Bluetooth v4.2: какво наистина е новото и как работи? Има ли безжични bluetooth 5.0 слушалки?

Bluetooth 5.0 стана реалност. В сравнение с Bluetooth 4.0 нова версияТо има два пъти по-голям капацитет, четири пъти по-голям обхвати редица други подобрения. Нека да разгледаме предимствата на Bluetooth 5.0 пред неговите предшественици, включително пример Процесор CC2640R2Fот Texas Instruments.

Популярността на версията на протокола Bluetooth 4, както и някои от неговите ограничения, станаха причините за създаването на следващата спецификация на Bluetooth 5. Разработчиците си поставиха редица цели: разширяване на обхвата, растеж честотна лентапри изпращане на излъчвани пакети, подобряване на шумоустойчивостта и т.н.

Сега, когато започнаха да се появяват първите устройства с Bluetooth 5, потребителите и разработчиците с право имат въпроси: кои от предишните обещания са станали реалност? Колко са се увеличили обхватът и скоростта на трансфер на данни? Как това повлия на нивата на потребление? Как се промени подходът за генериране на излъчвани пакети? Какви подобрения са направени за подобряване на устойчивостта на шум? И, разбира се, основният въпрос е - има ли обратна съвместимост между Bluetooth 5 и Bluetooth 4? Нека отговорим на тези и някои други въпроси и да разгледаме основните предимства на Bluetooth 5.0 пред неговите предшественици, включително като използваме примера на истински процесор с поддръжка на Bluetooth 5.0, произведен от компанията Texas Instruments.

Да започваме Преглед на Bluetooth 5.0 с отговор на най-често задавания въпрос относно обратната съвместимост с Bluetooth 4.x

Bluetooth 5.0 обратно съвместим ли е с Bluetooth 4.x?

Да, така е. Bluetooth 5 е приел повечето функции и Bluetooth разширения 4.1 и 4.2. Например устройствата с Bluetooth 5 запазват всички подобрения в сигурността на данните на Bluetooth 4.2 и поддържат LE Data Length Extension. Струва си да припомним, че благодарение на LE Data Length Extension, започвайки с Bluetooth 4.2, размерът на пакета данни (блок за пакетни данни, PDU) по време на установена връзка може да бъде увеличен от 27 на 251 байта, което ви позволява да увеличите скорост на обмен на данни с 2,5 пъти.

Поради големия брой разлики между версиите на протокола, традиционният механизъм за договаряне на параметри между устройствата при установяване на връзки се запазва. Това означава, че преди да започнат да обменят данни, устройствата се „опознават“ и определят максималната честота на предаване на данни, дължината на съобщенията и т.н. В този случай параметрите на Bluetooth 4.0 се използват по подразбиране. Преходът към параметрите на Bluetooth 5 става само ако по време на процеса на сдвояване се окаже, че и двете устройства поддържат по-нова версия на протокола.

Говорейки за инструментите, които вече са достъпни за разработчиците, заслужава да се отбележи нов процесор CC2640R2F и безплатен BLE5-Stack от Texas Instruments. За радост на разработчиците, BLE5-Stack е базиран на предишната версия на BLE-Stack и промените в използването му засягат само новите функции на Bluetooth 5.0.

Как се увеличи скоростта на пренос на данни в Bluetooth 5?

Bluetooth 5 използва безжична връзкас физическа скорост на трансфер на данни до 2 Mbit/s, което е два пъти по-високо от Bluetooth 4.x. Тук си струва да се отбележи, че ефективната скорост на обмен на данни зависи не само от физическия капацитет на канала за предаване, но и от съотношението на услугата и полезна информацияв пакет, както и от свързаните „режийни“ разходи, например загуба на време между пакетите (Таблица 1).

Маса 1. Скорост на комуникация за различни версииBluetooth

Във версиите Bluetooth 4.0 и 4.1 физическата честотна лента на канала беше 1 Mbit/s, което с дължина на PDU пакета данни от 27 байта направи възможно постигането на скорости на обмен до 305 kbit/s. Bluetooth 4.2 представи LE Data Length Extension. Благодарение на него след установяване на връзка между устройствата стана възможно дължината на пакета да се увеличи до 251 байта, което доведе до увеличаване на скоростта на обмен на данни с 2,5 пъти - до 780 kbit/s.

Bluetooth версия 5 запазва поддръжката на LE Data Length Extension, което, заедно с увеличаването на физическата пропускателна способност до 2 Mbit/s, позволява постигането на скорост на обмен на данни до 1,4 Mbit/s.

Както показва практиката, такова ускоряване на трансфера на данни не е границата. Например безжичният микроконтролер CC2640R2F може да работи със скорост до 5 Mbps.

Струва си да се спомене разпространеното погрешно схващане, че увеличаването на пропускателната способност до 2 Mbit/s е постигнато чрез намаляване на обхвата. Разбира се, физически приемо-предавателният чип (PHY), когато работи на честота от 2 Mbit/s, има 5 dBm по-малка чувствителност, отколкото когато работи на честота от 1 Mbit/s. Въпреки това, в допълнение към чувствителността, има и други фактори, които допринасят за увеличаване на обхвата, например преходът към кодиране на данни. Поради тази причина, при равни други условия, Bluetooth 5 се оказва по-надежден и има по-голям обхват в сравнение с Bluetooth 4.0. Това е обсъдено подробно в един от следващите раздели на статията.

Как да активирам високоскоростен режим на пренос на данни в Bluetooth 5?

При установяване на връзка между две Bluetooth устройства първоначално се използват настройките на Bluetooth 4.0. Това означава, че на първия етап устройствата обменят данни със скорост от 1 Mbit/s. След като връзката бъде установена, главният активиран Bluetooth 5.0 може да започне процедурата за актуализиране на PHY, чиято цел е да установи максимална скорост 2 Mbit/s. Тази операция ще успее само ако подчиненото устройство поддържа и Bluetooth 5.0. В противен случай скоростта остава 1 Mbit/s.

За разработчиците, които преди са използвали BLE-Stack на Texas Instruments, добрата новина е, че новият BLE5-Stack предоставя една функция, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(), за изпълнение на тази процедура. По този начин, когато преминат към Bluetooth 5.0, потребителите на продукти на TI няма да имат проблеми с първоначалната инициализация. Също така полезен за разработчиците ще бъде пример, публикуван на портала GitHub, който ви позволява да оцените работата на два микроконтролера CC2640R2F, работещи като част от CC2640R2 LaunchPads в режими High Speed ​​​​и Long Range.

Как се увеличи обхватът на Bluetooth 5?

Спецификацията на Bluetooth 5.0 гласи, че обхватът е четири пъти по-голям от Bluetooth 4.0. Това е доста тънък въпрос, на който си струва да се спрем по-подробно.

Първо, понятието „четири пъти“ е относително и не е обвързано с определен диапазон в метри или километри. Факт е, че обхватът на радиопредаване силно зависи от редица фактори: състоянието на околната среда, нивото на смущения, броя на едновременно предаващите устройства и т.н. В резултат на това нито един производител, както и разработчикът на самия стандарт Bluetooth SIG, не предоставя конкретни стойности. Увеличението на обхвата се измерва в сравнение с Bluetooth 4.0.

За по-нататъшен анализ е необходимо да се извършат някои математически изчисления и да се оцени бюджетът на мощността на радиоканала. Когато се използват логаритмични стойности, бюджетът на радиоканала (dB) е равен на разликата между мощността на предавателя (dBm) и чувствителността на приемника (dBm):

Бюджет на радиоканала = мощностT X(dBm) – чувствителностR X(dBm)

За Bluetooth 4.0 стандартната чувствителност на приемника е -93 dBm. Ако приемем, че мощността на предавателя е 0 dBm, тогава бюджетът е 93 dB.

Учетворяването на диапазона би изисквало 12 dB увеличение на бюджета, което води до стойност от 105 dB. Как трябва да се постигне тази стойност? Има два начина:

• увеличаване на мощността на предавателя;
• повишаване на чувствителността на приемниците.

Ако следвате първия път и увеличите мощността на предавателя, това неизбежно ще доведе до увеличаване на консумацията. Например, за CC2640R2F, преминаването към изходна мощност от 5 dBm води до увеличаване на консумацията на ток до 9 mA (Фигура 1). При 10 dBm токът ще се увеличи до 20 mA. Този подход не е привлекателен за повечето безжични устройства, захранвани с батерии, и не винаги е подходящ за IoT, което е областта, към която Bluetooth 5.0 е насочен основно. Поради тази причина второто решение изглежда за предпочитане.

За увеличаване на чувствителността на приемника се предлагат два метода:

• намаляване на скоростта на предаване;
• използване на кодирано PHY кодиране на данни.

Намаляването на скоростта на предаване на данни с фактор осем теоретично увеличава чувствителността на приемника с 9 dB. Така желаната стойност е само 3 dB кратка.

Необходимите 3 dB могат да бъдат постигнати с помощта на допълнително кодирано PHY кодиране. Преди това във версиите на Bluetooth 4.x битовото кодиране беше недвусмислено 1:1. Това означава, че потокът от данни е изпратен директно към диференциалния демодулатор. В Bluetooth 5.0, когато използвате кодиран PHY, има две допълнителен форматпредаване:

• с кодиране 1:2, при което всеки бит данни е свързан с два бита в потока от радио данни. Например, логическо "1" се представя като последователност от "10". В този случай физическата скорост остава равна на 1 Mbit/s, а реалната скорост на трансфер на данни пада до 500 kbit/s.
• С кодиране 1:4. Например, логическа "1" е представена от последователността "1100". Скоростта на трансфер на данни е намалена до 125 kbit/s.

Описаният подход се нарича Forward Error Correction (FEC) и позволява грешките да бъдат открити и коригирани от приемащата страна, вместо да изисква повторно предаване на пакети, какъвто беше случаят в Bluetooth 4.0.

На хартия всичко изглежда добре. Остава само да разберем как тези теоретични изчисления съответстват на реалността. Като пример, нека вземем същия микроконтролер CC2640R2F. Благодарение на различни подобрения и нови режими на модулация на Bluetooth 5.0, трансивърът на този процесор има чувствителност от -97 dBm при 1 Mbps и -103 dBm при използване на кодиран PHY и 125 kbps. Така в последния случай липсват само 2 dBm от нивото от 105 dB.

За да оценят обхвата на CC2640R2F, инженерите от Texas Instruments проведоха полеви експеримент в Осло. Въпреки това, от гледна точка на нивото на шума заобикаляща средав този опит не можеше да се нарече „приятелски“, тъй като бизнес частта на града беше в непосредствена близост.

За да се получи бюджетна мощност, по-голяма от 105 dB, беше решено да се увеличи мощността на предавателя до 5 dBm. Това ни позволи да постигнем впечатляваща крайна стойност от 108 dBm (Фигура 2). При извършване на експеримента обхватът беше 1,6 км, което е много впечатляващ резултат, особено като се има предвид минималното ниво на консумация на радиопредаватели.

Как се промени подходът към съобщенията за излъчване на Bluetooth 5?

Преди това Bluetooth 4.x използваше три специални канала за данни за установяване на връзки между устройства (37, 38, 39). С тяхна помощ устройствата се намираха взаимно и обменяха служебна информация. Освен това беше възможно да се предават пакети с данни за излъчване през тях. Този подход има недостатъци:

• при големи количестваактивни предаватели, тези канали могат просто да бъдат претоварени;
• всичко повече устройстваизползва излъчвани съобщения, без да установява връзка от точка до точка. Това е особено важно за интернет на нещата IoT;
• новата система за кодирано PHY кодиране ще изисква осем пъти повече време за установяване на връзка, което допълнително ще натовари излъчваните канали.

За да се решат тези проблеми в Bluetooth 5.0, беше решено да се премине към схема, при която данните се предават по всичките 37 канала за данни, а служебните канали 37, 38, 39 се използват за предаване на указатели. Указателят се отнася до канала, по който ще бъде предадено излъченото съобщение. В този случай данните се предават само веднъж. В резултат на това е възможно значително да се облекчи натоварването на обслужващите канали и да се премахне това тясно място.

Също така си струва да се отбележи, че сега дължината на данните на един излъчван пакет може да достигне 255 байта вместо 6...37 байта PDU в Bluetooth 4.x. Това е изключително важно за IoT приложенията, тъй като позволява минимизиране на разходите за предаване и елиминиране на връзките, като по този начин намалява потреблението.

Bluetooth 5 поддържа ли Mesh мрежи?

Решения на Texas Instruments за Bluetooth 5

Един от първите микроконтролери с Bluetooth 5.0 беше високопроизводителният процесор CC2640R2F, произведен от Texas Instruments.

CC2640R2F е изграден върху модерно 32-битово ARM Cortex-M3 ядро ​​с работна честота до 48 MHz. Работата на радиопредавателя се управлява от второто 32-битово ядро ​​ARM Cortex-M0 (Фигура 3). В допълнение, CC2640R2F разполага с богата цифрова и аналогова периферия.

Предимството на микроконтролера CC2640R2F е и ниското му ниво на консумация (Таблица 2). Това важи за всички режими на работа. Например, в активен режим, при получаване на данни по радиоканал, консумацията е 5,9 mA, а при предаване - 6,1 mA (0 dBm) или 9,1 mA (5 dBm). При превключване в режим на заспиване захранващият ток пада напълно до 1 µA.

Комбинацията от три такива важни качества като Bluetooth поддръжка 5.0, ниската консумация на енергия и високата пикова производителност правят CC2640R2F много интересно решение за Интернет на нещата. В същото време с помощта на този микроконтролерможете да създадете пълна гама от IoT устройства: автономни сензори, които работят няколко години с една батерия, мостове между допълнителен контролен процесор и Bluetooth 5.0 канал, сложни приложения, които изискват висока изчислителна мощност.

Таблица 2. Консумация на безжичен микроконтролерCC2640 Р2 Ес подкрепатаBluetooth 5

За да започнете бързо с CC2640R2F, Texas Instruments е подготвил традиционен комплект за разработка (Фигура 4). Използвайки няколко такива устройства, можете да оцените скоростта и обхвата на радиопредаване чрез Bluetooth 5.0. За да направите това, можете да използвате готови примери или да създадете свое собствено приложение, базирано на безплатния протокол BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).

Заключение

Новата версия на протокола Bluetooth 5.0 е фокусирана върху максимално съответствие с нуждите на Интернет на нещата (IoT). В сравнение с версията Bluetooth 4.0, той има редица качествени подобрения:

• скоростта на трансфер на данни се удвои и достигна 2 Mbit/s;
• обхватът на предаване се е увеличил четирикратно поради кодирано PHY и кодиране на данни с корекция на грешки (FEC);
• Пропускателната способност на излъчваните съобщения се увеличи 8 пъти.

В допълнение, Bluetooth 5.0 осигурява обратна съвместимост с Bluetooth 4.x устройства и също така поддържа повечето от разширенията на по-късните версии на протокола.

Можете да оцените възможностите на Bluetooth 5.0 сега с помощта на инструменти, произведени от Texas Instruments. Компанията произвежда микроконтролер с висока производителност и ниска мощност CC2640R2F, предоставя безплатен BLE 5 стек 1.0 и много готови примериза комплект за разработка LAUNCHXL-CC2640R2.

Литература

1. Bluetooth Core Specification 5.0 ЧЗВ. 2016. Bluetooth SIG.

Bluetooth 5 не е просто друго поколение Bluetooth. Това е значителна промяна в начина, по който се свързваме с други устройства. Отсега нататък животът ви ще се промени драматично, ако вашият смартфон е оборудван с Bluetooth 5.

Какво е Bluetooth и как да го използвам?

През 1994 г. се появява нов стандартвръзки на устройството. Шведската компания Ericsson ръководи обединяването на безжичните технологии по това време, точно както през 20 век, когато крал Харалд Блус обедини викингите под една нация. В чест на този крал новата вълна е кръстена на негово име, а през 2017 г. петото поколение ни носи ново измерение за общуване с обектите около нас.

Наличието на Bluetooth 5 на нашите телефони означава, че ще имаме и много по-тясна връзка със смарт обектите около нас. Bluetooth 5 е по-бърз, по-силен и може да достигне до четири пъти по-далеч от предишната версия.

Обаждането със свободни ръце и необходимостта да се доближите до телефона си, защото губите връзка, са нещо от миналото с устройствата с Bluetooth 5. Сега можете да отидете навсякъде в дома си, без да губите връзка, независимо къде е телефонът ви. Всичко това е благодарение на способността на Bluetooth 5 да поддържа висока пропускателна способност над 100 метра. Това разстояние Usain Bolt може да работи за 9,58 секунди, а Bluetooth ще получи за 5 милисекунди.

Вече имаме устройства, които се синхронизират чрез Bluetooth, но досега можете да слушате музика само на един високоговорител или една слушалка. СЪС използвайки Bluetooth 5 можете да свържете няколко устройства.

Обхватът на Bluetooth е между NFC и Wi-Fi. Основното му предимство е неговата безопасност. Криптираната информация се премества от едно устройство на друго, което я прави особено полезна за устройства, които следят здравето ни или дори управляват плащания.

Wi-Fi мрежите са в домовете ни и Bluetooth 5 може да помогне за премахването им, като контролира повечето IoT устройства, свързани с Wi-Fi, като високоговорители, телевизор или кана за кафе. Плюс това, благодарение на BLE (Bluetooth Low Energy), може да не се налага да разчитате на конектори, тъй като ще използвате по-малко енергия.

Bluetooth 5: нови устройства, които ще оформят бъдещето на IoT

Нашите смартфони постепенно започват да се превръщат в дистанционно управление дистанционноза всички електронни устройстваоколо нас. Не само фитнес тракери или слушалки; Вече можем да управляваме прахосмукачки, електрически крушки и дори автомобили с нашите телефони.

През март първите устройства с тази нова технология, която беше обявена преди малко по-малко от година, навлязоха на пазара: Самсунг Галакси S8 и S8+. Вторият, Xiaomi Mi 6, беше пуснат на китайския пазар в края на април. Следващите устройства, които ще се доставят с Bluetooth 5, ще бъдат HTC U 11, който ще бъде пуснат на 16 май и Сони Експериа XZ Premium, който трябва да бъде в магазините това лято.

Тези четири устройства са първите, които улавят вълнението от тази подобрена версия на Bluetooth, но е безопасно да се каже, че след пролетта вероятно ще видим тази спецификация и на OnePlus 5, Samsung Галакси ноут 8.

Просто свързването на един комплект слушалки е нещо от миналото благодарение на Bluetooth 5.

Bluetooth 5: Удвоете скоростта и обхвата

Петото поколение на тази къса вълна, която пътува в обхвата 2,4 GHz, има много по-голямо покритие и е по-бързо от предишните версии. Той предлага ниска консумация на енергия и висока сигурност с криптиране (което отговаря на стандартите за сигурност на правителството на САЩ) и е два пъти по-бърз, до 5120 kbps.

Bluetooth 5 удвоява обхвата на Bluetooth 4.0, който е до 60 метра. С други думи, на 240 метра BT5 поддържа скорост от 128 kbit/s, а на 120 метра – 500 kbit/s. От друга страна, това ново поколение може да има 8 пъти повече връзки от стария стандарт.

Bluetooth 5 поддържа BLE (Bluetooth Low Energy), който беше въведен във версия 4.0. По този начин увеличаването на скоростта и обхвата не се отразява на консумацията на енергия на BLE устройствата.

Bluetooth 5: ново измерение за аудио

Първо, това увеличение на разстоянието, скоростта и броя на връзките ще повлияе на броя на устройствата, към които можем да се свържем, и на количеството информация, което можем да изпратим. Това вече ни засяга пряко.

С Galaxy S8 можем да свържем две Bluetooth слушалки едновременно. По този начин двама души могат да слушат една и съща песен едновременно, без да пречат на другите. Въпреки това, с видео на S8, забелязахме леко забавяне в една от двете свързани слушалки, но се надяваме, че това ще се подобри с актуализации софтуер. Във версия 5.0 аудиото не е специално компресирано за подобряване на качеството, но се очаква този аспект да бъде разширен в стандартен преглед през 2018 г., вероятно във версия 5.1.

Второто (и според мен най-важното) нещо е, че с повече данни може да се повиши качеството на звука, стига да няма разлика между него и използването на кабел. Понастоящем Bluetooth аудио компресията, SBC, е по-лоша от CD, тъй като обикновено се предава при около 328 Kbps. Но тази скорост не е проблем за Bluetooth 5.

Sony вече разполага с технология, наречена LDAC, която предава аудио през Bluetooth при 990Kbps, което е управляем битрейт за Bluetooth 5.

Bluetooth 5 е бъдещето

След четири години в света ще има повече от 48 милиарда смарт устройства, от които около една трета ще имат Bluetooth връзка. С други думи, ще има няколко милиарда устройства, свързани с нашите смартфони. Очевидно е, че Bluetooth стандартще бъде един от водещите играчи в Интернет на нещата (IoT).

Това вече е кралят на носимите устройства за свързване и много устройства Smart Home също комуникират с тази синя вълна. Така че единственото, което остава за бъдещето, е да прекрачим границите.

Очевидното бъдеще е това, в което можем да контролираме повече устройства, отколкото имаме в момента с нашите смартфони. Скоро ще можем да сменяме каналите чрез Bluetooth, както и да увеличаваме и намаляваме температурата на термостата или яркостта на осветлението в хола ни.

Bluetooth има голям потенциал в областта виртуална реалностна тази нова скорост. Благодарение на силната връзка между VR слушалки и други устройства, вече няма да се налага да поставяме нашите смартфони в мини слушалки. Дисплеите на телефоните биха могли да имат ясна резолюция, без да се жертва време живот на батерията, и VR слушалките могат да имат собствен екран с правилната разделителна способност за целта си. Това също ще намали значително теглото на устройството.

Видео: Новини за новата технология Bluetooth 5.0

Нов стандарт безжична комуникацияосигурява по-голям обхват, по-висока скорост и по-голяма производителност. Но какво още трябва да знаете?

Какво става с нарастването на популярността? безжични слушалкии носими устройства, започваме да използваме Bluetooth много по-често от преди. Всъщност според Bluetooth група със специални интереси, който наблюдава развитието на технологията, очаква 13,9 милиарда устройства с Bluetooth да бъдат продадени до 2020 г.

Добрата новина е, че технологията ще спечели от това. Bluetooth 5 е по-мощен от всякога, с огромен потенциал за Интернет на нещата и безжично слушане на музика.

И така, какво може да направи? И кога можете да го вземете? Прочетете и разберете.

Какво е Bluetooth 5?

Bluetooth 5 е следващата итерация на Bluetooth, безжична технологияпредаване на данни, което се намира в смартфони, таблети, безжични слушалки и високоговорители, лаптопи, настолни компютрии т.н.

Bluetooth позволява на вашите устройства да прехвърлят данни едно към друго безжична мрежа. Когато получите известие на вашия умен часовникили тракер, идва от вашия телефон чрез Bluetooth.

Освен това ви позволява да свържете безжични високоговорители, за да можете да слушате мелодии у дома, в парка или на плажа.

Това последна версия Bluetooth, той е много по-мощен от своите предшественици.

Колко мощен е Bluetooth 5?

Новата версия е значително по-напред от предишната във всички отношения. В сравнение с предшественика си (Bluetooth 4.2 Low Energy), той е два пъти по-бърз, има четири пъти по-голям обхват и може да предава осем пъти повече данни.

Ако искате точни данни, говорим за пропускателна способност от 2 Mbps. На практика това означава бърза и надеждна мрежова връзка, което води до повече бързи актуализациифърмуер и изтегляне на данни.

С по-дълъг работен обхват от приблизително 240 м, вашите безжични високоговорители и слушалки ще работят много по-далеч от източника на звук, отколкото с Bluetooth 4.2 Low Energy. Тези нововъведения ще позволят покритие на целия дом за свързани устройства като охранителни камери, интелигентни хладилници, интелигентни термостати и др.

И чрез по-ефективно използване на излъчваните канали в честотната лента от 2,4 GHz, това проправя пътя за "по-добри безжични решения, базирани на Bluetooth", според SIG. С други думи, очаквайте повече безжични връзки, където и да отидете, от спортни стадиони до търговски центрове.

Можете да свържете повече от един чифт безжични слушалки към един и същ аудио източник чрез Bluetooth 5. Ако вашето устройство има определени работни профили, като напр Bluetooth Dual Audio от Samsung, можете независимо да регулирате силата на звука на всеки от тях. Много удобни за свързване на няколко слушалки за гледане на предавания или слушане на музика, докато пътувате с влак или самолет.

Bluetooth 5 може също да открие дали има смущения на честоти от 2,4 GHz и автоматично да се опита да ги минимизира. Какво трябва да направи слушането на музика от всеки? безжично устройствопо-стабилна и ясна.

Кои устройства са съвместими с Bluetooth 5?

На този моментне толкова. Samsung Galaxy S8 е първият телефон, който работи с технологията Bluetooth 5, но в момента е единственият. Без никакви слушалки или Bluetooth високоговорители 5 Няма да можете да се възползвате от стабилна работа на дълги разстояния или повече високи скорости. Но те трябва да започнат да се появяват преди края на годината.

Добрата новина е, че можете да използвате функцията Dual Audio на Galaxy S8 с всеки Bluetooth високоговорител или слушалки. Просто ги сдвоете с телефона си както обикновено, след което изберете „Двойно аудио“ от менюто вдясно горен ъгълекрана и настройте необходимото ниво на звука за всяко устройство.

Ще подобри ли Bluetooth 5 качеството на звука за безжични високоговорители и слушалки?

за съжаление не. Фокусът е върху интернет на нещата и по-голямата свързаност, но SIG не споменава подобрено качество на звука. Това не означава, че музикалните фенове няма да получат никакви предимства.

Безжичните слушалки и високоговорители ще работят много по-далеч от източника на звук и можете да предавате същия звук към него голямо количествослушалки/високоговорители едновременно.

Bluetooth 5 също може да подобри живота на батерията. Тъй като е по-ефективен, той ще използва по-малко енергия, което би трябвало да означава по-дълъг живот на батерията за безжични високоговорители и слушалки. Но ще трябва да опитаме това в действие, за да потвърдим, но засега това не е възможно.

Какво е новото в Bluetooth 5.0? Двойно увеличение на скоростта, възможност за криптиране на трафик, увеличение на обхвата с 400% и много други предимства.

Новината за появата на Bluetooth 5.0 проблесна на страниците на медийните ресурси през юни 2016 г., но беше по-натоварена важни нещаОбществото не обърна достатъчно внимание на появата на нов технологичен стандарт в света на безжичните комуникации. По това време устройства, базирани на Bluetooth 5.0, все още не бяха пуснати. През май 2017 г., след пускането на пазара на Samsung Galaxy S8 и Xiaomi Mi 6, хората започнаха да говорят за новата спецификация по съвсем различен начин. В крайна сметка Bluetooth 5.0 предостави на потребителите няколко дългоочаквани предимства, за които ще говорим в тази статия.

Добра новина за разработчиците

Безжично съжителство - запомнете този термин. Скоро ще промени цялата структура на безжичните комуникации. Bluetooth Special Interest Group обещава невиждани досега нива на оперативна съвместимост с други комуникационни протоколи. Дори ни се обещава паралелно и безконфликтно съвместно съществуване на Bluetooth и Wi-Fi.

Спецификация 5.0 предполага работа в пакети от 255 октета (вместо 31 пакета, както в предишната версия) и преход към съседни честоти без загуба на трафик байтове. Честотната лента от 2,4 GHz, претъпкана с битове и байтове, ще улесни потребителите, програмистите и дори операционните системи и чипове да дишат по-лесно.

Разработчиците ще могат да внедряват фини настройки софтуерни продукти, производителите ще започнат да се интегрират Bluetooth модули 5.0 дори в ютии и прахосмукачки. А операционна системаще спре претоварването на процесорите, опитвайки се да организира работата по рационализиране на затрупания трафик. Анализатори твърдят, че това ще бъде началото на „Интернет на нещата“, за който всички футуролози говорят толкова дълго.

Какво да очаквате като потребител

За редовен потребителПоявата на Bluetooth устройства спецификация 5.0 е интересна по две причини. Първо, новият стандарт увеличава скоростта на обмен на файлове 2 пъти. Второ, обхватът на действие се увеличава 4 пъти.

В цифри звучи още по-добре – скоростта на Bluetooth 5.0 се е увеличила до 2 Mbit/s, а обхватът се увеличава до 100 метра. Сега можете да слушате песни от високо качествозвук, дори ако вашият смартфон е в къщата и вие сте с него безжичен високоговорителили слушалки - на улицата.

Освен това новият протокол позволява не само увеличаване на обхвата - Bluetooth 5.0 е готов да работи не с един източник, а с няколко наведнъж. И енергийната интензивност на този процес ще бъде значително по-ниска от тази на предишни версиибезжични комуникационни модули. Просто казано, Bluetooth 5.0 ще спести батерията както на вашия смартфон, така и на мобилната колонка.

Друга добра новина е възможността за криптиране на трафик, предаван по Bluetooth канала. Разработчиците и производителите вече говорят за замяната на късата NFC каишка с по-усъвършенстван протокол, който ще превърне смартфона в пълноправен заместител на банкова карта.

Вярно е, че всички тези предимства все още са достъпни само за няколко собственици на мобилни устройства.

Смартфони с Bluetooth 5.0

В момента можете да закупите само три устройства с Bluetooth 5.0 свързаност. Това са смартфони и . Засега новата спецификация се прилага само на флагмани, така че за правото да използвате всички иновации на Bluetooth 5.0 ще трябва да платите от 500 до 1000 щатски долара.

През втората половина на май към линията флагмани на Samsung и Xiaomi ще се присъедини премиум смартфон, чиято официална спецификация включва нов стандарт за безжична комуникация. Този път за предимствата на Bluetooth 5.0 ще трябва да платите от 650 долара до 750 евро, в зависимост от това къде се продава новият смартфон на HTC.

До началото на лятото, около година след анонса на Bluetooth 5.0, на пазара ще се появи още един флагман с нова спецификация за безжична комуникация. Приблизителната цена на японското устройство ще бъде 800 щатски долара.

В дългосрочен план анализаторите прогнозират появата на пета спецификация в Samsung Galaxy Note 8 и новия Google Phone от линията Pixel. Но в евтини мобилни телефони Bluetooth телефони 5.0 няма да се регистрира много скоро. Въпросът е, че тази спецификация трябва да се поддържа от чипсети. Сред евтините решения, за съжаление, нито един процесор все още няма такива възможности.

Здравейте.

На 3 декември 2014 г. Bluetooth SIG официално обяви спецификацията на bluetooth версия 4.2.
Прессъобщението идентифицира 3 основни иновации:

• увеличаване на скоростта на приемане и предаване на данни;
• възможност за свързване с интернет;
• подобряване на поверителността и сигурността.

Основната точка на прессъобщението: версия 4.2 - идеална за Интернет на нещата (IoT).
В тази статия искам да ви разкажа как се изпълняват тези 3 точки. Който се интересува е добре дошъл.

Всичко описано по-долу се отнася само за BLE, нека да...

1. Увеличаване на скоростта на получаване и предаване на потребителски данни.

Основният недостатък на BLE беше ниската скорост на пренос на данни. Въпреки че, както и да го погледнете, BLE първоначално е изобретен, за да пести енергията на източника, захранващ устройството. И за да спестите енергия, трябва да се свързвате периодично и да прехвърляте малко данни. Въпреки това, целият Интернет е изпълнен с възмущение от ниската скорост и въпроси относно възможността за увеличаването й, както и увеличаване на размера на предаваните данни.

И с появата на версия 4.2, Bluetooth SIG обяви увеличение на скоростта на предаване с 2,5 пъти и размера на предавания пакет с 10 пъти. Как са постигнали това?

Нека ви кажа, че тези 2 числа са свързани помежду си, а именно: скоростта се е увеличила, защото размерът на предавания пакет се е увеличил.

Нека да разгледаме PDU (протоколна единица данни) на канала за данни:


Всеки PDU съдържа 16-битов хедър. И така, този хедър във версия 4.2 е различен от хедъра във версия 4.1.

Ето заглавката на версия 4.1:

А ето и заглавката на версия 4.2:

Забележка: RFU (Reserved for Future Use) - полето, обозначено с това съкращение, е запазено за бъдеща употреба и се попълва с нули.

Както виждаме, последните 8 бита от заглавката са различни. Полето Дължина е сумата от дължините на полезния товар и полето MIC (Проверка на целостта на съобщението), намиращо се в PDU (ако последното е активирано).
Ако във версия 4.1 полето „Lenght” е с размер 5 бита, то във версия 4.2 това поле е с размер 8 бита.

От тук е лесно да се изчисли, че полето „Дължина“ във версия 4.1 може да съдържа стойности в диапазона от 0 до 31, а във версия 4.2 в диапазона от 0 до 255. Ако извадим дължината на полето MIC (4 октета) от максималните стойности, получаваме, че полезният товар може да бъде съответно 27 и 251 октета за версии 4.1 и 4.2. Всъщност максималното количество данни е още по-малко, т.к Полезният товар също съдържа L2CAP (4 октета) и ATT (3 октета) данни за услугата, но ние няма да вземем предвид това.

По този начин размерът на предаваните потребителски данни се е увеличил приблизително 10 пъти. Що се отнася до скоростта, която по някаква причина се увеличи с 10 пъти, но само 2,5 пъти, тогава не можем да говорим за пропорционално увеличение, защото всичко зависи и от гаранцията за доставка на данни, защото гарантирането на доставката на 200 байта е малко по-трудно от 20.

2. Възможност за свързване към Интернет.

Може би най-интересната иновация е защо Bluetooth SIG обяви, че версия 4.2 прави Интернет на нещата (IoT) по-добър благодарение на тази функция.

Обратно във версия 4.1, L2CAP добави режима „LE Credit Based Flow Control Mode“. Този режим ви позволява да контролирате потока от данни с помощта на т.нар. кредитно базирана схема. Особеността на схемата е, че тя не използва сигнални пакети, за да посочи количеството данни, които се прехвърлят, а изисква от друго устройство кредит за определено количество данни, които трябва да бъдат прехвърлени, като по този начин ускорява процеса на прехвърляне. В този случай всеки път, когато получаващата страна получи рамка, тя намалява брояча на кадрите и когато се достигне последният кадър, тя може да прекъсне връзката.

В списъка с L2CAP команди се появиха 3 нови кода:
- LE Credit Based Connection request – заявка за връзка по кредитната схема;
- LE Credit Based Connection response – отговор на свързване въз основа на кредитната схема;
- LE Flow Control Credit – съобщение за възможността за получаване на допълнителни LE кадри.

В пакета „Заявка за свързване, базирана на LE“


има поле „Първоначални кредити“ с дължина 2 октета, което показва броя на LE кадрите, които устройството може да изпрати на ниво L2CAP.

В пакета с отговори „LE Credit Based Connection response“


същото поле показва броя LE рамки, които друго устройство може да изпрати, а полето „Резултат“ също показва резултата от заявката за връзка. Стойност 0x0000 показва успех, други стойности показват грешка. По-конкретно, стойност 0x0004 показва, че връзката е отказана поради липса на ресурси.

По този начин вече във версия 4.1 стана възможно прехвърлянето на голямо количество данни на ниво L2CAP.
И сега, почти едновременно с пускането на версия 4.2, се публикува следното:

• услуга: “IP Support Service” (IPSS).
• IPSP (Internet Protocol Support Profile) профил, който дефинира поддръжка за предаване на IPv6 пакети между устройства, които имат BLE.

Основното изискване на профила за ниво L2CAP е „LE Credit Based Connection“, което се появи във версия 4.1, което от своя страна ви позволява да предавате пакети с MTU >= 1280 октета (надявам се, че намекът към фигурата е ясно).

Профилът дефинира следните роли:
- роля на рутер – използва се за устройства, които могат да маршрутизират IPv6 пакети;
- роля на възел (Node) – използва се за устройства, които могат да получават или изпращат само IPv6 пакети; имат функция за откриване на услуги и имат IPSS услуга, която позволява на рутерите да откриват това устройство;

Устройствата с ролята на рутер, които трябва да се свържат с друг рутер, могат да имат ролята на хост.

Колкото и да е странно, предаването на IPv6 пакети не е част от спецификацията на профила и е посочено в IETF RFC „Предаване на IPv6 пакети през Bluetooth Low Energy“. Този документ идентифицира още един интересен момент, а именно, че при предаване на IPv6 пакети се използва стандартът 6LoWPAN - това е стандарт за взаимодействие с помощта на протокола IPv6 през безжични персонални мрежи с ниска мощност на стандарта IEE 802.15.4.

Погледни снимката:


Профилът указва, че IPSS, GATT и ATT се използват само за откриване на услуга, а GAP се използва само за откриване на устройство и установяване на връзка.

Но този, маркиран в червено, просто означава, че предаването на пакети не е включено в спецификацията на профила. Това позволява на програмиста да напише собствена реализация на предаване на пакети.

3. Подобрена поверителност и сигурност.

Една от отговорностите на мениджъра по сигурността (SM) е да сдвои две устройства. Процесът на сдвояване създава ключове, които след това се използват за криптиране на комуникации. Процесът на сдвояване се състои от 3 фази:

• обмен на информация относно методите за сдвояване;
• генериране на краткосрочни ключове (Short Term Key (STK));
• обмен на ключове.

Във версия 4.2 фаза 2 беше разделена на 2 части:

• генериране на краткосрочни ключове (Short Term Key (STK)), наречени „LE legacy pairing“
• генериране на дългосрочни ключове (Long Term Key (LTK)), наречени „LE Secure Connections“

В тази връзка, в допълнение към 3-те съществуващи функции, още 5 функции се появиха в криптографския инструментариум на мениджъра за сигурност и тези 5 се използват само за обслужване на новия процес на сдвояване „LE Secure Connections“. Тези функции генерират:

• LTK и MacKey;
• потвърдителни променливи;
• променливи за проверка на автентикацията;
• 6-цифрени числа, използвани за показване на свързани устройства.

Всички функции използват алгоритъма за криптиране AES-CMAC със 128-битов ключ.

Така че, ако по време на сдвояване във 2-ра фаза, използвайки метода „LE legacy pairing“, са генерирани 2 ключа:

• Временен ключ (TK): 128-битов временен ключ, използван за генериране на STK;
• Краткосрочен ключ (STK): 128-битов временен ключ, използван за криптиране на връзката

след това с помощта на метода „LE Secure Connections“ се генерира 1 ключ:

• Дългосрочен ключ (LTK): 128-битов ключ, използван за криптиране на последващи връзки.

В резултат на тази иновация получихме:

• предотвратяване на проследяването, т.к Сега, благодарение на „Числово сравнение“, е възможно да контролирате възможността за свързване с вашето устройство.
• подобряване на енергийната ефективност, т.к вече не изисква допълнителна енергия за повторно генериране на ключове при всяка връзка.
• Индустриално стандартно криптиране за осигуряване на чувствителни данни.

Колкото и странно да звучи, с подобряването на безопасността ние подобрихме енергийната ефективност.

4. Възможно ли е вече да се докосне?

Да, имам.
NORDIC Semiconductor пусна "nRF51 IoT SDK", който включва стек, библиотеки, примери и API за устройства от серията nRF51. Това включва:

• чипове nRF51822 и nRF51422;
• nRF51 DK;
• nRF51 ключ;
• nRF51822 EK.