Bluetooth — apibrėžimas: belaidis ryšys, standartai ir naudojimas

Sužinokite viską apie Bluetooth: kaip veikia belaidis ryšys, pagrindiniai standartai, sauga ir pritaikymas ausinėms, pelėms bei spausdintuvams.

"Bluetooth" yra belaidžio ryšio trumpais atstumais protokolas, skirtas keistis duomenimis ir sukurti bevielius ryšius tarp įvairių įrenginių. Jis pradėtas kurti 1990‑aisiais (įmonėje Ericsson, vėliau pavadintas pagal vikingų karalių Haraldą Bluetooth) siekiant sumažinti laidų kiekį kasdienėje įrangoje. Vėliau buvo įkurta Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), kurioje dalyvauja tokios kompanijos kaip mobilieji telefonai, didieji gamintojai ir kiti suinteresuoti dalyviai, formuojantys standartą.

Kaip veikia ir kokius prietaisus sujungia

„Bluetooth“ leidžia mobiliesiems telefonams, nešiojamiems kompiuteriams, asmeniniams kompiuteriams, spausdintuvams, skaitmeniniams fotoaparatams ir vaizdo žaidimų konsolėms prisijungti vienas prie kito ir keistis informacija naudodamas radijo bangas. Ryšys įprastai vyksta saugiai naudojant autentifikaciją ir šifravimą, o veikimo atstumas priklauso nuo įrenginių klasės — įprastai keliolika metrų (pvz., ausinės ant kišenėje esančio telefono ar kompiuterio pelės, klaviatūros ar spausdintuvo prijungimui).

Dažnių juosta ir trikdžiai

Bluetooth prietaisai naudoja ISM dažnių juostą apie 2,4 GHz. Šią juostą galima naudoti visame pasaulyje be licencijos mokesčio, todėl ją naudoja ir daugelis kitų prietaisų, pavyzdžiui, DECT telefonai (belaidžiai telefonai), išmaniosios RFID žymos ar kūdikių stebėjimo įrenginiai. Dėl to gali kilti trukdžių — tam Bluetooth naudoja dažno peršokimo mechanizmus, kad sumažintų sąveiką su kitais signalais. Bluetooth iš esmės naudoja kitokį moduliavimą nei kai kurie WLAN, tačiau dalijasi ta pačia 2,4 GHz juosta.

Technologiniai sprendimai ir versijos

Per laiką atsirado kelios Bluetooth versijos, skirtos skirtingoms reikmėms:

• Classic/BR/EDR (Basic Rate / Enhanced Data Rate) – tradicinis „Bluetooth“, skirtas garso transliacijoms, failų mainams ir periferijoms. EDR padidino brutos greitį iki kelių megabitų (reali sparta praktiškai dažniausiai 1–3 Mbit/s).
• Bluetooth Low Energy (BLE) – pridėtas nuo 4.0, skirtas mažai energijos reikalaujančioms IoT ir nepertraukiamoms stebėjimo aplikacijoms; pasižymi labai mažomis energijos sąnaudomis ir trumpais duomenų perdavimo seansais.
• Bluetooth 4.x, 5.x ir naujesnės – BLE patobulinimai: BLE 4.2 geresnis duomenų srautui ir saugumui; Bluetooth 5 pristatė didesnę spartos galimybę (iki 2 Mbps), ilgesnį veikimo atstumą naudojant koduotą PHY ir geresnę pralaidumo / atstumo konfigūraciją; 5.1 pridėjo krypties nustatymą (AoA/AoD), 5.2 įvedė LE Audio ir naują garso kodeką LC3.

Greičiai ir praktiškas našumas

Nurodytos teorinės vertės (pvz., 1–3 MBit/s klasikinėje „Bluetooth“ versijoje) dažnai skiriasi nuo realaus perdavimo greičio, nes įtaką daro protokolų režija, paketo viršgalviai, trukdžiai ir krypties režimas. BLE „nykštukinėms“ aplikacijoms svarbu ne tiek didžiausias bps, kiek energijos efektyvumas ir trumpi ryšio intervalai. Bluetooth 5 ir naujesnės versijos leidžia pasirinkti didesnį greitį arba didesnį atstumą, priklausomai nuo poreikio.

Tinklo struktūra ir ryšių valdymas

Bluetooth prietaisiai gali sudaryti mažas tinklo struktūras, vadinamas piconet: vienas įrenginys yra „master“, kiti – „slave“, ir piconet gali turėti iki 7 aktyvių įrenginių (reali praktika leidžia ir daugiau per hibridinius sprendimus). Taip pat apibrėžiama scatternet idėja, kai keli piconet yra tarpusavyje susieti, tačiau tai retai naudojama komercinėse aplikacijose. Dažnių peršokimo sklaidos spektro (FHSS) mechanizmas ir adaptacinis dažnių vengimas (AFH) padeda sumažinti trukdžius iš WLAN ir kitų 2,4 GHz įrenginių.

Sauga ir poravimas (pairing)

Bluetooth turi keletą poravimo ir saugumo mechanizmų. Ankstesnėse versijose buvo naudojami PIN kodai ir E0 šifravimas; naujesnėse – Secure Simple Pairing (SSP) ir LE Secure Connections (naudojantys elliptinių kreivių kriptografiją). Poravimo režimai:

• Just Works – paprastas, mažai saugus, tinkamas neatskleidžiamoms aplikacijoms;
• Passkey Entry / Numeric Comparison – leidžia patikrinti identifikacijas per ekraną ir klaviatūrą;
• LE Secure Connections – aukštesnis saugumo lygis BLE įrenginiams.

Tačiau svarbu atnaujinti įrenginių programinę įrangą, nes ankstesnės pažeidžiamybės (pvz., „BlueBorne“) rodė, kad pasenę įrenginiai gali būti pažeidžiami. Šifravimas ir autentifikavimas yra būtini, ypač kai perduodami jautrūs duomenys.

Profiliai ir tipiniai panaudojimo scenarijai

Bluetooth sistema palaiko daugybę profilų, kurie apibrėžia, kaip konkretus paslaugas teikiantis įrenginys bendrauja:

• A2DP – stereo garso srautas į ausines ir garsiakalbius;
• HFP / HSP – telefoninio laisvų rankų įrangos kontrolė;
• AVRCP – garso įrenginių valdymas (groti / sustabdyti / keisti takelius);
• HID – pelėms, klaviatūroms ir kitiems įvesties įrenginiams;
• SPP – „serial“ ryšio emuliacija;
• GATT / ATT – pagrindinis BLE duomenų modelis, naudojamas IoT jutikliams, sveikatos stebėjimo įrenginiams ir kt.;
• Bluetooth Mesh – tinklo topologija masinėms IoT paskirstytoms sistemoms (apšvietimas, jutikliai, automatikos valdymas).

Veikimo atstumas ir galios klasės

Bluetooth įrenginių veikimo atstumas priklauso nuo galios klasės ir sąlygų:

• Class 1 – iki ~100 m (maks. galia iki ~100 mW / 20 dBm) – dažniausiai pramoniniuose įrenginiuose;
• Class 2 – apie 10 m (dažniausiai mobiliuosiuose telefonuose, ausinėse) – ~2.5 mW / 4 dBm;
• Class 3 – iki ~1 m (retai naudojama) – maža galia.

Realus atstumas priklauso nuo kliūčių (sienos, žmonės), trikdžių ir antenų kokybės.

Praktiniai patarimai ir ateities tendencijos

• Jei norite stabilumo greta WLAN, ieškokite įrenginių palaikančių AFH arba Bluetooth 5, kurie geriau valdo trikdžius.
• Ausinėms ar garso įrenginiams rinkitės įrenginius su palaikomu profiliu (pvz., A2DP, aptX, LE Audio su LC3), kad gautumėte geresnę garso kokybę ir mažesnį energijos suvartojimą.
• Įdiekite atnaujinimus – saugumo spragos dažnai taisomos per programinę įrangą.
• BLE yra geriausias pasirinkimas mažos galios jutikliams ir IoT taikomosioms programoms; klasikinis Bluetooth – garbės perkeliamoms aukštos kokybės garso srautinėms ar kitoms didelės trukmės ryšio užduotims.

Apibendrinant, "Bluetooth" yra universali, plačiai paplitusi belaidžio ryšio technologija, tinkama tiek kasdieniams vartotojiškiems prietaisams, tiek pramoniniams ar IoT sprendimams. Ji nuolat vystoma: naujos versijos gerina spartą, atstumą, energijos efektyvumą ir saugumą, todėl „Bluetooth“ lieka viena svarbiausių trumpo nuotolio bevielio ryšio technologijų.

"Bluetooth" ir belaidžio LAN palyginimas

Šiandien yra daugybė situacijų, kai galima naudoti "Bluetooth" arba belaidžius LAN. Pavyzdžiui, galima kurti tinklus, spausdinti arba perkelti failus ir duomenis iš kišeninio kompiuterio į kompiuterį. Abi šios technologijos yra nelicencijuotos belaidžio ryšio technologijos versijos. WLAN gali apimti didesnius atstumus ir pasižymi didesniu pralaidumu. "Bluetooth" nereikia brangios aparatinės įrangos. Be to, jai veikti reikia mažiau energijos. ^[]

Abiem atvejais naudojamas tas pats radijo dažnių diapazonas, tačiau skiriasi moduliavimo būdai. Abu jie buvo sukurti siekiant pakeisti kabelius. "Bluetooth" norėjo atsikratyti periferinės įrangos kabelių, o WLAN norėjo atsikratyti kabelių, reikalingų LAN sukurti. ^[]

"Bluetooth" įrenginiai

"Bluetooth" yra daugelyje gaminių, pavyzdžiui, telefonuose, "Wii" ar "PlayStation 3". Pastaruoju metu ji įdiegta kai kuriuose elektroniniuose laikrodžiuose, modemuose ir ausinėse. Ši technologija naudinga perduodant informaciją tarp dviejų ar daugiau prietaisų, esančių netoli vienas kito, esant mažam duomenų srauto pralaidumui. "Bluetooth" dažniausiai naudojama garso duomenims perduoti telefonais (t. y. "Bluetooth" ausinėmis) arba baitų duomenims perduoti rankiniais kompiuteriais (perduodant failus).

"Bluetooth" naudoja protokolus, kurie leidžia lengvai aptikti netoliese esančius prietaisus ir užmegzti ryšį tarp šių prietaisų. "Bluetooth" prietaisai gali reklamuoti visas savo teikiamas paslaugas. Naudotis paslaugomis tampa paprasčiau; daugelis nustatymų, susijusių su saugumu, tinklu ar leidimais, atliekami automatiškai.

Belaidis LAN

WLAN labiau primena tradicinius LAN. Reikia daugiau konfigūracijos, kad būtų galima sukurti tinklą ir padaryti išteklius prieinamus kitiems tinklo įrenginiams. Be to, WLAN įrenginiai naudoja daugiau energijos nei "Bluetooth" įrenginiai. Kartais WLAN tinklai vadinami belaidžiu eternetu. WLAN reikia daugiau išteklių konfigūruoti, tačiau jie taip pat užtikrina didesnį duomenų perdavimo greitį. Saugumas taip pat yra geresnis nei "Bluetooth" teikiamas saugumas.

"Bluetooth" USB raktas, kurio veikimo nuotolis - 100 m.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra "Bluetooth"?

K: Kokiu atstumu gali pasiekti "Bluetooth" signalas?

K: Kokios yra tipinės "Bluetooth" taikymo sritys?

K: Kokią dažnių juostą naudoja "Bluetooth"?

K: Kaip jis lyginamas su WLAN?

K: Ar yra kitų įrenginių, kurie taip pat naudoja šią dažnių juostą?

K.: Kokia duomenų perdavimo sparta šiuo metu galima naudotis naudojant "Bluetooth"?

Paieška pagal raidę