Bluetooth 4.0 Anzahl gleichzeitiger Verbindungen. Was ist Bluetooth

Guten Tag.

Am 3. Dezember 2014 gab die Bluetooth SIG offiziell die Bluetooth-Spezifikationsversion 4.2 bekannt.
Die Pressemitteilung listet 3 Hauptinnovationen auf:

• Erhöhung der Geschwindigkeit der Datenübertragung und des Datenempfangs;
• die Fähigkeit, eine Verbindung zum Internet herzustellen;
• Verbesserung der Privatsphäre und Sicherheit.

Die Hauptthese der Pressemitteilung: Version 4.2 - ideal für das Internet der Dinge (IoT).
In diesem Artikel möchte ich Ihnen sagen, wie diese 3 Punkte umgesetzt werden. Wen interessiert das willkommen.

Alles was unten beschrieben ist gilt nur für BLE, los gehts...

1. Erhöhung der Geschwindigkeit beim Empfangen und Übertragen von Benutzerdaten.

Der größte Nachteil von BLE war die geringe Datenübertragungsrate. Obwohl von welcher Seite man schauen sollte, wurde BLE ursprünglich erfunden, um die Energie der Quelle zu sparen, die das Gerät antreibt. Und um Energie zu sparen, müssen Sie zeitweise Kontakt aufnehmen und einige Daten übertragen. Trotzdem ist das gesamte Internet voller Empörung über die niedrige Geschwindigkeit und Fragen über die Möglichkeit, sie zu erhöhen sowie die Größe der übertragenen Daten zu erhöhen.

Und jetzt mit der Einführung der Version 4.2 kündigte Bluetooth SIG eine Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit um das 2,5-fache und der Größe des übertragenen Pakets um das 10-fache an. Wie haben sie das erreicht?

Ich werde Ihnen sagen, dass diese 2 Ziffern miteinander verwandt sind, nämlich: Die Geschwindigkeit hat sich erhöht, weil die Größe des übertragenen Pakets zugenommen hat.

Schauen wir uns die PDU (Protokolldateneinheit) des Datenkanals an:


Jede PDU enthält einen 16-Bit-Header. Dieser Titel in Version 4.2 unterscheidet sich also von dem Titel in Version 4.1.

Hier ist der Titel der Version 4.1:

Und hier ist der Titel der Version 4.2:

Hinweis: RFU (Reserved for Future Use) - das mit dieser Abkürzung bezeichnete Feld ist für die zukünftige Verwendung reserviert und wird mit Nullen gefüllt.

Wie wir sehen, unterscheiden sich die letzten 8 Bit des Headers. Das Längenfeld ist die Summe der Längen der Nutzdaten und des MIC-Felds (Message Integrity Check) in der PDU (falls aktiviert).
Hat in Version 4.1 das Feld "Länge" eine Größe von 5 Bit, dann ist dieses Feld in Version 4.2 8 Bit groß.

Von hier aus lässt sich leicht berechnen, dass das Feld „Länge“ in Version 4.1 Werte im Bereich von 0 bis 31 enthalten kann, und in Version 4.2 im Bereich von 0 bis 255. Zieht man die Länge des MIC-Feldes ab (4 Oktette) von den Maximalwerten erhalten Sie, dass die Nutzlast 27 bzw. 251 Oktette für Version 4.1 bzw. 4.2 betragen kann. Tatsächlich ist die maximale Datenmenge sogar noch geringer, da die Nutzlast enthält auch die L2CAP-Dienstdaten (4 Oktette) und ATT (3 Oktette), aber wir werden dies nicht berücksichtigen.

Damit hat sich die Größe der übertragenen Nutzdaten etwa um das Zehnfache erhöht. Was die Geschwindigkeit angeht, die sich aus irgendeinem Grund nicht um das 10-fache, sondern nur um das 2,5-fache erhöht hat, können wir nicht von einer proportionalen Erhöhung sprechen, da alles auch von der garantierten Datenlieferung abhängt, da dies etwas schwieriger zu garantieren ist Lieferung von 200 Bytes als 20.

2. Fähigkeit, sich mit dem Internet zu verbinden.

Die vielleicht interessanteste Neuerung ist, warum die Bluetooth SIG angekündigt hat, dass die Version 4.2 das Internet der Dinge (IoT) aufgrund dieser Funktion verbessert.

In Version 4.1 erschien der "LE Credit Based Flow Control Mode" in L2CAP. In diesem Modus können Sie den Datenfluss mithilfe der sogenannten. kreditbasiertes Schema. Die Besonderheit des Schemas besteht darin, dass es keine Signalpakete verwendet, um die Menge der übertragenen Daten anzuzeigen, sondern ein anderes Gerät um einen Kredit für eine bestimmte Datenmenge zur Übertragung bittet, wodurch der Übertragungsprozess beschleunigt wird. Gleichzeitig verringert die Empfangsseite jedes Mal, wenn sie einen Rahmen empfängt, den Rahmenzähler, und wenn der letzte Rahmen erreicht ist, kann sie die Verbindung trennen.

In der Liste der L2CAP-Befehle sind 3 neue Codes aufgetaucht:
- LE Credit Based Connection Request - Antrag auf Verbindung nach dem Kreditschema;
- LE Credit Based Connection-Antwort – Antwort auf die Verbindung gemäß dem Credit-Schema;
- LE Flow Control Credit - Nachricht über die Möglichkeit, zusätzliche LE-Frames zu empfangen.

Im Paket "LE Credit Based Connection Request"


Es gibt ein 2-Oktett-Feld "Initial Credits", das die Anzahl der LE-Frames angibt, die das Gerät auf L2CAP-Ebene senden kann.

Im Antwortpaket "Antwort LE Credit Based Connection"


dasselbe Feld enthält die Anzahl der LE-Frames, die ein anderes Gerät senden kann, und das Feld „Result“ enthält auch das Ergebnis der Verbindungsanfrage. Ein Wert von 0x0000 zeigt Erfolg an, andere Werte weisen auf einen Fehler hin. Ein Wert von 0x0004 weist insbesondere auf einen Verbindungsfehler aufgrund fehlender Ressourcen hin.

Somit war es bereits in der Version 4.1 möglich, große Datenmengen auf L2CAP-Ebene zu übertragen.
Und jetzt, fast zeitgleich mit der Veröffentlichung der Version 4.2, wird Folgendes veröffentlicht:

• Dienst: "IP-Support-Dienst" (IPSS).
• Internet Protocol Support Profile (IPSP), das die Unterstützung für die Übertragung von IPv6-Paketen zwischen Geräten mit BLE definiert.

Die Hauptprofilanforderung für die L2CAP-Ebene ist die in Version 4.1 erschienene "LE Credit Based Connection", die wiederum die Übertragung von Paketen mit MTU> = 1280 Oktetts ermöglicht (ich hoffe der Hinweis zur Abbildung ist klar) .

Das Profil definiert die folgenden Rollen:
- Router-Rolle – wird für Geräte verwendet, die IPv6-Pakete weiterleiten können;
- Knotenrolle (Knoten) - wird für Geräte verwendet, die nur IPv6-Pakete empfangen oder senden können; über eine Diensterkennungsfunktion verfügen und über einen IPSS-Dienst verfügen, der es Routern ermöglicht, Dieses Gerät;

Geräte mit Router-Rolle, die eine Verbindung zu einem anderen Router herstellen müssen, können die Host-Rolle haben.

Seltsamerweise ist die Übertragung von IPv6-Paketen jedoch nicht Teil der Profilspezifikation und wird im IETF RFC "Übertragung von IPv6-Paketen über Bluetooth Low Energy" spezifiziert. Ein weiterer interessanter Punkt wird in diesem Dokument aufgezeigt, nämlich dass bei der Übertragung von IPv6-Paketen der 6LoWPAN-Standard verwendet wird - dies ist ein Standard für die Zusammenarbeit mit dem IPv6-Protokoll über drahtlose persönliche Netzwerke mit geringem Stromverbrauch des Standards IEE 802.15.4.

Schauen Sie sich das Bild an:


Das Profil gibt an, dass IPSS, GATT und ATT nur für die Diensterkennung verwendet werden und GAP nur für die Geräteerkennung und den Verbindungsaufbau verwendet wird.

Das rot markierte bedeutet jedoch nur, dass die Übertragung von Paketen nicht in der Profilspezifikation enthalten ist. Dies ermöglicht es dem Programmierer, seine eigene Paketübertragungsimplementierung zu schreiben.

3. Verbesserung der Privatsphäre und Sicherheit.

Eine der Aufgaben des Sequrity Managers (SM) besteht darin, die beiden Geräte zu koppeln. Der Pairing-Prozess generiert Schlüssel, die dann verwendet werden, um die Kommunikation zu verschlüsseln. Der Pairing-Prozess besteht aus 3 Phasen:

• Informationsaustausch über die Paarungsmethoden;
• Erzeugung von Kurzzeitschlüsseln (Short Term Key (STK));
• Schlüsselaustausch.

In Version 4.2 wurde die 2. Phase in 2 Teile unterteilt:

• Generierung von Kurzzeitschlüsseln (Short Term Key (STK)) genannt "LE Legacy Pairing"
• Generierung von Langzeitschlüsseln (Long Term Key (LTK)) genannt "LE Secure Connections"

Und die 1. Phase wurde durch eine weitere Pairing-Methode hinzugefügt: "Numerischer Vergleich", die nur mit der zweiten Option der 2. Phase funktioniert: "LE Secure Connections".

In diesem Zusammenhang sind zusätzlich zu den 3 bestehenden Funktionen in der kryptografischen Toolbox des Sicherheitsmanagers 5 weitere erschienen und diese 5 werden nur verwendet, um den neuen Kopplungsprozess von LE Secure Connections zu bedienen. Diese Funktionen erzeugen:

• LTK und MacKey;
• Bestätigung von Variablen;
• Variablen zur Authentifizierungsprüfung;
• 6-stellige Zahlen zur Anzeige auf verknüpften Geräten.

Alle Funktionen verwenden den Verschlüsselungsalgorithmus AES-CMAC mit einem 128-Bit-Schlüssel.

Wenn also beim Pairing in der 2. Phase mit der Methode "LE Legacy Pairing" 2 Schlüssel generiert wurden:

• Temporärer Schlüssel (TK): ein temporärer 128-Bit-Schlüssel, der verwendet wird, um den STK zu erzeugen;
• Short Term Key (STK): Ein temporärer 128-Bit-Schlüssel zum Verschlüsseln der Verbindung

dann wird 1 Schlüssel mit der Methode LE Secure Connections generiert:

• Long Term Key (LTK): Ein 128-Bit-Schlüssel zum Verschlüsseln nachfolgender Verbindungen.

Als Ergebnis dieser Innovation haben wir:

• Tracking verhindern, weil Dank "Numerischer Vergleich" ist es jetzt möglich, die Verbindung zu Ihrem Gerät zu kontrollieren.
• verbesserte Energieeffizienz, da es wird jetzt keine zusätzliche Energie benötigt, um die Schlüssel bei jeder Verbindung neu zu generieren.
• Verschlüsselung nach Industriestandard zum Schutz sensibler Daten.

Seltsamerweise klingt es, aber aufgrund der verbesserten Sicherheit haben wir eine Verbesserung der Energieeffizienz erreicht.

4. Gibt es schon eine Gelegenheit, es zu spüren?

Ja, gibt es.
NORDIC Semiconductor hat das "nRF51 IoT SDK" veröffentlicht, das den Stack, Bibliotheken, Beispiele und APIs für die Geräte der nRF51-Serie enthält. Das beinhaltet:

• Chips nRF51822 und nRF51422;
• nRF51 DK;
• nRF51-Dongle;
• nRF51822EK.

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Bluetooth 5.0 wurde Wirklichkeit. Im Vergleich zu Bluetooth 4.0 eine neue Version Es hat doppelte Bandbreite, vervierfachte Reichweite und eine ganze Reihe weiterer Verbesserungen. Betrachten Sie die Vorteile von Bluetooth 5.0 gegenüber seinen Vorgängern, einschließlich eines Beispiels CPU CC2640R2F von Texas Instruments.

Die Popularität der Protokollversion Bluetooth 4 sowie einige ihrer Einschränkungen waren die Gründe für die Entwicklung der nächsten Spezifikation von Bluetooth 5. Die Entwickler haben sich eine Reihe von Zielen gesetzt: Erweiterung der Reichweite, Erhöhung der Bandbreite beim Senden von Broadcast-Paketen , Verbesserung der Störfestigkeit usw.

Nachdem nun die ersten Geräte mit Bluetooth 5 auf den Markt gekommen sind, stellen sich Anwender und Entwickler zu Recht die Frage: Welches der zuvor angekündigten Versprechen hat sich bewahrheitet? Wie stark haben sich Reichweite und Datenübertragungsrate erhöht? Wie hat sich das auf den Verbrauch ausgewirkt? Wie hat sich die Herangehensweise an die Bildung von Broadcast-Paketen verändert? Welche Verbesserungen wurden vorgenommen, um die Störfestigkeit zu verbessern? Und die Hauptfrage ist natürlich: Gibt es Abwärtskompatibilität zwischen Bluetooth 5 und Bluetooth 4? Lassen Sie uns diese und einige andere Fragen beantworten und die wichtigsten Vorteile von Bluetooth 5.0 gegenüber seinen Vorgängern betrachten, einschließlich des Beispiels eines echten Prozessors mit Bluetooth 5.0-Unterstützung des Unternehmens. Texas Instruments.

Lasst uns beginnen Bluetooth-Übersicht 5.0 mit der Antwort auf die am häufigsten gestellte Frage zur Abwärtskompatibilität mit Bluetooth 4.x

Ist Bluetooth 5.0 abwärtskompatibel mit Bluetooth 4.x?

Ja tut es. Bluetooth 5 hat die meisten Funktionen und Erweiterungen von Bluetooth 4.1 und 4.2 übernommen. Bluetooth 5-Geräte behalten beispielsweise alle Bluetooth 4.2-Datensicherheitsverbesserungen bei und unterstützen die LE-Datenlängenerweiterung. Es sei daran erinnert, dass dank der LE Data Length Extension ab Bluetooth 4.2 die Größe des Datenpakets (Packet Data Unit, PDU) bei bestehender Verbindung von 27 auf 251 Byte erhöht werden kann, wodurch Sie die Datenaustauschrate um das 2,5-fache.

Aufgrund der Vielzahl von Unterschieden zwischen den Protokollversionen bleibt der traditionelle Mechanismus zum Aushandeln von Parametern zwischen Geräten beim Verbindungsaufbau erhalten. Das bedeutet, dass sich die Geräte vor Beginn des Datenaustauschs „kennenlernen“ und die maximale Datenübertragungsfrequenz, Nachrichtenlänge usw. ermitteln. Die Standardeinstellungen sind Bluetooth 4.0. Der Übergang zu den Bluetooth 5-Parametern erfolgt nur, wenn sich während des Aushandlungsprozesses herausstellt, dass beide Geräte die neuere Version des Protokolls unterstützen.

Apropos Tools, die Entwicklern bereits zur Verfügung stehen: Es ist erwähnenswert neuer Prozessor CC2640R2F und kostenloser BLE5-Stack von Texas Instruments. Zur Freude der Entwickler basiert BLE5-Stack auf der Vorgängerversion von BLE-Stack, und Änderungen in der Nutzung betrafen nur die neuen Funktionen von Bluetooth 5.0.

Wie hat sich die Datenübertragungsrate in Bluetooth 5 erhöht?

Bluetooth 5 verwendet kabellose Verbindung mit einer physikalischen Datenübertragungsrate von bis zu 2 Mbit/s, die doppelt so hoch ist wie bei Bluetooth 4.x. Dabei ist zu beachten, dass die effektive Datenaustauschrate nicht nur von der physikalischen Bandbreite des Übertragungskanals abhängt, sondern auch vom Verhältnis des Dienstes und nützliche Informationen im Paket, sowie aus den damit verbundenen "Overhead"-Kosten, zum Beispiel dem Zeitverlust zwischen den Paketen (Tabelle 1).

Tabelle 1. Datenaustauschrate für verschiedene VersionenBluetooth

In den Bluetooth-Versionen 4.0 und 4.1 betrug die physikalische Bandbreite des Kanals 1 Mbit/s, wodurch bei einer PDU-Datenpaketlänge von 27 Byte eine Austauschrate von bis zu 305 kbit/s erreicht werden konnte. V Bluetooth-Version 4.2 erschien die LE-Datenlängenerweiterung. Dank ihm war es nach dem Herstellen einer Verbindung zwischen den Geräten möglich, die Paketlänge auf 251 Byte zu erhöhen, was zu einer 2,5-fachen Erhöhung der Datenaustauschrate - bis zu 780 kbps - führte.

Bluetooth Version 5 unterstützt weiterhin die LE Data Length Extension, die zusammen mit einer Erhöhung der physikalischen Bandbreite auf bis zu 2 Mbit/s Datenaustauschraten von bis zu 1,4 Mbit/s ermöglicht.

Wie die Praxis zeigt, ist eine solche Beschleunigung der Datenübertragung nicht die Grenze. Der drahtlose Mikrocontroller CC2640R2F ist beispielsweise in der Lage, mit Geschwindigkeiten von bis zu 5 Mbit/s zu arbeiten.

Erwähnenswert ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass die Erhöhung des Durchsatzes auf bis zu 2 Mbit/s durch eine Reduzierung der Reichweite erreicht wurde. Natürlich hat der Transceiver-Chip (PHY) beim Betrieb mit 2 Mbit/s physikalisch 5 dBm weniger Empfindlichkeit als beim Betrieb mit 1 Mbit/s. Neben der Empfindlichkeit gibt es jedoch weitere Faktoren, die zu einer Erhöhung der Reichweite beitragen, beispielsweise der Übergang zur Datenkodierung. Aus diesem Grund ist Bluetooth 5 unter sonst gleichen Bedingungen zuverlässiger und hat eine größere Reichweite als Bluetooth 4.0. Dies wird in einem der folgenden Abschnitte des Artikels ausführlich besprochen.

Wie aktiviere ich den Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsmodus in Bluetooth 5?

Beim Verbindungsaufbau zwischen zwei Bluetooth-Geräten werden zunächst die Bluetooth 4.0-Einstellungen verwendet. Das bedeutet, dass die Geräte im ersten Schritt Daten mit einer Geschwindigkeit von 1 Mbit/s austauschen. Sobald die Verbindung hergestellt ist, kann der Bluetooth 5.0-Assistent das PHY-Update-Verfahren starten, das darauf abzielt, die maximale Geschwindigkeit auf 2 Mbps einzustellen. Dieser Vorgang ist nur erfolgreich, wenn der Slave auch Bluetooth 5.0 unterstützt. Ansonsten bleibt die Geschwindigkeit bei 1 Mbit/s.

Für Entwickler, die zuvor den BLE-Stack von Texas Instruments verwendet haben, ist die gute Nachricht, dass im neuen BLE5-Stack eine einzelne Funktion HCI_LE_SetDefaultPhyCmd() zugewiesen wurde, um diese Prozedur durchzuführen. Daher haben TI-Benutzer beim Upgrade auf Bluetooth 5.0 keine Probleme mit der anfänglichen Initialisierung. Ein auf dem GitHub-Portal veröffentlichtes Beispiel wird auch für Entwickler nützlich sein, mit dem Sie den Betrieb von zwei CC2640R2F-Mikrocontrollern evaluieren können, die als Teil der CC2640R2-LaunchPads im High-Speed- und Long-Range-Modus arbeiten.

Wie hat sich die Reichweite von Bluetooth 5 erhöht?

Laut Bluetooth 5.0-Spezifikation hat es die vierfache Reichweite von Bluetooth 4.0. Dies ist eine eher subtile Frage, die genauer erörtert werden sollte.

Erstens ist der Begriff "viermal" relativ und nicht an eine bestimmte Reichweite in Metern oder Kilometern gebunden. Tatsache ist, dass die Funkreichweite stark von einer Reihe von Faktoren abhängt: dem Zustand der Umgebung, der Stärke der Störungen, der Anzahl der gleichzeitig sendenden Geräte und so weiter. Infolgedessen kein einziger Hersteller, sowie der Entwickler selbst Bluetooth-Standard SIG, gibt keine spezifischen Werte an. Die Reichweitensteigerung wird im Vergleich zu Bluetooth 4.0 geschätzt.

Für die weitere Analyse ist es notwendig, einige mathematische Berechnungen durchzuführen und das Leistungsbudget des Funkkanals zu schätzen. Bei logarithmischen Werten entspricht das Funkkanalbudget (dB) der Differenz zwischen der Sendeleistung (dBm) und der Empfängerempfindlichkeit (dBm):

Funkkanalbudget = LeistungT X(dBm) - EmpfindlichkeitR X(dBm)

Für Bluetooth 4.0 beträgt die Standard-Empfängerempfindlichkeit -93 dBm. Unter der Annahme einer Sendeleistung von 0 dBm beträgt das Budget 93 dB.

Eine Vervierfachung der Reichweite würde eine Erhöhung des Budgets um 12 dB erfordern, was zu einem Wert von 105 dB führt. Wie soll dieser Wert erreicht werden? Es gibt zwei Möglichkeiten:

• Erhöhung der Sendeleistung;
• die Empfindlichkeit der Empfänger erhöhen.

Wenn Sie den ersten Weg gehen und die Sendeleistung erhöhen, führt dies unweigerlich zu einem erhöhten Verbrauch. Zum Beispiel für den Übergang von CC2640R2F zu Ausgangsleistung 5 dBm führt zu einer Erhöhung der Stromaufnahme auf bis zu 9 mA (Abbildung 1). Bei einer Leistung von 10 dBm erhöht sich der Strom auf 20 mA. Dieser Ansatz sieht für die meisten batteriebetriebenen drahtlosen Geräte nicht attraktiv aus und ist nicht immer für das IoT geeignet, und das ist der Bereich, auf den Bluetooth 5.0 hauptsächlich ausgerichtet war. Aus diesem Grund scheint die zweite Lösung vorzuziehen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Empfängerempfindlichkeit zu erhöhen:

• Abnahme der Übertragungsgeschwindigkeit;
• unter Verwendung von Datencodierung Coded PHY.

Eine Reduzierung der Datenrate um den Faktor 8 erhöht theoretisch die Empfängerempfindlichkeit um 9 dB. Somit reichen nur 3 dB nicht aus, um den begehrten Wert zu erreichen.

Die erforderlichen 3 dB können durch eine zusätzliche Codierte PHY-Codierung erreicht werden. Bisher war in Bluetooth 4.x Versionen die Bitcodierung 1:1 eindeutig. Dies bedeutet, dass der Datenstrom direkt zum Differenzdemodulator geleitet wurde. In Bluetooth 5.0 gibt es bei Verwendung von Coded PHY zwei zusätzliche Übertragungsformate:

• mit 1:2-Codierung, bei der jedes Datenbit auf zwei Bits im Funkdatenstrom abgebildet wird. Beispielsweise wird eine logische "1" als Sequenz "10" dargestellt. In diesem Fall bleibt die physikalische Geschwindigkeit gleich 1 Mbit/s, während die reale Datenübertragungsrate auf 500 kbit/s sinkt.
• Mit 1:4-Kodierung. Beispielsweise wird eine logische "1" durch die Sequenz "1100" dargestellt. In diesem Fall wird die Datenübertragungsrate auf 125 kbps reduziert.

Der beschriebene Ansatz heißt Forward Error Correction (FEC) und ermöglicht es Ihnen, Fehler auf der Empfangsseite zu erkennen und zu korrigieren, anstatt eine erneute Übertragung von Paketen anzufordern, wie dies bei Bluetooth 4.0 der Fall war.

Auf dem Papier sieht alles gut aus. Es bleibt nur herauszufinden, inwieweit diese theoretischen Berechnungen der Realität entsprechen. Nehmen wir den gleichen Mikrocontroller CC2640R2F als Beispiel. Dank verschiedener Verbesserungen und neuer Modulationsmodi für Bluetooth 5.0 hat der Transceiver dieses Prozessors eine Empfindlichkeit von -97 dBm bei 1 Mbps und -103 dBm bei Verwendung von Coded PHY und 125 kbps. Im letzteren Fall reichen also nur 2 dBm nicht aus, um 105 dB zu erreichen.

Um die Reichweite des CC2640R2F abzuschätzen, führten Ingenieure von Texas Instruments ein Feldexperiment in Oslo durch. Gleichzeitig kann die Umgebung in diesem Experiment aus Sicht des Lärmpegels nicht als „freundlich“ bezeichnet werden, da sich der Geschäftsteil der Stadt in unmittelbarer Nähe befand.

Um ein Leistungsbudget von mehr als 105 dB zu erreichen, wurde entschieden, die Sendeleistung auf 5 dBm zu erhöhen. Daraus resultierten insgesamt beeindruckende 108 dBm (Abbildung 2). Während des Experiments betrug die Reichweite 1,6 km, was vor allem angesichts des minimalen Verbrauchs von Funksendern ein sehr beeindruckendes Ergebnis ist.

Wie hat sich die Herangehensweise an Bluetooth 5-Broadcast-Nachrichten geändert?

Bisher nutzte Bluetooth 4.x drei dedizierte Datenkanäle, um Verbindungen zwischen Geräten herzustellen (37, 38, 39). Mit ihrer Hilfe fanden sich die Geräte und tauschten Serviceinformationen aus. Sie könnten auch Broadcast-Datenpakete übertragen. Dieser Ansatz hat Nachteile:

• bei vielen aktiven Sendern können diese Kanäle einfach übersteuert werden;
• Immer mehr Geräte verwenden verbindungslose Punkt-zu-Punkt-Broadcasts. Dies ist besonders wichtig für das Internet der Dinge (IoT);
• das neue Codierungssystem Coded PHY benötigt achtmal länger, um eine Verbindung aufzubauen, was zusätzlich Broadcast-Kanäle belastet.

Um diese Probleme in Bluetooth 5.0 zu lösen, wurde entschieden, auf ein Schema umzusteigen, bei dem Daten auf allen 37 Datenkanälen übertragen werden und die Servicekanäle 37, 38, 39 verwendet werden, um Zeiger zu übertragen. Der Zeiger bezieht sich auf den Kanal, auf dem die Broadcast-Nachricht übertragen wird. In diesem Fall werden die Daten nur einmal übertragen. Dadurch ist es möglich, Servicekanäle deutlich zu entlasten und diesen Engpass zu beseitigen.

Bemerkenswert ist auch, dass die Datenlänge eines Broadcast-Pakets nun bis zu 255 Byte betragen kann statt 6 ... 37 Byte PDU in Bluetooth 4.x. Dies ist für IoT-Anwendungen äußerst wichtig, da es den Übertragungs-Overhead minimiert, Verbindungen überflüssig macht und somit den Verbrauch reduziert.

Unterstützt Bluetooth 5 Mesh-Netzwerke?

Texas Instruments Bluetooth 5-Lösungen

Einer der allerersten Mikrocontroller mit Bluetooth 5.0 war der Hochleistungsprozessor CC2640R2F von Texas Instruments.

Der CC2640R2F basiert auf einem modernen 32-Bit-ARM-Cortex-M3-Kern mit einer Arbeitsfrequenz von bis zu 48 MHz. Der Funksender wird von einem zweiten 32-Bit-ARM-Cortex-M0-Kern gesteuert (Abbildung 3). Darüber hinaus verfügt der CC2640R2F über umfangreiche digitale und analoge Peripheriegeräte.

Der Vorteil des Mikrocontrollers CC2640R2F ist auch ein geringer Verbrauch (Tabelle 2). Dies gilt für alle Betriebsarten. Beispielsweise beträgt der Verbrauch im aktiven Modus beim Empfangen von Daten über einen Funkkanal 5,9 mA und beim Senden 6,1 mA (0 dBm) oder 9,1 mA (5 dBm). Beim Wechsel in den Schlafmodus sinkt der Versorgungsstrom insgesamt auf 1 μA.

Die Kombination aus drei so wichtigen Eigenschaften wie Bluetooth 5.0-Unterstützung, geringem Stromverbrauch und hoher Spitzenleistung macht den CC2640R2F zu einer sehr interessanten Lösung für das Internet der Dinge. Gleichzeitig lässt sich mit diesem Mikrocontroller die gesamte Bandbreite an IoT-Geräten realisieren: autonome Sensoren, die mehrere Jahre mit einer Batterie betrieben werden, Brücken zwischen einem zusätzlichen Steuerungsprozessor und dem Bluetooth 5.0-Kanal, komplexe Anwendungen, die eine hohe Rechenleistung erfordern.

Tabelle 2. Verbrauch des drahtlosen MikrocontrollersCC2640 R2 Fmit der UnterstützungBluetooth 5

Arbeitszeit	Parameter	Wert (bei Vcc = 3V)
Aktives Rechnen	μA / MHz ARM® Cortex®-M3	61 μA / MHz
	Kernmarke / mA	48,5
	Coremark @ 48 MHz	142
Funkaustausch	Spitzenstrom beim Empfang, mA	5,9
	Spitzenstrom während der Übertragung, mA	6,1
Schlafmodus	Sensorcontroller, μA / MHz	8,2
	Schlafmodus mit eingeschalteter Echtzeituhr und Speichererhalt, mA	1

Um schnell mit dem CC2640R2F beginnen zu können, hat Texas Instruments ein traditionelles Debug-Kit vorbereitet (Abbildung 4). Mit einem Paar solcher Geräte können Sie die Geschwindigkeit und Reichweite der Funkübertragung über Bluetooth 5.0 auswerten. Dazu können Sie vorgefertigte Beispiele verwenden oder Ihre eigene Anwendung auf Basis des kostenlosen Protokolls BLE 5 Stack 1.0 (www.ti.com/ble) erstellen.

Abschluss

Die neue Version des Bluetooth 5.0-Protokolls ist darauf ausgerichtet, die Anforderungen des Internets der Dinge (IoT) zu erfüllen. Im Vergleich zu Bluetooth 4.0 weist es eine Reihe von Qualitätsverbesserungen auf:

• Datenübertragungsgeschwindigkeit verdoppelt und erreichte 2 Mbit/s;
• Übertragungsbereich hat sich aufgrund von Datencodierung Coded PHY und Forward Error Correction (FEC) vervierfacht;
• der Durchsatz von Broadcast-Nachrichten um das Achtfache erhöht.

Darüber hinaus bietet Bluetooth 5.0 Abwärtskompatibilität mit Bluetooth 4.x-Geräten und unterstützt auch die meisten Erweiterungen spätere Versionen Protokoll.

Sie können die Fähigkeiten von Bluetooth 5.0 jetzt mit Instrumenten von Texas Instruments testen. Das Unternehmen produziert einen leistungsstarken CC2640R2F-Mikrocontroller mit geringem Stromverbrauch, einen kostenlosen BLE 5-Stack 1.0 und viele Standardbeispiele für das Debug-Kit LAUNCHXL-CC2640R2.

Literatur

1. Häufig gestellte Fragen zur Bluetooth-Kernspezifikation 5.0. 2016. Bluetooth-SIG.

Die Datenübertragung über Bluetooth erfolgt mit einer Frequenz von 2,4 GHz. Dieser Bereich ist in 79 Kanäle unterteilt. Gleichzeitig verfügt jeder von ihnen über eine Bandbreite von 1 MHz. Alle verfügbaren Spezialisierungen verwenden entweder synchrone oder asynchrone Kommunikation.

Letzte Änderungen (major)

Bluetooth 2.0

Bluetooth 2.0 wurde im November 2004 veröffentlicht und bietet noch schnellere Datenübertragungsraten und ist auch abwärtskompatibel zu früheren Versionen. Die erhöhte Geschwindigkeit wird durch den Einsatz der EDR-Technologie bereitgestellt. Seine angegebene Geschwindigkeit ist 3 Mbit/s.Wie die Praxis zeigt, erreicht die maximale Datenübertragungsrate aufgrund dieser Technologie jedoch nur2,1 Mbit/s... In der Version 2.0 konnte nicht nur die Geschwindigkeit verbessert, sondern auch die Störfestigkeit deutlich erhöht werden, was letztendlich zur Senkung der Energiekosten beigetragen hat.

Darüber hinaus zeichnet sich 2.0 durch die Vereinfachung des Anschlusses mehrerer Geräte aus. Dies wurde aufgrund der Erhöhung der Adressierungsbittiefe erreicht. Dies ermöglichte die Verbindung über lokales Netzwerk nicht wie bisher 8 Geräte, sondern schon 256.

Die 2.0 + EDR-Spezifikation hat die folgenden Funktionen:

1. Beschleunigt die Bluetooth-Datenübertragungsrate in dreimal(eigentlich auf 2,1 Mbit/s).
2. Das Hinzufügen zusätzlicher Bandbreite löste teilweise das Problem, mehrere Geräte gleichzeitig mit Bluetooth zu verbinden.
3. Reduzierter Energieverbrauch durch reduzierte Last.

Bluetooth 3.0

Die Bluetooth 3.0-Spezifikation wurde 2009 verabschiedet und sorgte für Furore, da die Datenübertragungsrate bei der Verwendung erreicht 24 Mbit/s... Möglich wurde dies durch die Verwendung von zwei Modulen, von denen eines das übliche Bluetooth 2.0 war und das andere nach dem 802.11-Protokoll arbeitet und die Geschwindigkeit bis zu unterstützt 24 Mbit/s... Das für die Datenübertragung gewählte Modul hängt in diesem Fall von der Dateigröße ab. Daher wird ein langsamer Kanal verwendet, um kleine Dateien zu übertragen, und ein Hochgeschwindigkeitskanal wird für große verwendet.

Die größte negative Seite von Bluetooth 3.0 + HS ist der zu hohe Stromverbrauch im Betrieb. seltsamerweise ist ein solches Minus des 3.0-Standards mit der hohen Geschwindigkeit seiner Arbeit verbunden. Der 3.0-Standard hat jedoch einen unbestreitbaren Vorteil. Dies ist nämlich die Möglichkeit, über das 802.11-Protokoll oder einfacher Wi-Fi zu arbeiten. Dadurch hat sich die Datenübertragungsrate deutlich erhöht. Theoretisch sollte die Verbindungsgeschwindigkeit mit Version 3.0 erreicht werden 54 Mbit/s.

Dank des 3.0-Standards wird es also möglich sein, DVD-Volumendaten in den am stärksten komprimierten Zeiträumen zu pumpen. Dennoch ist die tatsächliche Geschwindigkeit des 3.0-Standards laut den Entwicklern 22-26 MB / s.

Bluetooth 4.0

Der Vorteil von Bluetooth 4.0 gegenüber der vorherigen Spezifikation ist der reduzierte Stromverbrauch. Die Datenübertragungsrate bei Verwendung des 4.0-Standards erreicht 1 Mbit/s(Paketgröße 8-27 Byte). Darüber hinaus wird die Verbindungsgeschwindigkeit von Geräten, die der Spezifikation 4.0 entsprechen, auf 5 Millisekunden reduziert und die Entfernung, über die eine Datenübertragung möglich ist, erreicht 100 Meter... Außerdem bietet der 4.0-Standard ein ausreichendes Sicherheitsniveau, das eine 128-Bit-AES-Erweiterung garantiert.

Vorteile von Bluetooth 4.0:

1. Kombiniert die vorherigen Protokolle. Unterstützt grundlegende Funktionen früherer Protokolle.
2. Erhöhung der Geschwindigkeit.
3. Deutliche Reduzierung des Stromverbrauchs eines Geräts mit dem 4.0-Standard, erreicht durch einen geänderten Betriebsalgorithmus (der Sender wird nur in dem Moment eingeschaltet, in dem Daten übertragen werden).

Generell ist der 4.0-Standard eher für elektronische Miniatursensoren geeignet. Zum Beispiel für Handgelenksmanometer für Druck, Temperatur, für Trainingsgeräte, verschiedene Miniaturgeräte mit geringem Stromverbrauch.

Was ist Bluetooth und womit wird es "gefressen". Grundlagen der Technik und Erstellungsdatum

Bluetooth ist ein drahtloser Technologiestandard mit kurzer Reichweite, der Kurzwellen-Mikrowellen im ISM-Bereich von 2,4 bis 2,485 GHz verwendet, um Daten zwischen stationären und mobilen Geräten auszutauschen und Personal Area Network PANs aufzubauen.

Die Technologie wurde 1994 vom Telekommunikationsausrüster Ericsson entwickelt und ist so stark in den Alltag eingetreten, dass sie aus einem Leben nicht mehr wegzudenken ist. Inklusive Autoleben. Die neue Technologie wurde ursprünglich als drahtlose Alternative zur RS-232-Schnittstelle von Datenkabeln konzipiert. Bluetooth kann eine Verbindung herstellen verschiedene Geräte Vermeidung von Timing-Problemen und unnötigen Kabeln.

Die Bluetooth-Spezifikation wurde von der Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) entwickelt, der heute mehr als 25.000 Telekommunikationsunternehmen angehören. Computertechnologie, Netzwerkgeräte und Unterhaltungselektronik.

Der Aufstieg von Bluetooth begann mit einer Vereinbarung mit der IEEE, auf deren Grundlage die Bluetooth-Spezifikation Teil des Standards IEEE 802.15.1 wurde. Zu dieser Zeit wurden eine Reihe von Patenten erworben, die im Zuge der Entwicklung der Technologie auftauchten.

Das Geheimnis des Bluetooth-Namens

"Bluetooth" ist nicht ganz die richtige anglisierte Version des skandinavischen Blåtand / Blåtann (Altnordisch blátǫnn), was der Spitzname für König Harald Blauzahn, der im 10. Jahrhundert lebte, ist. Es gelang ihm, die kriegerischen dänischen Stämme zu einem einzigen Königreich zu vereinen, der Legende nach führte er auch das Christentum ein. Nach dem Vorbild von Harald, der Nationen vereinte, tat Bluetooth dasselbe mit Protokollen und vereinte sie in einem einzigen universellen Standard.

Und noch etwas zum Namen. Das Wort "blå" bedeutet in modernen skandinavischen Sprachen "blau", aber zu der Zeit, als die Wikinger lebten, bedeutete seine zweite Bedeutung auch "schwarz". Daher hatte Harald höchstwahrscheinlich natürlich einen schwarzen Frontzahn, aber keinen blauen. Und in der Übersetzung würde der Däne Harald Blåtand korrekter als Harald Schwarzzahn als Harald Blauzahn interpretiert. Das ist eine solche historische Ungenauigkeit.

Die Idee für den Namen wurde 1997 von Jim Kardash vorgeschlagen, der ein System entwickelte, das es Mobiltelefonen ermöglichte, mit Computern zu "kommunizieren". Zum Zeitpunkt der Entwicklung las Jim den historischen Roman Viking Ships von Frans Mr. Bengtsson, der die Wikinger und König Harald Sinezub vorstellte. So beeinflusste der Roman den Namen.

Das Bluetooth-Logo kombiniert zwei skandinavische Runen, Haglaz und Berkana.

1998

Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) besteht aus fünf Kampagnen

Bluetooth SIG nimmt bis Ende des Jahres sein 400. Mitglied auf

Bluetooth-Name erhält offiziellen Status

1999

Bluetooth-Spezifikation 1.0 veröffentlicht

Bluetooth bei SIG organisiert erstes UnPlugFest-Entwicklertreffen

Bluetooth-Technologie als "Best of Show Technology Award" auf der COMDEX . ausgezeichnet

2000

Das erste Bluetooth-fähige Mobiltelefon kommt auf den Markt

Die erste PC-Karte erscheint

Prototyp einer Laptop-Maus und präsentiert auf der CeBIT 2000

Prototyp eines USB-Moduls auf der COMDEX gezeigt

Der erste Chip, der Funkfrequenz-, Basisband-, Mikroprozessor- und Wireless-Funktionen integriert Software Bluetooth-Kommunikation

Das erste Headset geht in den Verkauf

2001

Erster Drucker

Erster Laptop

Die erste Freisprecheinrichtung im Auto

Erste Freisprecheinrichtung mit Spracherkennung

Bluetooth SIG, Inc. wird als gemeinnützige, nicht rechtsfähige Gesellschaft gegründet

2002

Erster Satz Tastatur und Maus

Der erste GPS-Empfänger

Die Anzahl der klimatisierten Bluetooth-Produkte betrug 500 Einheiten

IEEE genehmigt den 802.15.1-Standard gemäß der Bluetooth-Funktechnologie

Die erste digitale Fotokamera

Bluetooth-Implementierung

Bluetooth arbeitet auf Frequenzen von 2400 bis 2483,5 MHz (einschließlich 2 MHz Toleranzband unten und 3,5 MHz oben). Dementsprechend basiert das Funktionsprinzip, wie Sie sehen können, auf der Verwendung von Funkwellen. Die Bluetooth-Funkkommunikation erfolgt im ISM-Band, das in verschiedenen Haushaltsgeräte und drahtlose Netzwerke.

Bluetooth verwendet eine Funktechnologie namens Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS. Bluetooth teilt Daten in Pakete auf und überträgt jedes Paket über einen der ausgewiesenen 79 Kanäle (Betriebsfrequenzen). Jeder Kanal hat eine Bandbreite von 1 MHz. Die Bluetooth 4.0-Kommunikation verwendet ein 2-MHz-Intervall für 40 Kanäle. Der erste Kanal beginnt bei 2402 MHz und geht bis 2480 MHz in 1-MHz-Schritten weiter. Für Bluetooth wird das Frequenzsprungverfahren mit Spreizspektrum angewendet, bei dem die Signalträgerfrequenz 1600 Mal pro Sekunde springt.

Die Reihenfolge der Frequenzumschaltung für jede Verbindung ist pseudozufällig und nur dem Sender und dem Empfänger bekannt, die alle 625 µs (ein Zeitschlitz) synchron von einer Trägerfrequenz auf eine andere umstimmen. Wenn also mehrere Empfänger-Sender-Paare in der Nähe arbeiten, stören sie sich nicht. Auch dieser Algorithmus ist ein integraler Bestandteil des Systems zum Schutz der Vertraulichkeit der übertragenen Informationen: Der Übergang erfolgt nach einem Pseudozufallsalgorithmus und wird für jede Verbindung separat ermittelt.

Bluetooth-Versionen

Bluetooth 1.0

Die ersten Geräte der Version 1.0 hatten eine Reihe von Problemen. Sie hatten eine mittelmäßige Technologiekompatibilität. Dritthersteller... In 1.0 und 1.0B war die Übertragung der Geräteadresse (BD_ADDR) beim Verbindungsaufbau zwingend erforderlich, was die Umsetzung der Anonymität der Verbindung auf Protokollebene unmöglich machte und der Hauptnachteil der Version war.

Bluetooth 1.1

Das allererste Update 1.1 hat viele Fehler behoben, die in Version 1.0B gefunden wurden. Hinzugefügt: Unterstützung für unverschlüsselte Feeds und RSSI (Received Signal Strength Indication)-Leistungspegelanzeige.

Bluetooth 1.2

Ein nachfolgendes Update hatte Verbesserungen: Schnelle Verbindung und Erkennung. Durch die Verwendung von adaptiven Spread-Spectrum-Frequenz-Hooking ist es immun gegen Funkstörungen geworden. Datenübertragungsraten bis zu 1 Mbit/s. Es wurden Enhanced Synchronous Connections (eSCO) eingeführt, die die Qualität der Sprachübertragung im Audiostream verbesserten. Das Host Controller Interface (HCI) fügt Unterstützung für die 3-Draht-UART-Schnittstelle hinzu. Als Standard wurde der IEEE-Standard 802.15.1-2005 übernommen.

Bluetooth 2.0 + EDR

EDR bietet folgende Vorteile: 3x schnellere Übertragungsraten bis zu 2,1 Mbit/s und die Möglichkeit, aufgrund der zusätzlichen Bandbreite mehrere Verbindungen aufzubauen. Reduzierter Energieverbrauch durch reduzierte Last.

Bluetooth 2.1

Zusätzliche Technologie zur erweiterten Abfrage der Geräteeigenschaften, energiesparende Technologie Sniff Subrating, die es ermöglicht, die Betriebszeit des Geräts von einer Akkuladung um das 3-10-fache zu erhöhen. Die aktualisierte Spezifikation vereinfacht und beschleunigt die Einrichtung der Kommunikation zwischen zwei Geräten erheblich und ermöglicht es Ihnen, den Verschlüsselungsschlüssel zu aktualisieren, ohne die Verbindung zu unterbrechen

Bluetooth 2.1 + EDR

Im August 2008 führte Bluetooth SIG Version 2.1 + EDR ein. Die neue Bluetooth-Revision reduziert den Stromverbrauch um das 5-Fache, verbessert die Datensicherheit und erleichtert das Erkennen und Verbinden von Bluetooth-Geräten, indem die Anzahl der erforderlichen Schritte reduziert wird.

Bluetooth 3.0 + HS

Am 21. April 2009 erschien Bluetooth 3.0 + HS. Die Datenübertragungsrate (theoretisch) hat sich auf 24 Mbit/s erhöht. Feature war die Hinzufügung von AMP (Alternate MAC/PHY), einer Ergänzung zu 802.11 als Hochgeschwindigkeitsnachricht. Für AMP wurden zwei Technologien bereitgestellt: 802.11 und UWB.

Bluetooth 4.0

Vier Jahre später, am 30. Juni 2010, genehmigte die Bluetooth SIG die 4.0-Spezifikation. Bluetooth 4.0 enthaltene Protokolle: klassisches Bluetooth, High-Speed-Bluetooth und Bluetooth Low Energy.

Bluetooth 4.1

Ende 2013 hat SIG die Bluetooth 4.1-Spezifikation eingeführt. Eine der in der Bluetooth 4.1-Spezifikation implementierten Verbesserungen betrifft die Interoperabilität von Bluetooth und LTE-Mobilfunk der vierten Generation. Der Standard schützt vor gegenseitiger Beeinflussung, indem er die Übertragung von Datenpaketen automatisch koordiniert.

Bluetooth 4.2

Bluetooth 4.2 wurde am 2. Dezember 2014 eingeführt. Der Standard wurde in seiner Geschwindigkeitsleistung und Informationssicherheit verbessert.

Bluetooth 4.2 bietet die Möglichkeit, sich direkt mit dem Internet zu verbinden. Das heißt, Geräte mit Unterstützung für Bluetooth 4.2 können nicht nur direkt miteinander interagieren, sondern sich über die entsprechenden Access Points auch mit dem Internet (dank der Unterstützung des IPv6 / 6LoWPAN-Protokolls) verbinden. Der Kerngedanke bei der Entwicklung des Standards ist, dass beliebige Geräte über Bluetooth miteinander verbunden werden können.

Neben der sicheren und schnellen Kommunikation wird Bluetooth 4.2 auch energieeffizienter sein, all dies wird den Trend der letzten Monate zur Netzanbindung verschieben: Immer mehr Geräte nutzen dafür Bluetooth, was unter anderem wirkt sich positiv auf die Autonomie der Arbeit aus.

2003

Erster MP3-Player mit Bluetooth-Technologie

Bluetooth-Version 1.2 von Bluetooth SIG übernommen

Der Versand von Bluetooth-Produkten steigt auf 1 Million pro Woche

Erstes zugelassenes medizinisches Bluetooth-System

2004

SIG übernimmt Core Specification Version 2.0 Enhanced Data Rate (EDR)

Bluetooth-Technologie standardmäßig auf 250 Millionen Geräten installiert

Sendungen überstiegen 3 Millionen Einheiten pro Woche

Die ersten Stereo-Kopfhörer

2005

Produktlieferungen stiegen auf 5 Millionen Chipsätze pro Woche

SIG begrüßt seine 4.000 Mitglieder

Eröffnung der SIG-Zentrale in Bellevue, Washington, mit Regionalbüros in Malmö, Schweden und Hongkong

SIG bringt Profile Testing Suite (PTS) v1.0 auf den Markt, ein vollständig selbst entwickeltes Test- und Typtest-Tool

2006

Die erste Sonnenbrille

Die ersten Stunden

Der erste digitaler Fotorahmen Bluetooth unterstützen

Bluetooth auf 1 Milliarde Geräten installiert

Die Auslieferungen von Bluetooth-Geräten erreichen 10 Millionen pro Woche

Profile Tuning Suite (PTS)-Tests werden obligatorischer Bestandteil von Bluetooth-qualifizierenden Produkten

SIG gibt bekannt, dass es die Ultra-Wide Band (UWB)-Technologie in die WiMedia Alliance integrieren wird

2007

Der erste Radiowecker

Erster Fernseher

SIG begrüßt 8000 Mitglieder

Michael Foley, CEO von Bluetooth SIG, erhält den Telematics Leadership Award

Der PTS Protocol Viewer wurde als Teil der kürzlich veröffentlichten Version 2.1.1 zusammen mit einer erheblich aktualisierten Benutzeroberfläche veröffentlicht

Die gängigsten Bluetooth-Profile

Benutzen kabellose Technologie Bluetooth-Geräte müssen in der Lage sein, spezifische Bluetooth-Profile zu interpretieren, die für bestimmte Anwendungen spezifisch sind, und allgemeine Verhaltensweisen anzeigen, damit Bluetooth-kompatible Geräte sie verwenden können, um mit anderen Bluetooth-Geräten zu kommunizieren.

Profil - eine Reihe von Funktionen oder Fähigkeiten, die für ein bestimmtes Bluetooth-Gerät verfügbar sind.

Es gibt eine Vielzahl von Bluetooth-Profilen, die beschreiben Verschiedene Arten Anwendungen oder Gerätenutzungsszenarien.

Liste der von Bluetooth SIG genehmigten Hauptprofile mit kurzer Beschreibung und Zweck:

Erweitertes Audioverteilungsprofil (A2DP) zum Streamen von Musik zu einem drahtlosen Headset oder anderen Geräten entwickelt.

Audio-/Video-Fernbedienungsprofil (AVRCP) gebaut, um zu verwalten Standardfunktionen Fernseher, hochpräzise Geräte. Ermöglicht das Erstellen von Geräten mit Fernbedienungsfunktionen.

Grundlegendes Bildgebungsprofil (BIP) zum Übertragen von Bildern zwischen Geräten entwickelt. Mit diesem Profil ist es möglich, die Größe des Bildes zu ändern und es in ein vom empfangenden Gerät unterstütztes Format zu konvertieren.

Basisdruckprofil (BPP) mit seiner Hilfe ist es möglich, Text, Nachrichten zu senden Email, vCard an den Drucker. Das Profil erfordert keine Treiber.

Gemeinsames ISDN-Zugangsprofil (CIP) verwendet für den Gerätezugriff auf ein digitales Netzwerk mit integrierten Diensten, ISDN.

Schnurloses Telefonieprofil (CTP) unterstützt drahtlose Telefonie.

Geräte-ID-Profil (DIP) hilft bei der Bestimmung der Geräteklasse, des Herstellers und der Produktversion.

DFÜ-Netzwerkprofil (DUN) Das Protokoll bietet standardmäßigen Zugriff auf das Internet oder andere Telefondienste über Bluetooth.

Faxprofil (FAX) bietet eine Schnittstelle zwischen einem Mobil- oder Festnetztelefon und persönlicher Computer auf dem die Faxsoftware installiert ist.

Dateiübertragungsprofil (FTP_profile) bietet Zugang zu Dateisystem Geräte.

Allgemeines Audio-/Videoverteilungsprofil (GAVDP) Basis für A2DP und VDP.

Generisches Zugriffsprofil (GAP) Basis für die restlichen Profile.

Generisches Objektaustauschprofil (GOEP) Basis für andere Kommunikationsprofile, basierend auf OBEX.

Hardcopy-Kabelersatzprofil (HCRP) Ersetzen der Kabelverbindung zwischen Gerät und Drucker. Die negative Seite des Profils, die es nicht universell macht, ist die Notwendigkeit, Treiber zu installieren.

Freisprechprofil (HFP)

Human Interface Device Profile (HID) bietet Unterstützung für Geräte mit HIDs, darunter Tastaturen, Mäuse, Joysticks usw. Besonderheit- verwendet einen langsamen Kanal, arbeitet mit reduzierter Leistung.

Headset-Profil (HSP) verwendet, um zu verbinden kabellose Kopfhörer und Telefon.

Intercom-Profil (ICP) bietet Sprachanrufe zwischen Bluetooth-kompatiblen Geräten.

LAN-Zugangsprofil (LAP) ermöglicht den Zugriff von Bluetooth-Geräten Computernetzwerke LAN, WAN oder das Internet über ein anderes Bluetooth-Gerät mit physische Verbindung zu diesen Netzwerken.

SIM-Zugangsprofil (SAP, SIM) ermöglicht Ihnen den Zugriff auf die SIM-Karte Ihres Telefons, sodass Sie eine SIM-Karte für mehrere Geräte verwenden können.

Synchronisationsprofil (SYNCH) ermöglicht es Ihnen, persönliche Daten (PIM) zu synchronisieren.

Videoverteilungsprofil (VDP) ermöglicht das Streamen von Videos.

Wireless Application Protocol Bearer (WAPB) Protokoll zum Organisieren von P-to-P (Point-to-Point)-Verbindungen über Bluetooth.

Ein interessantes Wort namens Bluetooth ist ein Protokoll zum Austausch von Informationen über kurze Wege... Der Abdeckungsbereich ist im Vergleich zu Wi-Fi eher bescheiden (maximal 100 Meter, und dann bestenfalls, wenn Sie die neueste Version haben) und die Datenübertragungsrate ist niedrig. Diese Nachteile werden jedoch durch den geringen Stromverbrauch und die hohe Verbindungsgeschwindigkeit (sogenanntes Pairing) der Telefone ausgeglichen.

Bluetooth ist eine sehr alte Technologie auf dem IT-Markt; der erste Version (1.0) wurde 1998 geboren. Auf dieser Moment es gilt als moralisch veraltet und wird in keinem handelsüblichen Gerät verwendet.

Bluetooth-Versionen

Die nächste Version des Protokolls ist 1.2 - jetzt auch als veraltet angesehen, aber es hat Telefonbenutzern noch viel länger treu gedient. Es ist noch in einigen billigen zu finden mobile Geräte in China hergestellt. Die maximale Datenrate von Bluetooth 1.2 beträgt 721 Kbps. Telefone koppeln viel schneller, Sie können anonym online sein. Diese Version Mit dem Protokoll können Sie nicht nur Musik und Bilder, sondern auch andere Dateitypen sowie Servicedaten übertragen.

Das Aufkommen der EDR-Technologie oder Enhanced Data Rate war der nächste Schritt in der Entwicklung von Bluetooth und ein ziemlich großer. Die Datenübertragungsrate stieg theoretisch auf 3 Mbit/s, obwohl sie in der Praxis meist nicht über 2 Mbit/s anstieg. Diese Technologie wird von zwei Bluetooth-Versionen unterstützt - 2.0, veröffentlicht im Jahr 2004, und 2.1, das 2007 geboren wurde. Sie sind fast völlig identisch, unterscheiden sich nur in energiesparenden Technologien.

MIT Bluetooth 2.1 fast alle handelsüblichen sind kompatibel Handys, Navigatoren, Headsets und andere Geräte. Stromverbrauch im Vergleich zu vorherige Versionen Protokoll um fast das Zehnfache gesunken, was die Massenproduktion von kompakten Headsets ermöglichte.

Bluetooth Version 3.0 erschien 2009, und mit seinem Erscheinen wurde es möglich, Informationen mit einer viel höheren Geschwindigkeit als zuvor zu übertragen (HS-Technologie oder High Speed). Mit Bluetooth 3.0 + HS kompatible Geräte sind mit 2.1 + EDR (bis zu 3 Mbit/s) sowie einem zweiten Modul ausgestattet, das ähnlich wie WLAN funktioniert und Geschwindigkeiten von bis zu 24 Mbit/s bietet. Trotz des ähnlichen Funktionsprinzips besteht keine direkte Wi-Fi-Kompatibilität.

Die HS-Technologie mit all ihren Vorteilen hatte einen gravierenden Nachteil - einen hohen Stromverbrauch. Doch bereits 2010, als Bluetooth 4.0, wurde behoben. Der Chip dieser Version ist in allen Top-Smartphones und -Tablets sowie in den meisten Ultrabooks vorhanden. Daten können über eine Entfernung von bis zu 100 Metern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 Mbit/s übertragen werden.

Zu beachten ist jedoch, dass nicht alle Features dieses Bluetooth-Standards zwingend erforderlich sind. Also die Möglichkeit eines langen selbstständiges Arbeiten(Funktion Bluetooth-Niedrigenergie) wird nur von den neuesten Geräten unterstützt.

Die meisten Peripheriegeräte wie Headsets, Navigatoren usw. unterstützen Bluetooth 2.1 + EDR. Wenn Ihr Gerät also dieselbe Version unterstützt, sollte es Ihnen gut gehen. Einige Geräte unterstützen jedoch möglicherweise andere Versionen des Protokolls. Die Debug-Uhr MetaWatch von Texas Instruments, die verschiedene Informationen zu einem Smartphone auf dem Display anzeigt, unterstützt beispielsweise Bluetooth 4.0. Damit dies funktioniert, muss Ihr Computer dieselbe Version unterstützen.

Wenn Ihnen eine schnelle Informationsübertragung wichtig ist, benötigen Sie auf beiden Geräten Bluetooth Version 3.0 oder 4.0. Obwohl schnelle Geschwindigkeit Datenübertragung kann erreicht werden durch NFC-Technologie(S Beam-Funktion in neuen Samsung-Smartphones). ja und Wi-Fi Direct in vielen Fällen ist es sinnvoller, diese Funktion zu verwenden, da diese Funktion von vielen Geräten basierend auf dem Android 4.0 OS unterstützt wird und die Übertragungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Bluetooth viel höher ist.

Bluetooth-Profile

Behandelt die Bluetooth-Versionen; jedes hat seine eigenen eigenschaften - man kann es nicht verwechseln. Und verwechseln Sie auch Bluetooth-Versionen nicht mit Profilen. Ein Profil ist eine spezifische Aktivität, die in verschiedenen Versionen des Protokolls möglich ist.

Profil A2DP bietet die Möglichkeit, Dateien und Stereoton zu übertragen, die in Bluetooth-Version 1.2 und höher verfügbar ist. Jedes spezifische Gerät kann jedoch einen eigenen Satz von Profilen haben, sodass einige Aktionen, selbst unter Berücksichtigung der neuesten Bluetooth-Version, möglicherweise nicht verfügbar sind. Windows-Smartphones unterstützen beispielsweise den Informationsaustausch über Bluetooth nicht, und der Nutzer muss zu einigen Tricks greifen, wenn er diese Protokollfunktion nutzen möchte.