Bluetooth-устройства влияют на скорость передачи данных по Wi-Fi и LTE

Если лет десять назад многие из нас включали Bluetooth только время от времени для передачи файлов, сейчас многие этот радиоинтерфейс совсем не выключают. По этому протоколу работают смарт-часы, гарнитуры, фитнес-трекеры и другие гаджеты, которые постоянно обмениваются информацией со смартфоном. Неудивительно, что «синий зуб» также часто подвергается обвинениям в снижении скорости Wi-Fi. Что ж, давайте проверим, насколько это справедливо.

Для проведения эксперимента мы подключили другой смартфон к беспроводным наушникам и запустили проигрывание музыки, а на расположенном между ними Honor View 10 — хорошо знакомый Speedtest.

Слева — скорость передачи данных без влияния помех Bluetooth, справа — Bluetooth включён

Падение скорости скачивания нельзя назвать критичным, хотя оно оказалось заметным, а вот скорость на отдачу уменьшилась почти в два раза. Проведём опыт ещё раз, только на этот раз будем запускать на смартфоне и проигрывание музыки, и тест скорости.

Слева — скорость передачи данных без влияния помех Bluetooth, справа — Bluetooth включён

На этот раз падение качества связи оказалось куда более сильным: скорость на загрузку уменьшилась в 17 раз. Миф подтверждён. Но, что интересно, диапазон 5 ГГц также оказался подвержен падению скорости при одновременной работе с Bluetooth, хотя и менее выраженному:

Падение скорости в сети Wi-Fi 5 ГГц при включении Bluetooth (справа)

Почему же так происходит? Причина ровно та же самая, что и в случае с микроволновыми печами: Bluetooth и Wi-Fi используют один и тот же, не требующий лицензирования, диапазон 2,4 ГГц. При одновременной работе передатчиков на одной частоте неизбежно возникает интерференция: одни волны накладываются на другие и мешают друг другу, что и оказывает непосредственное влияние на качество связи.

Но мешать друг другу два источника сигнала могут не только на одной частоте, но и на разных. Особенно этот эффект заметен, когда оба источника работают непрерывно и находятся очень близко, например, в смартфоне. Впрочем, падение скорости до 60 Мбит/с при прослушивании музыки вы едва ли заметите в реальных задачах, так что переход в полосу частот 5 ГГц вполне успешно решает проблему снижения скорости Wi-Fi при работе Bluetooth.

Более того, оказалось, что прослушивание музыки по Bluetooth может оказать влияние даже на скорость скачивания данных по LTE-сетям. В нашем тесте разница в скорости составила 10 Мбит/с, что не так уж и мало.

Падение скорости в сети LTE при включении Bluetooth (справа)

Вопрос-ответ

Обеспечивает ли Bluetooth 5.0 обратную совместимость с Bluetooth 4.x?

Да, обеспечивает. Bluetooth 5 перенял большинство особенностей и расширений Bluetooth 4.1 и 4.2. Например, устройства Bluetooth 5 сохраняют все улучшения Bluetooth 4.2 в области повышения защищенности данных и поддерживают расширение LE Data Length Extension. Стоит напомнить, что благодаря LE Data Length Extension начиная с Bluetooth 4.2 размер пакета данных (packet data unit, PDU) при установленном соединении может быть увеличен с 27 до 251 байта, что позволяет поднять скорость обмена данными в 2,5 раза.

Из-за большого количества различий между версиями протокола сохраняется традиционный механизм согласования параметров между устройствами при установлении соединений. Это значит, что перед тем как начать обмениваться данными, устройства «знакомятся» и определяют максимальную частоту передачи данных, длину сообщений и так далее. При этом по умолчанию используются параметры Bluetooth 4.0. Переход к параметрам Bluetooth 5 происходит только если в процессе согласования оказывается, что оба устройства поддерживают более позднюю версию протокола.

Говоря об инструментах, которые уже сейчас доступны для разработчиков, стоит отметить новый процессор CC2640R2F и бесплатный стек BLE5-Stack от Texas Instruments. К радости разработчиков, BLE5-Stack основан на предыдущей версии BLE-Stack, и изменения в его использовании коснулись только новых особенностей Bluetooth 5.0.

Как увеличилась скорость передачи данных в Bluetooth 5?

Bluetooth 5 использует беспроводное соединение с физической скоростью передачи данных до 2 Мбит/с, что в два раза выше, чем у Bluetooth 4.х . Здесь стоит отметить, что эффективная скорость обмена данными зависит не только от физической пропускной способности канала передачи, но и от соотношения служебной и полезной информации в пакете, а также от сопутствующих «накладных» расходов, например, потери времени между пакетами (таблица 1).

Таблица 1. Скорость обмена данными для различных версий Bluetooth

В версиях Bluetooth 4.0 и 4.1 физическая пропускная способность канала составляла 1 Мбит/с, что при длине пакета данных PDU в 27 байт позволяло достигать скорости обмена до 305 кбит/с. В версии Bluetooth 4.2 появилось расширение LE Data Length Extension. Благодаря ему после установления соединения между устройствами появлялась возможность увеличить длину пакета до 251 байта, что приводило к росту скорости обмена данными в 2,5 раза – до 780 кбит/с.

В версии Bluetooth 5 сохранилась поддержка LE Data Length Extension, что совместно с ростом физической пропускной способности до 2 Мбит/с позволяет достигать скорости обмена данными до 1,4 Мбит/с.

Как показывает практика, такое ускорение передачи данных не является пределом. Например, беспроводной микроконтроллер CC2640R2F способен работать со скоростями вплоть до 5 Мбит/с.

Стоит сказать и о распространенном заблуждении, что рост пропускной способности до 2 Мбит/с был достигнут за счет сокращения радиуса действия. Конечно, физически микросхема приемопередатчика (PHY) при работе с частотой 2 Мбит/с имеет на 5 дБм меньшую чувствительность, чем при работе с частотой 1 Мбит/с. Однако кроме чувствительности есть и другие факторы, которые способствуют увеличению радиуса действия, например, переход к кодированию данных. По этой причине при прочих равных условиях Bluetooth 5 оказывается более надежным и имеет больший радиус действия по сравнению с Bluetooth 4.0. Подробно об этом рассказывается в одном из следующих разделов статьи.

Как активировать высокоскоростной режим передачи данных в Bluetooth 5?

При установлении соединения между двумя устройствами Bluetooth изначально используются настройки Bluetooth 4.0 . Это значит, что на первом этапе устройства обмениваются данными на скорости 1 Мбит/с. После установления соединения мастер с поддержкой Bluetooth 5.0 может начать процедуру PHY Update Procedure, цель которой — установление максимальной скорости 2 Мбит/с. Эта операция будет успешной, только если ведомый также поддерживает Bluetooth 5.0. В противном случае скорость остается на уровне 1 Мбит/с.

Для разработчиков, ранее использовавших BLE-Stack от Texas Instruments, хорошей новостью станет то, что для выполнения приведенной процедуры в новом стеке BLE5-Stack выделена одна единственная функция HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(). Таким образом при переходе на Bluetooth 5.0 у пользователей продуктов TI первоначальная инициализация не вызовет проблем. Также для разработчиков будет полезен пример, выложенный на портале GitHub [4], который позволяет оценить работу двух микроконтроллеров CC2640R2F, работающих в составе CC2640R2 LaunchPads в режимах High Speed и Long Range.

Как увеличился радиус действия Bluetooth 5?

В спецификации Bluetooth 5.0 говорится об увеличении радиуса действия в четыре раза по сравнению с Bluetooth 4.0. Это достаточно тонкий вопрос, на котором стоит остановиться подробнее.

Во-первых, понятие «в четыре раза» является относительным и не привязывается к конкретному радиусу действия в метрах или километрах. Дело в том, что дальность радиопередачи сильно зависит от целого ряда факторов: состояния окружающей среды, уровня помех, числа одновременно передающих устройств и так далее. В итоге ни один производитель, а также и сам разработчик стандарта Bluetooth SIG, конкретных значений не приводит. Увеличение радиуса действия оценивается в сравнении с Bluetooth 4.0.

Для дальнейшего анализа необходимо выполнить некоторые математические расчеты и оценить бюджет мощности радиоканала [5]. При использовании логарифмических значений бюджет радиоканала (дБ) равен разности мощности передатчика (дБм) и чувствительности приемника (дБм):

Бюджет радиоканала = мощность T_X (дБм) – чувствительность R_X (дБм)

Для Bluetooth 4.0 стандартная чувствительность приемника составляет -93 дБм. Если полагать мощность передатчика 0 дБм, то бюджет составляет 93 дБ.

Увеличение радиуса действия в четыре раза потребует увеличения бюджета на 12 дБ, что дает значение 105 дБ. Как же предполагается достигать этого значения? Есть два пути:

• увеличение мощности передатчиков;
• увеличение чувствительности приемников.

Если идти по первому пути и увеличивать мощность передатчика, это неизбежно вызовет рост потребления. Например, для CC2640R2F переход на выходную мощность 5 дБм приводит к росту тока потребления до 9 мА (рисунок 1). При мощности 10 дБм ток увеличится до 20 мА. Такой подход не выглядит привлекательным для большинства беспроводных устройств с батарейным питанием и не всегда подходит для IoT, а ведь именно на эту область в первую очередь и ориентировался Bluetooth 5.0. По этой причине второе решение выглядит более предпочтительным.

Рис. 1. Увеличение потребления микроконтроллера CC2640R2F при росте мощности передатчика

Для увеличения чувствительности приемника предлагается два способа:

• снижение скорости передачи;
• использование кодирования данных Coded PHY.

Уменьшение скорости передачи данных в восемь раз теоретически повышает чувствительность приемника на 9 дБ. Таким образом до заветного значения не хватает всего 3 дБ.

Необходимые 3 дБ удается получить с помощью дополнительного кодирования Coded PHY. Ранее в версиях Bluetooth 4.х кодирование битов было однозначным 1:1. Это значит, что поток данных напрямую направлялся на дифференциальный демодулятор. В Bluetooth 5.0 при использовании Coded PHY существует два дополнительных формата передачи:

• с кодированием 1:2, при котором каждому биту данных ставятся в соответствие два бита в потоке радиоданных. Например, логическая «1» представляется как последовательность «10». При этом физическая скорость остается равной 1 Мбит/с, а реальная скорость передачи данных падает до 500 кбит/с.
• С кодированием 1:4. Например, логическая «1» представляется последовательностью «1100». Скорость передачи данных при этом уменьшается до 125 кбит/с.

Описанный подход называется Forward Error Correction (FEC) и позволяет обнаруживать и исправлять ошибки на приемной стороне, а не запрашивать повторную передачу пакетов, как это было в Bluetooth 4.0.

На бумаге все выглядит неплохо. Остается только выяснить, насколько эти теоретические выкладки соответствуют реальности. В качестве примера возьмем все тот же микроконтроллер CC2640R2F. Благодаря различным улучшениям и новым режимам модуляции Bluetooth 5.0, приемопередатчик этого процессора имеет чувствительность -97 дБм при скорости обмена 1 Мбит/с и -103 дБм при использовании Coded PHY и скорости обмена 125 кбит/с. Таким образом в последнем случае до уровня 105 дБ не хватает всего 2 дБм.

Для оценки радиуса действия CC2640R2F инженеры из Texas Instruments провели полевой эксперимент в городе Осло. При этом с точки зрения уровня шумов окружающую среду в данном опыте нельзя назвать «дружелюбной», так как в непосредственной близости находилась деловая часть города.

Для получения бюджета мощности больше 105 дБ было решено увеличить мощность передатчика до 5 дБм. Это позволило достичь внушительного итогового значения в 108 дБм (рисунок 2). При выполнении эксперимента дальность действия составила 1,6 км, что является весьма впечатляющим результатом, особенно – если учесть минимальный уровень потребления радиопередатчиков.

 

Как изменился подход к широковещательным сообщениям Bluetooth 5?

Ранее в Bluetooth 4.x для установления соединений между устройствами использовалось три выделенных канала данных (37, 38, 39). С их помощью устройства находили друг друга и обменивались служебной информацией. По ним же можно было передавать широковещательные пакеты данных. Такой подход имеет недостатки:

• при большом количестве активных передатчиков эти каналы можно попросту перегрузить;
• все больше устройств использует широковещательные посылки без установления соединения «точка-точка». Это особенно важно для интернета вещей IoT;
• новая система кодирования Coded PHY потребует в восемь раз больше времени на установление соединения, что дополнительно будет нагружать широковещательные каналы.

Чтобы решить эти проблемы в Bluetooth 5.0, было решено перейти к схеме, при которой данные передаются по всем 37 каналам данных, а служебные каналы 37, 38, 39 используются для передачи указателей. Указатель отсылает к тому каналу, по которому будет производиться передача широковещательного сообщения. При этом данные передаются всего лишь один раз. В итоге удается значительно разгрузить служебные каналы и устранить это узкое место.

Также стоит отметить, что теперь длина данных широковещательного пакета может достигать 255 байт вместо 6…37 байт PDU в Bluetooth 4.x. Это чрезвычайно важно для приложений IoT, так как позволяет минимизировать накладные расходы на передачу и обойтись без установления соединений, а значит и сократить уровень потребления.

Заключение

Новая версия протокола Bluetooth 5.0 ориентирована на максимальное соответствие потребностям Интернета вещей (IoT). По сравнению с версией Bluetooth 4.0, она имеет целый ряд качественных улучшений:

• скорость передачи данных увеличилась в два раза и достигла 2 Мбит/с;
• дальность передачи возросла в четыре раза за счет кодирования данных Coded PHY и Forward Error Correction (FEC);
• пропускная способность широковещательных сообщений выросла в 8 раз.

Кроме того, Bluetooth 5.0 обеспечивает обратную совместимость с устройствами Bluetooth 4.x, а также поддерживает большинство расширений поздних версий протокола.

Оценить возможности Bluetooth 5.0 можно уже сейчас с помощью инструментов производства Texas Instruments. Компания выпускает высокопроизводительный и малопотребляющий микроконтроллер CC2640R2F, предоставляет бесплатный стек BLE 5 stack 1.0 и множество готовых примеров для отладочного набора LAUNCHXL-CC2640R2.

[spoiler title=»Источники»]

• https://FB.ru/article/453302/bluetooth-radius-deystviya-instruktsiya-otzyivyi
• https://besprovodnik.ru/chto-takoe-bluetooth-i-kak-im-polzovatsya/
• https://www.technodor.info/2021/10/bluetooth-wi-fi.html
• https://WiFiGid.ru/poleznoe-i-interesnoe/chem-otlichaetsya-bluetooth-ot-wi-fi
• https://ru.natapa.org/Bluetooth-vs-Wifi-195
• http://WiNetwork.ru/bluetooth/chastota-bluetooth.html
• https://WiFiGid.ru/bluetooth/radius-dejstviya
• https://AndroidInsider.ru/polezno-znat/mify-o-bluetooth-v-kotorye-my-do-sih-por-verim.html
• https://4pda.ru/2021/04/07/350604/
• https://www.compel.ru/lib/84968

[/spoiler]