À quelle fréquence le Bluetooth Smart fonctionne-t-il ? Normes Bluetooth de base. Origine du nom Bluetooth

Comment fonctionne le Bluetooth lors de l'utilisation d'ordinateurs, de systèmes de divertissement ou de téléphones équipés de cette connexion sans fil universelle.

L'utilisation du Bluetooth se produit lorsque les appareils doivent interagir les uns avec les autres sans utiliser divers fils, câbles, signaux radio, rayons infrarouges et lumière. Avec cette connexion, divers connecteurs, fiches et l'installation de protocoles d'appairage ne sont pas nécessaires.

Il existe de nombreuses façons différentes de connecter des appareils électroniques les uns aux autres, et cela devient chaque jour de plus en plus complexe à mesure de son évolution. Mais la connexion via Bluetooth est la plus simple en termes de fonctionnement.

Comment fonctionne le Bluetooth

Connexion via Bluetooth est sans fil et automatique, et possède un certain nombre de fonctionnalités intéressantes qui peuvent faciliter l'utilisation de ce type de connexion. Lorsque deux appareils doivent échanger des informations, ils doivent se mettre d’accord sur un certain nombre de points avant que l’échange puisse commencer. Le premier point d'accord est physique : vont-ils « parler » par fil ou par une forme de signal sans fil ? S'ils utilisent des fils, combien en faut-il : un, deux, huit, 25 ? Une fois les attributs physiques résolus, quelques questions supplémentaires se posent :

• combien de données seront envoyées en une seule fois ? Par exemple, les ports série envoient des données 1 bit à la fois, tandis que les ports parallèles envoient plusieurs bits à la fois ;
• comment vont-ils échanger entre eux ? Toutes les parties participant à une discussion électronique doivent savoir ce que signifient les bits et le message qu'elles reçoivent est le message qui a été envoyé. Cela signifie le développement et la collecte de commandes et de réponses connues sous le nom de protocole d'interaction.

La connectivité Bluetooth est essentiellement une norme de réseau qui fonctionne à deux niveaux :

• assure la transmission au niveau physique via radiofréquence ;
• fournit un accord au niveau du protocole.

La connexion Bluetooth est sans fil, peu coûteuse et automatique. Il existe d'autres moyens de contourner les câbles, comme la communication infrarouge. L'infrarouge (IR) fait référence aux ondes lumineuses à une fréquence inférieure à celle que l'œil humain peut recevoir et interpréter. L'IR est utilisé dans la plupart des systèmes de télécommande de téléviseur. Les communications infrarouges sont assez fiables et peu coûteuses, mais présentent deux inconvénients. Premièrement, l’IR est une technologie de « visibilité directe ». Le deuxième inconvénient concerne les restrictions de vitesse. Comme avantage, les interférences entre appareils sont rares.

Transfert via Bluetooth

Transfert via Bluetooth n'a pas les problèmes des systèmes IR : seulement une ligne de vue et une limitation de vitesse.

Plus la norme est ancienne, plus la vitesse maximale pouvant être transmise est élevée. La norme 1.0 a un taux de transfert de données maximum de 1 mégabits par seconde (Mbps), tandis que la norme 2.0 peut gérer jusqu'à 3 Mbps. (2.0 et versions antérieures sont rétrocompatibles avec les appareils 1.0), Bluetooth 3.0 jusqu'à 24 Mbps, Bluetooth 4.0. vitesse – jusqu’à 30 Mbit/s, Bluetooth 5.0. vitesse – jusqu'à 60 Mbit/s

Ces réseaux de communications sans fil transmettent des données via des ondes radio de faible puissance à une fréquence de 2,45 gigahertz (en réalité entre 2,402 GHz et 2,480 GHz).

Cette bande de fréquences est attribuée sur la base d'un accord international pour l'utilisation d'appareils industriels, scientifiques et médicaux (ISM). Une méthode pour ne pas interférer avec d'autres systèmes consiste à émettre des signaux faibles et à ne pas obstruer - environ 1 mW.

A titre de comparaison, les téléphones portables les plus puissants peuvent transmettre un signal allant jusqu'à 3 W.

La faible puissance limite la portée des appareils dotés de ce système à 10 mètres, de sorte que les risques d'interférences entre le système informatique et le téléphone ou le téléviseur sont faibles. Même à faible consommation, l’utilisation du Bluetooth ne nécessite pas de visibilité directe entre les appareils en interaction. Les murs de la maison n'interfèrent pas avec le signal, ce qui rend la norme utile pour contrôler plusieurs appareils dans différentes pièces. Avec ce système, vous pouvez connecter jusqu'à huit appareils simultanément.

La norme utilise une technologie appelée saut de fréquence à spectre étalé, qui la rend insensible aux interférences.

Dans cette technologie, les émetteurs changent de fréquence 1 600 fois par seconde, ce qui signifie que grand nombre les appareils peuvent utiliser pleinement la bande passante limitée du spectre radio.

Étant donné que chaque connexion Bluetooth utilise automatiquement un spectre étalé, il est peu probable que deux émetteurs soient sur la même fréquence en même temps. Le même algorithme minimise le risque que les téléphones ou les écouteurs interfèrent avec les appareils, puisque toute interférence à une certaine fréquence ne durera qu'une infime fraction de seconde. Lorsque des appareils compatibles Bluetooth sont connectés, l'utilisateur n'a pas besoin d'appuyer sur un bouton ou de donner une commande : l'appairage électronique s'effectue automatiquement. Une fois la connexion des appareils effectuée, une partie du système informatique forme un réseau. P. transmission via Bluetooth crée un réseau personnel (PAN), ou réseau public, qui peut remplir une pièce ou couvrir une courte distance, comme un téléphone portable à la ceinture et un casque sur la tête.

Sur les appareils basiques tels que les téléphones, haut-parleurs, casques, ordinateurs portables, il couvre une distance d'environ 10 mètres.

Différence Wifi et Bluetooth

Le Wi-Fi et le Bluetooth présentent de nombreuses différences en plus du principe d'interaction entre eux :

• différentes gammes de fréquences et protocoles d'appairage
• La portée de communication Bluetooth est plus courte
• la vitesse de transfert des informations, en raison du principe de fonctionnement, est inférieure pour Bluetooth
• nombre différent d'appareils fonctionnant simultanément
• consommation d'énergie et coût réduits, meilleure immunité au bruit des appareils Bluetooth.

Comment transférer via Bluetooth en toute sécurité

Comment transmettre via Bluetooth En tenant compte des différents modes de sécurité, les fabricants d'appareils déterminent quel mode activer pour prendre en charge le gadget. Dans presque tous les cas, il est possible d’installer des « appareils de confiance » capables de communiquer sans demander la permission. Les mesures de sécurité comprennent des procédures d'autorisation et d'identification qui limitent l'utilisation des services à l'utilisateur enregistré et obligent les utilisateurs à prendre la décision d'ouvrir un fichier particulier ou de transférer des données. La transmission via Bluetooth dans ces modes élimine ou rend improbable tout accès non autorisé. L'utilisateur peut également simplement passer en mode « furtif » et éviter complètement de se connecter à d'autres appareils. La sécurité informatique et l'utilisation du Bluetooth et du Wi-Fi sont un résultat inévitable de l'innovation technologique et les fabricants d'appareils publient constamment de nouveaux micrologiciels pour résoudre de nouveaux problèmes. ils surgissent.

Bluetooth 5.0 est devenu une réalité. Par rapport au Bluetooth 4.0, la nouvelle version a deux fois la capacité, quatre fois la portée et un certain nombre d'autres améliorations. Examinons les avantages du Bluetooth 5.0 par rapport à ses prédécesseurs, avec un exemple Processeur CC2640R2F depuis Texas Instruments.

La popularité de la version du protocole Bluetooth 4, ainsi que certaines de ses limites, ont motivé la création de la prochaine spécification Bluetooth 5. Les développeurs se sont fixés un certain nombre d'objectifs : élargir la portée, augmenter le débit lors de l'envoi de paquets de diffusion. , améliorant l'immunité au bruit, etc.

Maintenant que les premiers appareils dotés de Bluetooth 5 ont commencé à apparaître, les utilisateurs et les développeurs se posent à juste titre des questions : lesquelles des promesses énoncées précédemment sont devenues réalité ? Dans quelle mesure la portée et la vitesse de transfert des données ont-elles augmenté ? Comment cela a-t-il affecté les niveaux de consommation ? Comment l’approche de génération de paquets de diffusion a-t-elle changé ? Quelles améliorations ont été apportées pour améliorer l’immunité au bruit ? Et, bien sûr, la question principale est la suivante : existe-t-il une compatibilité ascendante entre Bluetooth 5 et Bluetooth 4 ? Répondons à ces questions et à quelques autres et examinons les principaux avantages du Bluetooth 5.0 par rapport à ses prédécesseurs, notamment en utilisant l'exemple d'un vrai processeur avec prise en charge Bluetooth 5.0 produit par l'entreprise. Texas Instruments.

Commençons notre examen de Bluetooth 5.0 en répondant à la question la plus fréquemment posée sur la rétrocompatibilité avec Bluetooth 4.x

Le Bluetooth 5.0 est-il rétrocompatible avec le Bluetooth 4.x ?

Oui, c'est le cas. Bluetooth 5 adopte la plupart des fonctionnalités et extensions de Bluetooth 4.1 et 4.2. Par exemple, les appareils Bluetooth 5 conservent toutes les améliorations de sécurité des données de Bluetooth 4.2 et prennent en charge l'extension de longueur de données LE. Il convient de rappeler que grâce à l'extension de longueur de données LE, à partir de Bluetooth 4.2, la taille du paquet de données (packet data unit, PDU) lors d'une connexion établie peut être augmentée de 27 à 251 octets, ce qui permet d'augmenter la vitesse d'échange de données de 2,5 fois.

En raison du grand nombre de différences entre les versions de protocole, le mécanisme traditionnel de négociation des paramètres entre les appareils lors de l'établissement des connexions est conservé. Cela signifie qu'avant de commencer à échanger des données, les appareils « apprennent à se connaître » et déterminent la fréquence maximale de transmission des données, la longueur des messages, etc. Dans ce cas, les paramètres Bluetooth 4.0 sont utilisés par défaut. La transition vers les paramètres Bluetooth 5 n'a lieu que si, lors du processus d'appairage, il s'avère que les deux appareils prennent en charge une version ultérieure du protocole.

En parlant d'outils déjà disponibles pour les développeurs, il convient de noter le nouveau processeur CC2640R2F et le BLE5-Stack gratuit de Texas Instruments. Pour le plus grand plaisir des développeurs, BLE5-Stack est basé sur la version précédente de BLE-Stack, et les changements dans son utilisation n'ont affecté que les nouvelles fonctionnalités de Bluetooth 5.0.

Comment la vitesse de transfert des données a-t-elle augmenté dans Bluetooth 5 ?

Bluetooth 5 utilise une connexion sans fil avec des taux de transfert de données physiques allant jusqu'à 2 Mbps, soit deux fois plus rapide que Bluetooth 4.x. Il convient de noter ici que le taux d'échange effectif de données dépend non seulement du débit physique du canal de transmission, mais également du rapport entre le service et les informations utiles dans le paquet, ainsi que des coûts « généraux » associés, par exemple. , perte de temps entre les paquets (Tableau 1).

Tableau 1. Vitesse de communication pour différentes versionsBluetooth

Dans les versions Bluetooth 4.0 et 4.1, la bande passante physique du canal était de 1 Mbit/s, ce qui, avec une longueur de paquet de données PDU de 27 octets, permettait d'atteindre des taux d'échange allant jusqu'à 305 kbit/s. Bluetooth 4.2 a introduit l'extension de longueur de données LE. Grâce à lui, après avoir établi une connexion entre les appareils, il est devenu possible d'augmenter la longueur des paquets à 251 octets, ce qui a entraîné une augmentation de 2,5 fois la vitesse d'échange de données - jusqu'à 780 kbit/s.

La version 5 de Bluetooth conserve la prise en charge de LE Data Longueur Extension, qui, associée à une augmentation du débit physique à 2 Mbit/s, permet d'atteindre des vitesses d'échange de données allant jusqu'à 1,4 Mbit/s.

Comme le montre la pratique, une telle accélération du transfert de données n'est pas la limite. Par exemple, le microcontrôleur sans fil CC2640R2F est capable de fonctionner à des vitesses allant jusqu'à 5 Mbps.

Il convient de mentionner l’idée fausse répandue selon laquelle l’augmentation du débit jusqu’à 2 Mbit/s a été obtenue en réduisant la portée. Bien entendu, physiquement, la puce émetteur-récepteur (PHY) lorsqu'elle fonctionne à une fréquence de 2 Mbit/s a une sensibilité de 5 dBm en moins que lorsqu'elle fonctionne à une fréquence de 1 Mbit/s. Cependant, outre la sensibilité, il existe d'autres facteurs qui contribuent à augmenter la portée, par exemple la transition vers le codage des données. Pour cette raison, toutes choses égales par ailleurs, le Bluetooth 5 s'avère plus fiable et a une portée plus longue que le Bluetooth 4.0. Ceci est discuté en détail dans l’une des sections suivantes de l’article.

Comment activer le mode de transfert de données haut débit dans Bluetooth 5 ?

Lors de l'établissement d'une connexion entre deux appareils Bluetooth, les paramètres Bluetooth 4.0 sont initialement utilisés. Cela signifie que dans un premier temps, les appareils échangent des données à une vitesse de 1 Mbit/s. Une fois la connexion établie, le maître compatible Bluetooth 5.0 peut commencer la procédure de mise à jour PHY, dont l'objectif est d'établir une vitesse maximale de 2 Mbps. Cette opération ne réussira que si l'esclave prend également en charge Bluetooth 5.0. Sinon, le débit reste à 1 Mbit/s.

Pour les développeurs qui ont déjà utilisé le BLE-Stack de Texas Instruments, la bonne nouvelle est que le nouveau BLE5-Stack dispose d'une seule fonction dédiée à l'exécution de cette procédure, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(). Ainsi, lors du passage à Bluetooth 5.0, les utilisateurs de produits TI n'auront aucun problème avec l'initialisation initiale. Un exemple publié sur le portail GitHub sera également utile pour les développeurs, qui vous permettra d'évaluer le fonctionnement de deux microcontrôleurs CC2640R2F fonctionnant dans le cadre des LaunchPads CC2640R2 en modes haute vitesse et longue portée.

Comment la portée du Bluetooth 5 a-t-elle augmenté ?

La spécification Bluetooth 5.0 indique que la portée est quatre fois supérieure à celle du Bluetooth 4.0. Il s’agit d’une question plutôt subtile qui mérite d’être étudiée plus en détail.

Premièrement, le concept de « quatre temps » est relatif et n'est pas lié à une plage spécifique en mètres ou en kilomètres. Le fait est que la portée de transmission radio dépend fortement d'un certain nombre de facteurs : l'état de l'environnement, le niveau d'interférence, le nombre d'appareils émettant simultanément, etc. Par conséquent, aucun fabricant, ni le développeur de la norme Bluetooth SIG lui-même, ne fournissent de valeurs spécifiques. L'augmentation de la portée se mesure par rapport au Bluetooth 4.0.

Pour une analyse plus approfondie, il est nécessaire d’effectuer quelques calculs mathématiques et d’estimer le bilan de puissance du canal radio. Lors de l'utilisation de valeurs logarithmiques, le budget du canal radio (dB) est égal à la différence entre la puissance de l'émetteur (dBm) et la sensibilité du récepteur (dBm) :

Budget canal radio = puissanceTX(dBm) – sensibilitéR X(dBm)

Pour Bluetooth 4.0, la sensibilité standard du récepteur est de -93 dBm. Si nous supposons que la puissance de l’émetteur est de 0 dBm, alors le budget est de 93 dB.

Quadrupler la portée nécessiterait une augmentation du budget de 12 dB, ce qui donnerait une valeur de 105 dB. Comment cette valeur est-elle censée être atteinte ? Il existe deux manières :

• augmenter la puissance de l'émetteur ;
• augmenter la sensibilité des récepteurs.

Si vous suivez la première voie et augmentez la puissance de l'émetteur, cela entraînera inévitablement une augmentation de la consommation. Par exemple, pour le CC2640R2F, le passage à une puissance de sortie de 5 dBm entraîne une augmentation de la consommation de courant à 9 mA (Figure 1). À 10 dBm, le courant augmentera jusqu'à 20 mA. Cette approche n’est pas attrayante pour la plupart des appareils sans fil alimentés par batterie et n’est pas toujours adaptée à l’IoT, domaine auquel le Bluetooth 5.0 était principalement destiné. C’est pour cette raison que la deuxième solution semble préférable.

Pour augmenter la sensibilité du récepteur, deux méthodes sont proposées :

• réduction de la vitesse de transmission ;
• utilisation du codage des données PHY codées.

Réduire le débit de données d'un facteur huit augmente théoriquement la sensibilité du récepteur de 9 dB. Ainsi, la valeur souhaitée n'est que de 3 dB courte.

Les 3 dB requis peuvent être obtenus en utilisant un codage PHY codé supplémentaire. Auparavant, dans les versions Bluetooth 4.x, le codage binaire était sans ambiguïté 1:1. Cela signifie que le flux de données a été directement envoyé au démodulateur différentiel. Dans Bluetooth 5.0, lors de l’utilisation de Coded PHY, il existe deux formats de transmission supplémentaires :

• avec un codage 1:2, dans lequel chaque bit de données est associé à deux bits du flux de données radio. Par exemple, un « 1 » logique est représenté comme une séquence de « 10 ». Dans ce cas, la vitesse physique reste égale à 1 Mbit/s, et la vitesse réelle de transfert de données chute à 500 kbit/s.
• Avec encodage 1:4. Par exemple, un « 1 » logique est représenté par la séquence « 1100 ». Le débit de transfert de données est réduit à 125 kbit/s.

L'approche décrite est appelée Forward Error Correction (FEC) et permet de détecter et de corriger les erreurs du côté réception, plutôt que de nécessiter la retransmission des paquets, comme c'était le cas dans Bluetooth 4.0.

Sur le papier, tout semble bon. Il ne reste plus qu'à savoir comment ces calculs théoriques correspondent à la réalité. A titre d'exemple, prenons le même microcontrôleur CC2640R2F. Grâce à diverses améliorations et aux nouveaux modes de modulation Bluetooth 5.0, l'émetteur-récepteur de ce processeur a une sensibilité de -97 dBm à 1 Mbps et de -103 dBm lors de l'utilisation de Coded PHY et 125 kbps. Ainsi, dans ce dernier cas, il ne manque que 2 dBm au niveau de 105 dB.

Pour évaluer la portée du CC2640R2F, les ingénieurs de Texas Instruments ont mené une expérience sur le terrain à Oslo. Dans le même temps, du point de vue du niveau sonore, l'environnement de cette expérience ne peut pas être qualifié de « convivial », puisque le quartier commercial de la ville était à proximité immédiate.

Pour obtenir un bilan de puissance supérieur à 105 dB, il a été décidé d'augmenter la puissance d'émission à 5 dBm. Cela nous a permis d'atteindre une valeur finale impressionnante de 108 dBm (Figure 2). Lors de la réalisation de l'expérience, la portée était de 1,6 km, ce qui est un résultat très impressionnant, surtout compte tenu du niveau minimum de consommation des émetteurs radio.

Comment l’approche des messages diffusés via Bluetooth 5 a-t-elle changé ?

Auparavant, Bluetooth 4.x utilisait trois canaux de données dédiés pour établir des connexions entre les appareils (37, 38, 39). Avec leur aide, les appareils se sont retrouvés et ont échangé des informations de service. Il était également possible de transmettre des paquets de données diffusés via eux. Cette approche présente des inconvénients :

• avec un grand nombre d'émetteurs actifs, ces canaux peuvent simplement être surchargés ;
• De plus en plus d'appareils utilisent des messages diffusés sans établir de connexion point à point. Ceci est particulièrement important pour l’Internet des objets IoT ;
• le nouveau système de codage Coded PHY nécessitera huit fois plus de temps pour établir une connexion, ce qui chargera en outre les canaux de diffusion.

Pour résoudre ces problèmes dans Bluetooth 5.0, il a été décidé de passer à un schéma dans lequel les données sont transmises sur les 37 canaux de données et les canaux de service 37, 38, 39 sont utilisés pour transmettre des pointeurs. Le pointeur fait référence au canal sur lequel le message diffusé sera transmis. Dans ce cas, les données ne sont transmises qu'une seule fois. En conséquence, il est possible de soulager considérablement la charge sur les canaux de service et d'éliminer ce goulot d'étranglement.

Il convient également de noter que désormais la longueur des données d'un paquet de diffusion peut atteindre 255 octets au lieu de 6...37 octets PDU dans Bluetooth 4.x. Ceci est extrêmement important pour les applications IoT, car cela permet de minimiser les frais de transmission et d’éliminer les connexions, réduisant ainsi la consommation.

Bluetooth 5 prend-il en charge les réseaux maillés ?

Solutions Texas Instruments pour Bluetooth 5

L'un des tout premiers microcontrôleurs dotés de Bluetooth 5.0 était le processeur hautes performances CC2640R2F fabriqué par Texas Instruments.

Le CC2640R2F est construit sur un cœur ARM Cortex-M3 32 bits moderne avec une fréquence de fonctionnement allant jusqu'à 48 MHz. Le fonctionnement de l'émetteur radio est contrôlé par le deuxième cœur ARM Cortex-M0 32 bits (Figure 3). De plus, le CC2640R2F dispose de riches périphériques numériques et analogiques.

L'avantage du microcontrôleur CC2640R2F est également son faible niveau de consommation (Tableau 2). Ceci s'applique à tous les modes de fonctionnement. Par exemple, en mode actif, lors de la réception de données sur un canal radio, la consommation est de 5,9 mA et lors de la transmission de 6,1 mA (0 dBm) ou 9,1 mA (5 dBm). Lors du passage en mode veille, le courant d'alimentation chute complètement à 1 µA.

La combinaison de trois qualités importantes telles que la prise en charge du Bluetooth 5.0, la faible consommation et les performances de pointe élevées font du CC2640R2F une solution très intéressante pour l'Internet des objets. Parallèlement, grâce à ce microcontrôleur, vous pouvez créer toute la gamme des appareils IoT : des capteurs autonomes qui fonctionnent plusieurs années avec une seule batterie, des ponts entre un processeur de contrôle supplémentaire et un canal Bluetooth 5.0, des applications complexes qui nécessitent une puissance de calcul élevée. .

Tableau 2. Consommation du microcontrôleur sans filCC2640 R.2 Favec soutienBluetooth5

Pour démarrer rapidement avec le CC2640R2F, Texas Instruments a préparé un kit de développement traditionnel (Figure 4). En utilisant quelques appareils de ce type, vous pouvez évaluer la vitesse et la portée de la transmission radio via Bluetooth 5.0. Pour ce faire, vous pouvez utiliser des exemples prêts à l'emploi ou créer votre propre application basée sur le protocole gratuit BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).

Conclusion

La nouvelle version du protocole Bluetooth 5.0 vise une conformité maximale aux besoins de l'Internet des objets (IoT). Par rapport à la version Bluetooth 4.0, elle présente un certain nombre d'améliorations qualitatives :

• la vitesse de transfert des données a doublé et atteint 2 Mbit/s ;
• la portée de transmission a été multipliée par quatre grâce au codage des données Coded PHY et Forward Error Correction (FEC) ;
• Le débit des messages diffusés a été multiplié par 8.

De plus, Bluetooth 5.0 offre une compatibilité descendante avec les appareils Bluetooth 4.x et prend également en charge la plupart des extensions des versions ultérieures du protocole.

Vous pouvez désormais évaluer les capacités de Bluetooth 5.0 à l’aide des outils produits par Texas Instruments. La société produit un microcontrôleur CC2640R2F hautes performances et basse consommation, fournit une pile BLE 5 1.0 gratuite et de nombreux exemples prêts à l'emploi pour le kit de débogage LAUNCHXL-CC2640R2.

Littérature

1. FAQ sur les spécifications principales Bluetooth 5.0. 2016. BluetoothSIG.

Quoi de neuf dans Bluetooth 5.0 ? Une vitesse multipliée par deux, la possibilité de crypter le trafic, une portée augmentée de 400 % et bien d'autres avantages.

La nouvelle de l'apparition du Bluetooth 5.0 a éclaté sur les pages des ressources médiatiques en juin 2016, mais le public, occupé par des choses plus importantes, n'a pas prêté l'attention voulue à l'émergence d'un nouveau standard technologique dans le monde des communications sans fil. Les appareils basés sur Bluetooth 5.0 n’étaient pas encore commercialisés à cette époque. En mai 2017, après la sortie du Samsung Galaxy S8 et du Xiaomi Mi 6, les gens ont commencé à parler de la nouvelle spécification d'une manière complètement différente. Après tout, Bluetooth 5.0 a présenté aux consommateurs plusieurs avantages tant attendus, dont nous parlerons dans cet article.

Bonne nouvelle pour les développeurs

Coexistence sans fil – rappelez-vous ce terme. Cela va bientôt changer toute la structure des communications sans fil. Le groupe d'intérêt spécial Bluetooth promet des niveaux d'interopérabilité jamais vus auparavant avec d'autres protocoles de communication. On nous promet même une coexistence parallèle et sans conflit du Bluetooth et du Wi-Fi.

La spécification 5.0 suppose un fonctionnement en paquets de 255 octets (au lieu de 31 paquets comme dans la version précédente) et une transition vers des fréquences adjacentes sans perte d'octets de trafic. La bande de 2,4 GHz, encombrée de bits et d'octets, permettra aux consommateurs, aux programmeurs et même aux systèmes d'exploitation et aux puces de mieux respirer.

Les développeurs pourront affiner les produits logiciels ; les fabricants commenceront à intégrer des modules Bluetooth 5.0 même dans les fers et les aspirateurs. Et les systèmes d'exploitation cesseront de surcharger les processeurs, essayant d'organiser le travail d'organisation du trafic détruit. Les analystes affirment que ce sera le début de « l’Internet des objets » dont tous les futurologues parlent depuis si longtemps.

À quoi s'attendre en tant que consommateur

Pour l’utilisateur moyen d’appareils Bluetooth, l’apparition de la spécification 5.0 est intéressante pour deux raisons. Premièrement, la nouvelle norme augmente de 2 fois la vitesse d'échange de fichiers. Deuxièmement, le rayon d'action augmente de 4 fois.

En chiffres, cela sonne encore mieux : la vitesse du Bluetooth 5.0 est passée à 2 Mbit/s et la portée passe à 100 mètres. Vous pouvez désormais écouter des morceaux avec une qualité sonore élevée même si votre smartphone est dans la maison et que vous êtes à l'extérieur avec un haut-parleur ou des écouteurs sans fil.

De plus, le nouveau protocole permet non seulement d'augmenter la portée - Bluetooth 5.0 est prêt à fonctionner non pas avec une seule source, mais avec plusieurs à la fois. Et la consommation d'énergie de ce processus sera nettement inférieure à celle des versions précédentes de modules de communication sans fil. En termes simples, Bluetooth 5.0 économisera la batterie de votre smartphone et de votre haut-parleur mobile.

Une autre bonne nouvelle est la possibilité de crypter le trafic transmis sur le canal Bluetooth. Les développeurs et les fabricants parlent déjà de remplacer la laisse courte NFC par un protocole plus avancé qui transformera un smartphone en un remplacement à part entière d'une carte bancaire.

Certes, tous ces avantages ne sont encore accessibles qu'à quelques propriétaires d'appareils mobiles.

Smartphones avec Bluetooth 5.0

À l’heure actuelle, vous ne pouvez acheter que trois appareils dotés de la connectivité Bluetooth 5.0. Ce sont des smartphones et . Pour l'instant, la nouvelle spécification n'est implémentée que sur les produits phares, donc pour avoir le droit d'utiliser toutes les innovations de Bluetooth 5.0, vous devrez payer entre 500 et 1 000 dollars américains.

Dans la seconde quinzaine de mai, un smartphone haut de gamme rejoindra la gamme des produits phares de Samsung et Xiaomi, dont la spécification officielle comprend une nouvelle norme de communication sans fil. Cette fois, pour bénéficier des avantages du Bluetooth 5.0, vous devrez débourser entre 650 et 750 euros, selon le lieu de vente du nouveau smartphone HTC.

Au début de l'été, environ un an après l'annonce du Bluetooth 5.0, un autre produit phare doté d'une nouvelle spécification de communication sans fil apparaîtra sur le marché. Le coût estimé de l'appareil japonais sera de 800 dollars américains.

À long terme, les analystes prédisent l'apparition d'une cinquième spécification dans le Samsung Galaxy Note 8 et le nouveau Google Phone de la gamme Pixel. Mais le Bluetooth 5.0 ne sera pas installé sur les téléphones portables bon marché avant très longtemps. Le fait est que cette spécification doit être prise en charge par les chipsets. Parmi les solutions peu coûteuses, malheureusement, aucun processeur ne possède encore de telles capacités.

La transmission des données via Bluetooth s'effectue à une fréquence de 2,4 GHz. Cette gamme est divisée en 79 canaux. Dans le même temps, chacun d’eux dispose d’une bande passante de 1 MHz. Toutes les spécialisations disponibles utilisent la communication synchrone ou asynchrone.

Dernières modifications (principales)

Bluetooth 2.0

Lancé en novembre 2004, Bluetooth 2.0 offre des vitesses de transfert de données encore plus rapides et est également rétrocompatible avec les versions précédentes. L'augmentation de la vitesse est assurée grâce à l'utilisation de la technologie EDR. Sa vitesse indiquée est 3 Mbit/s.Cependant, comme le montre la pratique, grâce à cette technologie, la vitesse maximale de transfert de données n'atteint que2,1 Mbit/s. Dans la version 2.0, il a été possible d'obtenir non seulement une vitesse améliorée, mais également une immunité au bruit considérablement accrue, ce qui a finalement contribué à réduire les coûts énergétiques.

De plus, la version 2.0 se distingue par le fait qu’elle facilite la connexion de plusieurs appareils. Ceci a été réalisé grâce à une augmentation de la profondeur de bits d'adressage. Cela permettait non pas à 8 appareils, comme auparavant, de se connecter via le réseau local, mais à 256.

La spécification 2.0+EDR présente les fonctionnalités suivantes :

1. Accélère les vitesses de transfert de données Bluetooth 3 fois(en fait sur 2,1 Mbit/s).
2. L'ajout de bande passante supplémentaire a partiellement résolu le problème de la connexion simultanée de plusieurs appareils à Bluetooth.
3. La consommation d'énergie a diminué grâce à la réduction de la charge.

Bluetooth 3.0

La spécification Bluetooth 3.0 a été adoptée en 2009 et a créé une véritable sensation, puisque la vitesse de transfert de données lors de son utilisation atteint 24 Mbit/s. Cela est devenu possible grâce à l'utilisation de deux modules, l'un étant Bluetooth 2.0 standard et l'autre fonctionnant via le protocole 802.11, prenant en charge des vitesses allant jusqu'à 24 Mbit/s. Dans ce cas, le module sélectionné pour le transfert de données dépend de la taille du fichier. Ainsi, un canal lent est utilisé pour transférer les petits fichiers et un canal haut débit pour les gros.

Le principal côté négatif du Bluetooth 3.0 + HS est qu'il consomme trop d'énergie pendant le fonctionnement. Curieusement, cet inconvénient de la norme 3.0 est lié à sa vitesse élevée. Cependant, le standard 3.0 présente un avantage indéniable. Il s'agit notamment de la possibilité de travailler en utilisant le protocole 802.11 ou, plus simplement, le Wi-Fi. Grâce à cela, la vitesse de transfert des données a considérablement augmenté. En théorie, en utilisant la version 3.0, la vitesse de connexion devrait atteindre 54 Mbit/s.

Ainsi, grâce à la norme 3.0, il sera possible de pomper des données au format DVD dans les plus brefs délais. Cependant, selon les développeurs, la vitesse réelle du standard 3.0 est 22 à 26 Mbit/s.

Bluetooth 4.0

L'avantage du Bluetooth 4.0 par rapport à la spécification précédente est sa consommation d'énergie réduite. La vitesse de transfert de données lors de l'utilisation de la norme 4.0 atteint 1 Mbit/s(taille du paquet 8-27 octets). De plus, la vitesse de connexion des appareils compatibles avec la spécification 4.0 est réduite à 5 millisecondes et la distance sur laquelle la transmission de données est possible atteint 100 mètres. De plus, la norme 4.0 offre un niveau de sécurité suffisant, garanti par l'extension AES 128 bits.

Avantages du Bluetooth 4.0 :

1. Combine les protocoles précédents. Prend en charge les fonctions de base des protocoles précédents.
2. Vitesse accrue.
3. Une réduction significative de la consommation électrique d'un appareil utilisant la norme 4.0, obtenue grâce à un algorithme de fonctionnement modifié (l'émetteur n'est allumé qu'au moment du transfert des données).

Généralement, la norme 4.0 est plus adaptée aux capteurs électroniques miniatures. Par exemple, pour les tensiomètres et les thermomètres au poignet, pour les équipements d'exercice, divers appareils miniatures à faible consommation d'énergie.

L'une des tendances stables dans le développement des appareils mobiles est l'amélioration des communications sans fil, qui offrent la possibilité de se connecter à Internet, au réseau local, ainsi qu'à divers équipements périphériques (écouteurs, casques, systèmes de haut-parleurs, imprimantes, etc.) et d'autres gadgets à proximité. Les technologies de communication sans fil, ainsi que d'autres composants des appareils mobiles, évoluent constamment. De nouvelles versions de spécifications apparaissent, la bande passante augmente, l'ensemble des fonctions s'élargit, etc. Grâce à cela, un développement de haute qualité est assuré, sans lequel le progrès technique est impensable. Cependant, les progrès ont aussi un inconvénient : chaque année, il devient de plus en plus difficile pour les utilisateurs de comprendre quelle est la différence entre les différents modèles.

Habituellement, à partir d’une brève description d’un appareil mobile, on ne peut glaner que les noms des interfaces sans fil dont il est équipé. La spécification détaillée contient généralement des informations supplémentaires, notamment les versions des interfaces sans fil (par exemple, Wi-Fi 802.11b/g/n et Bluetooth 2.1). Cependant, cela ne suffit pas toujours pour apprécier pleinement les capacités de communication sans fil de l’appareil en question. Par exemple, pour comprendre si un périphérique particulier connecté via Bluetooth fonctionnera avec le smartphone ou la tablette dont vous disposez.

Dans cet article, nous parlerons de diverses nuances auxquelles vous devez prêter attention lors de l'évaluation des capacités des appareils équipés d'une interface Bluetooth.

Champ d'application

Une interface sans fil à courte portée, appelée Bluetooth, a été développée en 1994 par les ingénieurs de la société suédoise Ericsson. Depuis 1998, le Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), fondé par Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba, développe et promeut cette technologie. À ce jour, la liste des membres du Bluetooth SIG comprend plus de 13 000 entreprises.

L’introduction du Bluetooth dans les appareils grand public a commencé dans la première moitié de la dernière décennie. Actuellement, de nombreux modèles d'ordinateurs portables et d'appareils mobiles sont équipés d'adaptateurs Bluetooth intégrés. De plus, une large gamme de périphériques (casques sans fil, dispositifs de pointage, claviers, systèmes d'enceintes, etc.) équipés de cette interface sont en vente.

La fonction principale de Bluetooth est la création de réseaux dits personnels (Private Area Networks, PAN), qui offrent la possibilité d'échanger des données entre des ordinateurs de bureau et portables à proximité (au sein de la même maison, locaux, véhicule, etc.), des périphériques. et les appareils mobiles et Ave.

Les principaux avantages du Bluetooth par rapport aux solutions concurrentes sont la faible consommation d'énergie et le faible coût des émetteurs-récepteurs, ce qui lui permet d'être intégré même dans des appareils de petite taille dotés de batteries miniatures. De plus, les fabricants d'équipements sont exonérés du paiement des frais de licence pour l'installation d'émetteurs-récepteurs Bluetooth dans leurs produits.

Connecter des appareils

Grâce à l'interface Bluetooth, vous pouvez connecter deux ou plusieurs appareils à la fois. Dans le premier cas, la connexion s'effectue selon le schéma « point à point », dans le second - selon le schéma « point à multipoint ». Quel que soit le schéma de connexion, l'un des appareils est le maître, les autres sont des esclaves. L'appareil maître définit le modèle que tous les appareils esclaves utiliseront et synchronise également leur fonctionnement. Les appareils ainsi connectés forment un piconet. Un maître et jusqu'à sept appareils esclaves peuvent être combinés au sein d'un piconet (Fig. 1 et 2). De plus, il est possible d'avoir des appareils esclaves supplémentaires dans le piconet (plus de sept) qui ont un statut parqué : ils ne participent pas à l'échange de données, mais sont en synchronisation avec l'appareil maître.

Riz. 1. Diagramme piconet,
connecter deux appareils

Riz. 2. Schéma Piconet,
combiner plusieurs appareils

Plusieurs piconets peuvent être combinés dans un réseau distribué (scatternet). Pour ce faire, un appareil fonctionnant comme esclave dans un piconet doit agir comme maître dans un autre (Fig. 3). Les piconets qui font partie du même réseau distribué ne sont pas synchronisés les uns avec les autres et utilisent des modèles différents.

Riz. 3. Schéma d'un réseau distribué comprenant trois piconets

Le nombre maximum de piconets dans un réseau distribué ne peut pas dépasser dix. Ainsi, le réseau distribué vous permet de connecter jusqu'à 71 appareils au total.

Notez qu'en pratique, la nécessité de créer un réseau distribué se pose rarement. Avec le degré actuel d'intégration des composants matériels, il est difficile d'imaginer une situation dans laquelle le propriétaire d'un smartphone ou d'une tablette aurait besoin de connecter plus de deux ou trois appareils simultanément via Bluetooth.

Gamme

La spécification Bluetooth propose trois classes d'émetteurs-récepteurs (voir tableau), différant par leur puissance, et donc par leur portée effective. L'option la plus courante, utilisée dans la plupart des appareils électroniques mobiles et des PC actuellement produits, sont les émetteurs-récepteurs Bluetooth de classe 2, les systèmes de classe 3 à faible consommation sont équipés d'équipements médicaux et constituent le principal domaine d'application pour les plus « longs ». gamme » Les modules de classe 1 sont des systèmes de surveillance et de contrôle pour les équipements industriels.

Bien entendu, vous pouvez compter sur une connexion sans fil stable entre des appareils situés à une distance maximale (par exemple, 10 m dans le cas des émetteurs-récepteurs de classe 2) uniquement s'il n'y a pas d'obstacles importants entre eux (murs, cloisons, portes, etc. ). La portée réelle peut varier en fonction des caractéristiques de la pièce et de la présence d'interférences radio et de sources de fort rayonnement électromagnétique dans l'air.

Versions Bluetooth et leurs différences

La première version de la spécification (Bluetooth 1.0) a été approuvée en 1999. Peu de temps après la spécification intermédiaire (Bluetooth 1.0B), Bluetooth 1.1 a été approuvé - il a corrigé les erreurs et éliminé de nombreuses lacunes de la première version.

En 2003, la spécification principale Bluetooth 1.2 a été approuvée. L’une de ses principales innovations a été l’introduction de la méthode AFH (Adaptive Frequency Hopping Spread Spectrum), qui a rendu la connexion sans fil beaucoup plus résistante aux interférences électromagnétiques. De plus, il a été possible de réduire le temps passé à effectuer les procédures de découverte et de connexion des appareils.

Une autre amélioration importante de la version 1.2 a été l'augmentation de la vitesse d'échange de données à 433,9 Kbps dans chaque direction lors de l'utilisation d'une communication asynchrone sur un canal symétrique. Dans le cas d'un canal asymétrique, le débit était de 723,2 Kbit/s dans un sens et de 57,6 Kbit/s dans l'autre.

Une version améliorée de la technologie Extended Synchronous Connections (eSCO) a également été ajoutée, qui améliore la qualité du streaming audio en utilisant un mécanisme pour renvoyer les paquets endommagés lors de la transmission.

Fin 2004, la spécification de base Bluetooth 2.0 + EDR a été approuvée. L'innovation la plus importante de la deuxième version était la technologie Enhanced Data Rate (EDR), grâce à la mise en œuvre de laquelle il a été possible d'augmenter considérablement (plusieurs fois) le débit de l'interface. Théoriquement, l'utilisation de l'EDR permet d'atteindre un taux de transfert de données de 3 Mbit/s, mais en pratique, ce chiffre ne dépasse généralement pas 2 Mbit/s.

Il convient de noter que l'EDR n'est pas une fonctionnalité obligatoire pour les émetteurs-récepteurs conformes à la spécification Bluetooth 2.0.

Les appareils équipés d'émetteurs-récepteurs Bluetooth 2.0 sont rétrocompatibles avec les versions précédentes (1.x). Naturellement, la vitesse de transfert des données est limitée par les capacités de l'appareil plus lent.

En 2007, la spécification de base Bluetooth 2.1 + EDR a été approuvée. L'une des innovations mises en œuvre a été la technologie d'économie d'énergie Sniff Subrating, qui a permis d'augmenter considérablement (de trois à dix fois) la durée de vie de la batterie des appareils mobiles. La procédure d'établissement de la communication entre deux appareils a également été considérablement simplifiée.

En août 2008, des ajouts de base (Core Spécification Addendum, CSA) aux spécifications Bluetooth 2.0 + EDR et Bluetooth 2.1 + EDR ont été approuvés. Les modifications apportées visent à réduire la consommation d'énergie, à augmenter le niveau de protection des données transmises et à optimiser les procédures d'identification et de connexion des appareils Bluetooth.

En avril 2009, la spécification principale Bluetooth 3.0+HS a été approuvée. L'abréviation HS signifie dans ce cas High Speed. Sa principale innovation est la mise en œuvre de la technologie Generic Alternate MAC/PHY, qui offre la possibilité de transférer des données à des vitesses allant jusqu'à 24 Mbit/s. De plus, il est prévu d'utiliser deux modules émetteurs-récepteurs : basse vitesse (avec une faible consommation d'énergie) et haute vitesse. En fonction de la largeur du flux de données transmis (ou de la taille du fichier transmis), un émetteur-récepteur à faible vitesse (jusqu'à 3 Mbit/s) ou à grande vitesse est utilisé. Cela vous permet de réduire la consommation d'énergie dans les situations où des taux de transfert de données élevés ne sont pas requis.

La spécification principale Bluetooth 4.0 a été approuvée en juin 2010. La principale caractéristique de cette version est l’utilisation d’une technologie à faible consommation d’énergie. La consommation d'énergie réduite est obtenue à la fois en limitant le taux de transfert de données (pas plus de 1 Mbit/s) et par le fait que l'émetteur-récepteur ne fonctionne pas en permanence, mais n'est allumé que pendant la durée de l'échange de données. Contrairement à la croyance populaire, le Bluetooth 4.0 n'offre pas des vitesses de transfert de données plus élevées que le Bluetooth 3.0+HS.

Profils Bluetooth

La capacité des appareils à interagir lorsqu'ils sont connectés via Bluetooth est largement déterminée par l'ensemble des profils pris en charge par chacun d'eux. Un profil particulier prend en charge certaines fonctions, telles que le transfert de fichiers ou la diffusion de médias en continu, la fourniture d'une connexion réseau, etc. Consultez la barre latérale pour plus d’informations sur certains profils Bluetooth.

Il est important de comprendre que vous pouvez utiliser une connexion Bluetooth pour effectuer n'importe quelle tâche uniquement si le profil approprié est pris en charge par les appareils maître et esclave. Ainsi, il n'est possible de transférer une « carte de visite » ou un contact d'un téléphone mobile à un autre via une connexion Bluetooth que si les deux appareils supportent le profil OPP (Object Push Profile). Et, par exemple, pour utiliser un téléphone mobile comme modem cellulaire sans fil, il est nécessaire que cet appareil et l'ordinateur qui y est connecté prennent en charge le profil DUN (Dial-up Networking Profile).

Des situations surviennent souvent lorsqu'une connexion Bluetooth est établie entre deux appareils, mais certaines actions (par exemple, transférer un fichier) ne peuvent pas être effectuées. L'une des raisons probables de ces problèmes peut être le manque de prise en charge du profil approprié sur l'un des appareils.

Ainsi, l'ensemble des profils pris en charge est un facteur important qui doit être pris en compte lors de l'évaluation des capacités d'un appareil particulier. Malheureusement, certains modèles d'appareils mobiles prennent en charge un ensemble minimal de profils (par exemple, uniquement A2DP et HSP), ce qui limite considérablement la possibilité de se connecter sans fil à d'autres équipements.

Notez que l'ensemble des profils pris en charge est déterminé non seulement par les spécificités et les caractéristiques de conception de l'appareil, mais également par la politique du fabricant. Par exemple, certains appareils bloquent la possibilité de transférer des fichiers de certains formats (images, vidéos, livres électroniques, applications, etc.) sous prétexte de lutter contre le piratage. Certes, en réalité, de telles restrictions ne souffrent pas des amateurs de contenus multimédias et de logiciels contrefaits, mais des utilisateurs honnêtes qui sont obligés de transférer même des photos prises avec leur propre appareil photo intégré vers un PC de manière détournée (par exemple, en envoyant les fichiers nécessaires à leur propre adresse email).

Les fabricants convainquent constamment les consommateurs que les nouvelles solutions sont certainement meilleures que les anciennes. Les nouveaux processeurs ont des performances plus élevées et une consommation d'énergie inférieure à celles de leurs prédécesseurs ; les nouveaux écrans ont une résolution plus élevée et une gamme de couleurs plus large, etc. Cependant, il n'est guère conseillé d'utiliser une telle approche pour évaluer les capacités de l'interface Bluetooth.

Tout d’abord, il est nécessaire de prendre en compte les caractéristiques du parc d’appareils Bluetooth existant. Après tout, comme déjà mentionné, le taux de transfert de données maximum est déterminé par l'appareil équipé de la version la plus ancienne de l'interface. De plus, des taux de transfert de données élevés ne sont pas requis pour toutes les tâches. S'il s'agit d'un facteur vraiment important pour copier des fichiers multimédias (enregistrements sonores, images) ou diffuser un flux audio avec un faible degré de compression, alors pour une interaction normale du téléphone avec un casque sans fil ou pour échanger des contacts avec un autre appareil, Bluetooth 2.0 les capacités sont tout à fait suffisantes.

Deuxièmement, dans de nombreux cas, l'ensemble des profils Bluetooth pris en charge est un facteur bien plus important que la vitesse maximale de la connexion sans fil. Après tout, c'est lui qui détermine réellement la gamme d'équipements avec lesquels l'appareil existant est capable d'interagir. Malheureusement, ces informations sont rarement fournies, même dans les spécifications complètes de l'appareil, et vous devez souvent les rechercher dans le texte du manuel d'instructions ou sur les forums d'utilisateurs.