Телефоны с блютуз 5.0. Версии Bluetooth и их отличия. Другие уникальные особенности

Bluetooth - это уже давно всем известная беспроводная технология, которая используется сегодня чуть ли не во всех электронных устройствах. Почти ежегодно появляются все более модернизированные версии этой технологии, её развитие не стоит на месте. Несмотря на это, с увеличивающимся спросом на устройства в основе которых лежит IoT, пользователь желает получить более новые и расширенные функции Bluetooth.

Новый Bluetooth 5 обеспечивает пользователям наилучшее качество связи. Bluetooth 5 имеет значительно улучшенную производительность и функциональность.

В этой статье мы сравним Bluetooth 5 с Bluetooth 4.2, распишем все значимые изменения и нововведения, раскроем все основные характеристики Bluetooth 5, который стал известным благодаря IoT и Bluetooth Beacon. Bluetooth 5 - это последняя версия спецификаций Bluetooth, которая является преемницей версии Bluetooth 4.2.

Bluetooth поддерживается Bluetooth Special Interest Group (SIG), компанией, в которую входит более 30 000 компаний-членов в области телекоммуникаций, вычислительной техники, сетей и бытовой электроники. IEEE стандартизировал Bluetooth как IEEE 802.15.1. Bluetooth SIG контролирует разработку технологии, управляет квалификационной программой и защищает товарные знаки. Производитель должен соответствовать стандартам Bluetooth SIG, чтобы продавать его как устройство Bluetooth. На эту технологию распространяется сеть патентов, которые лицензируются для отдельных соответствующих устройств.

Bluetooth разрабатывался как замена кабеля RS-232 и был создан в 1994 году.

В апреле 2017 года исследователи безопасности обнаружили несколько эксплойтов в программном обеспечении Bluetooth на различных платформах, включая Microsoft Windows, Linux, Apple iOS и Google Android. Эти уязвимости в совокупности называются «BlueBorne». Эксплойты позволяют злоумышленнику подключаться к устройствам или системам без аутентификации и получать «практически полный контроль над устройством». Исследовательский центр связался с разработчиками Google, Microsoft, Apple, Samsung и Linux, чтобы они могли исправить свое программное обеспечение до согласованного объявления об уязвимостях.


Bluetooth 5 разработчики обеспечили высокой конфиденциальностью и безопасностью. Bluetooth создаёт основу для будущего, он революционизирует восприятие IoT людьми. Новая версия этой технологии имеет такие преимущества как низкое энергопотребление, недорогое аппаратное обеспечение и небольшие реализации, которые используются в крупных интернет магазинах .

Bluetooth 5.0 является продолжением Low Energy LE. Его скорость составляет 48 Мбит / с (вдвое больше, чем в предыдущей версии). Он может быть подключен на расстояние до 300 метров или 985 футов (в 4 раза больше чемпоследняя версия). Диапазон ISM составляет 2,4-2,485 ГГц. Немного разочаровывает пользователей тем, что он не имеет обратной совместимости со своими старыми или предыдущими версиями. Это требует нового оборудования, которое должно быть современным и продвинутым, чтобы устройства соответствовали требованиям Bluetooth v5.0 для его бесперебойной работы.

Скорость Bluetooth 5 быстрее, чем Bluetooth 4. 2 с форматом 2 Мбит / с, что вдвое больше скорости Bluetooth 4, примерно 1 Мбит / с, что позволяет Bluetooth 5 соответствовать одному из требований IoT. Это все благодаря пропускной способности 5 Мбит / с Bluetooth 5 по сравнению с 2,1 Мбит / с Bluetooth 4. Поддержка устройств IoT Bluetooth 5 легко удовлетворяет требования различных устройств IoT с хорошим диапазоном и высокой скоростью передачи данных, в то время как Bluetooth 4 не может удовлетворять все требования устройств из-за его низкой скорости и малого рабочего диапазона. Это означает, что устройства IoT будут хорошо работать с Bluetooth 5 и правильно использовать все его функции. Его даже частично используют в веб-разработке под ключ .

Совместимость Bluetooth 4 лучше всего работает с устройствами, совместимыми с версией 4 серии, но не будет работать с устройствами, которые имеют Bluetooth 5, в то время как Bluetooth 5 компилируется с v1, v2 , v3, v4, v4.1 и версией 4.2, но несмотря на это не будут использоваться все функции Bluetooth 5.

Bluetooth 4 активно работает в радиусе 50 м на открытом пространстве и в радиусе 10 м в помещении, что делает его не очень удобным, в то время как Bluetooth 5 активно работает в радиусе 200 м на открытом пространстве и в радиусе 40 м в помещении.

Увеличение радиуса активной работы даст возможность, например, использовать беспроводные наушники вдали от телефона, например, во время бега на стадионе. Вы спокойно сможете оставить телефон в раздевалке и он не будет вам мешать при беге.

Для организации интернета вещей особенно важен увеличенный радиус действия. Если для квартир как-то хватало и старых версий Bluetooth, то в большом доме приходилось идти на компромиссы. Теперь же можно без проблем выставить какой-то элемент IoT во двор, подальше от остальных.

Bluetooth 5 Beacon стал более популярным благодаря увеличению дальности и скорости, в то время как Bluetooth 4 Beacon стали менее популярными из-за меньшей скорости и дальности, а также из-за низкой емкости сообщений в 31 байт.

Bluetooth 5 имеет большую емкость для сообщений - около 255 байтов, что дает больше пространства для фактической полезной нагрузки данных, в то время как Bluetooth 4 имеет небольшую емкость сообщений - около 31 байта, что дает от 17 до 20 байтов для реальной полезной нагрузки данных.

А сейчас на примере расскажу чем примечательно такое усовершенствование. Допустим вы пришли в больницу которая использует Интернет вещей. С версией 4.2 зайдя в больницу человек мог получить через Bluetooth только данные о том в какой кабинет ему необходимо, для получения большего количества информации данная версия не пригодна. Если же человек зашёл в больницу с 5 версией кроме информации о кабинете он также получит информацию о докторе, необходимых справках, времени ожидания и телефон главврача, а все потому, что эта технология уже имеет не 31 Байт, а 255.

Bluetooth 5 был специально разработан так, чтобы потреблять маленькое количество энергии на устройстве по сравнению с Bluetooth 4. Это означает, что вы можете держать свой Bluetooth включенным в течение более длительного периода времени и намного более активно его использовать по сравнению с Bluetooth 4, который потребляет больше энергии, чем его новый аналог.

Bluetooth 5 работает намного более надежно в перегруженной среде чем Bluetooth 4.2. Это объясняется тем, что новая версия была создана с учтением того факта, что важные процессы с участием Bluetooth чаще всего происходят в перегруженной среде, что негативно влияет на его работу.

Bluetooth 5 потребляет в несколько раз меньше электроэнергии с батареи чем свой предшественник. Для телефонов с емкостью батареи в 3000 мАч Bluetooth 4.2 не был проблемой, а вот для умных часов наоборот. Благодаря изменённой системе потребления энергии в Bluetooth 5 большинство умных часов увеличат свою автономность.

Скорость передачи данных между Bluetooth 5 и Bluetooth 4.2 отличается в 2 раза - если у версии 4.2 скорость передачи 3,125 Мб/с, то у версии 5 6,25 Мб/с. Это свидетельствует о том, что сама концепция технологии была сильно усовершенствована. В любом случае это не сравнится с проводными конкурентами, например, Apple Lightning, где скорость передачи данных достигает 60 МБ/C.

В любом случае благодаря увеличению скорости передачи данных в новой версии автоматически увеличится скорость синхронизации умных часов со смартфоном, элементов интернета вещей друг с другом и с базой, взаимодействие между компьютером и беспроводными или периферийными устройствами.

Масштабировать интернет вещей станет проще благодаря новой последовательной системе подключения. Раньше каждый девайс соединялся с общим базовым, а теперь достаточно будет подключиться к соседнему элементу.

Может, когда-то мы увидим городскую систему IoT не в рамках квартиры или дома, а целого района или даже города? И основана она будет на энергоэффективном и легко масштабируемом усовершенствовании Bluetooth 5.

Необходимо отметить, что внедрение Bluetooth 5 в “маячки” значительно улучшит их работу, ведь в новой версии увеличена ёмкость сообщений. В маячках используется Bluetooth из за его возможности передавать информацию неопределенным адресатам без установки соединения.


Все улучшения Bluetooth относятся к спецификации Bluetooth Low Energy, которая была впервые использована в Bluetooth 4.0, а не к обычному Bluetooth-радио, которое потребляет при своей работе большое количество энергии. Технология Bluetooth Low Energy изначально была создана для уменьшения энергопотребления периферийных устройств Bluetooth. Первоначально он использовался для носителей, маяков и других маломощных устройств, но обладал некоторыми серьезными ограничениями.

Например, любые беспроводные наушники не имели возможности обмениваться сообщениями через Bluetooth Low Energy, из за чего им пришлось осваивать намного более мощный голосовой стандарт Bluetooth. С Bluetooth 5.0 все аудиоустройства делятся данными по Bluetooth Low Energy, что предоставляет уменьшение потребления энергии и увеличение срока службы батареи.


Странно, но AirPods от Apple не используют Bluetooth 5.0. Их работа основанна на Bluetooth 4.2 и специально разработанном чипе Apple W1, который улучшает соединение между устройствами.

Стоит упомянуть и новую функцию Bluetooth 5, которая даёт возможность воссоздавать звук на двух подключённых устройствах одновременно. Это могут быть наушники, колонки, телевизоры - это не имеет значения, эти устройства все равно будут подключены к одному “командному” центру. Исполузя современные языки программирования

Технология Bluetooth предназначена для передачи данных на небольших (не более 100м для последних версий) расстояниях. Объясняется это принципом действия, основанном на радиосвязи в ISM-диапазоне.

Скорость работы Bluetooth ощутимо ниже, чем у Wi-Fi, но при этом она потребляет меньше энергии батареи и позволяет устройствам быстрее соединятся друг с другом. Кроме того, Bluetooth-соединения устойчивы к разного рода широкополосным помехам, а оборудование для их реализации стоит вполне недорого.

  • Версия 1.0

Вышла в свет в 1998г. и позволяла передавать данные на расстоянии нескольких метров. Для нее были характерны плохая совместимость между изделиями разных производителей и невозможность реализации анонимного соединения на протокольном уровне. Эта версия уже давно не используется.

  • Версии 1.1 и 1.2

В этих обновлениях введены поддержка нешифрованных каналов, отображение мощности входящего сигнала и ускорен процесс обнаружения/подключения устройств. Также была увеличена помехостойкость, увеличена скорость трансляции (721Кбит/с) и реализована сетевая анонимность. Эти версии позволяли передавать уже и речевые сообщения и стереозвук (A2DP-профиль). В настоящее время можно купить дешевый телефон китайского производителя с обновлением 1.2.

  • Версии 2.0 и 2.1

Обновление 2.0 вышло в 2004г., 2.1 – в 2007г. Разница между ними заключается в большей энергоэкономичности последней версии. Главная особенность Bluetooth 2.0 – внедрение технологии EDR, повышавшей скорость до теоретических 3Мбит/с (на практике чаще всего получалось 1,5-2Мбит/с. Сегодня можно купить недорогой смартфон, поддерживающий эту технологию.
Версия 2.1 – самое популярное обновление Bluetooth. Она совместима фактически со всеми устройствами, представленными на мобильном рынке. Причем если в смартфонах/планшетах используется Bluetooth более свежих обновлений, то в беспроводных мышах, клавиатурах, гарнитурах и т.д. нередко реализован именно стандарт 2.1+EDR. В этих обновлениях введены поддержка нешифрованных каналов, отображение мощности входящего сигнала и ускорен процесс обнаружения/подключения устройств. Также была увеличена помехостойкость, увеличена скорость трансляции (721Кбит/с) и реализована сетевая анонимность. Эти версии позволяли передавать уже и речевые сообщения и стереозвук (A2DP-профиль).

Энергопотребление в версии 2.1 снизилось почти в 10 раз, появилась дополнительная полоса пропускания, что облегчило использование нескольких подключений одновременно. Реализовано подключение нажатием одной кнопки.

  • Версия 3.0

Вышла в 2009г и впервые использовала высокоскоростную (HS) трансляцию данных. Скорость возросла до 24Мбит/с. Реализовано это было за счет установки двух модулей (Bluetooth2.1+EDR и модуля, функционирующего по протоколу 802.11, как и Wi-Fi). Именно второй модуль и «выдает» скачок скорости, но не дает Wi-Fi-совместимость. Файлы небольшого объема передаются при помощи модуля 2.1+EDR, объемные – по протоколу 802.11.
Недостатком такого решения стало возросшее энергопотребление.

  • Версии 4.0 и 4.1

Обновление 4.0 вышло в 2010г. В нем был исправлен основной недостаток HS – чрезмерное потребление энергии. Спецификация 4.0 включала в себя «традиционный» модуль Bluetooth и высокоскоростную передачу (основанную на Wi-Fi). Также был добавлен Bluetooth-протокол с минимальным энергопотреблением. Они используется главным образом в электронных датчиках, мини-сенсорах (в том числе и медицинских) и т.д.
Время установления соединения снизилось до 5мс, расстояние передачи возросло до 100м. Введено AES-шифрование для защиты данных. Эта версия реализована в свежих моделях крупных производителей и установлена на флагманских смартфонах Хайскрин.
Обновление 4.1 представлено в 2013г. Главные доработки касаются совместного функционирования Bluetooth и LTE-стандарта. Пакеты данных автоматически координируются для взаимной помехозащиты.
При выборе не стоит путать версии и профили Bluetooth. Профиль – это набор функциональных возможностей, один и тот же профиль могут реализовывать разные версии. К примеру, речь и стереозвучание передаются, начиная с обновления 1.2. При этом для каждого конкретного устройства может быть доступным только определенный функциональный набор, меньший, чем заложенный в используемой версии Bluetooth. Таким образом, для успешного взаимодействия Bluetooth-устройств у них должна быть реализована поддержка одного и того же профиля (версии Bluetooth могут быть разным).

  • Версии 4.0, 4.2 и 5.0

В 2018-2019 наибольшее распространение имеют версии Bluetooth 4.0 - 4.2 и 5.0. При этом, стандарт Bluetooth 4.2, анонсируется как версия с улучшенными параметрами, предоставляющая новые решения для "умного дома", новые профили, как IPSP. Версия же 5.0 предлагается, как новый стандарт с более высокой скоростью передачи данных, что оценят по большей части разработчики и улучшенным возможностями для беспроводных технологий

Первым смартфоном, оснащенным чипом Bluetooth 5, стал Samsung Galaxy S8

Почти каждый человек использует Bluetooth: на смартфоне, планшете, компьютере или для подключения аксессуаров, например, беспроводных наушников. В ближайшем будущем ситуация не изменится: по мнению исследователей рынка (компании ABI Research), в 2021 году будет приобретено около 5 млрд. Bluetooth-устройств.

При этом особенно большой потенциал роста будет наблюдаться у устройств, использующих технологию «Интернет вещей»: наручные часы, осветительные приборы или системы автоматического поддержания температуры.

Пятое поколение Bluetooth разработано как раз для «Интернета вещей». Следующие три инновации применяются исключительно в энергосберегающем режиме Low-Energy (LE):

  • Повышенная скорость передачи данных: максимальная скорость увеличивается с 1 до 2 Мбит/с.
  • Увеличенный радиус действия: в зоне прямой видимости (без преград на пути) он увеличен с 50 до 200 метров.
  • Улучшенная передача данных: через т. н. «биконы» (маячки) может быть передано в 8 раз больше информации.

Кроме того, в новой спецификации Bluetooth применены оптимизирующие решения, направленные на повышение устойчивости к помехам. Это весьма важно, так как Bluetooth работает в крайне переполненном диапазоне частот 2,4 ГГц.

Основные нововведения Bluetooth 5 - высокая скорость передачи данных и увеличенный радиус действия - ограничиваются в энергоэффективном режиме Low Energy. В нем вас ждет небольшой подвох: одновременно можно использовать только одно из преимуществ.

Максимальная скорость передачи данных лишь при необходимости

В то время как Wi-Fi бьет рекорды скорости в гигабитном диапазоне, Bluetooth LE до сих пор «топчется» около 1 Мбит/с. Тем не менее, Bluetooth 5 в режиме LE увеличивает максимальную скорость передачи данных в два раза. Разумеется, от этого Bluetooth LE не станет «ракетой», так как существуют некоторые ограничения.


Скорость передачи «нетто» в Bluetooth LE-режиме постоянно увеличивается. Но скорость «брутто» 2 Мбит/с в Bluetooth 5 является лишь опциональной.

При значении 2 Мбит/с речь идет о скорости «брутто», максимальная скорость «нетто» при этом останется на уровне 1,4 Мбит/с. Кроме того, это значение имеет силу только в ближней области действия, так как для передачи большего объема полезных данных в одном пакете Bluetooth 5 «экономит» на коррекции ошибок.

Однако скорость 2 Мбит/с в режиме LE является скорее опцией, которую производители могут реализовать в своих устройствах. В качестве альтернативы также доступны скорости 1 Мбит/с, 500 Кбит/с и 125 Кбит/с.

Причем, по умолчанию во всех Bluetooth-устройствах установлена скорость передачи данных 1 Мбит/с, иные параметры являются опциональными, а право выбора реализации предоставлено производителям.

Также нельзя слепо полагаться на то, что все устройства, использующие Bluetooth 5, поддерживают более быстрый LE-режим.

Интернет вещей без ошибок


Хотя профессиональное оборудование и обеспечивает передачу данных по Bluetooth-каналу до 500 метров, стандарт Bluetooth лишь в настоящее время предоставил возможность энергосберегающих подключений на расстоянии до 200 метров.

Технология Bluetooth применяется главным образом в ближней области действия, хотя существует оборудование, позволяющее передавать данные по Bluetooth на расстояние до 500 метров. Впрочем, подобные экстремальные радиусы действия требуют значительных расходов, так как для этого необходимо существенно увеличивать мощность передатчиков.

Помимо LE-режима стандарт Bluetooth уже довольно давно определяет различные классы, в которых устройства могут передавать данные с мощностью до 100 мВт. Для таких Bluetooth-модулей, согласно параметрам класса 1, требуется слишком большая мощность, что не подходит для интернета вещей.

Отныне, с применением Bluetooth LE, это выглядит иначе, так как применяемые в нем Bluetooth-модули увеличивают радиус действия благодаря технологии Forward Error Correction (FEC, прямой коррекции ошибок) без значительного увеличения мощности передачи. Однако из-за увеличенной дальности действия приходится жертвовать скоростью передачи данных.

Если посмотреть на стек протоколов Bluetooth, можно увидеть, что инновации для увеличения дальности действия Bluetooth 5 относятся к самому нижнему (физическому) уровню. Полезные данные передаются дважды и дополнительно шифруются, таким образом принимающее устройство часто может самостоятельно исправлять ошибки. При этом краеугольным камнем для шифрования является скорость передачи символов.

Bluetooth 5 в энергосберегающем режиме просто увеличивает долю полезных данных в пакете для достижения максимальной скорости передачи 2 Мбит/с.

В простейшем случае каждый бит передается дважды. Каждый ноль отправляется в таком варианте как «00», единица - как «11». Это уменьшает вдвое максимальную брутто-скорость передачи данных, с 1 Мбит/с до 500 Кбит/с. Тем не менее, для еще большей дальности действия стандарт Bluetooth определяет также расширенное шифрование, при котором каждый бит передается не двумя, а восемью символами. Каждый ноль кодируется последовательностью символов «00110011», каждая единица – «11001100».

Структура пакета данных Bluetooth для увеличенного радиуса действия. Система коррекции ошибок передает полезные данные несколько раз и шифрует их особым образом, в конечном итоге в каждом пакете передается меньше полезных данных. Благодаря этому увеличивается расстояние передачи пакетов данных Bluetooth-LE с 50 до 200 м.

Если в приемник поступает последовательность «11001101», можно легко определить и исправить ошибку в последнем бите. Однако скорость передачи данных при этом снижается до 125 Кбит/с.

Биконы и создание сети

Bluetooth 5 также увеличивает длину сообщений, передаваемых без подключения, с помощью Bluetooth-биконов. Подобным образом могут отправляться короткие информационные фрагменты. При использовании биконов Bluetooth 4.x обеспечивает длину сообщения 30 байт, Bluetooth 5 предусматривает более чем восьмикратное увеличение объема передаваемых данных (256 байт). Устройства Bluetooth 5 могут работать во всех режимах своих предшественников и благодаря этому являются обратно совместимыми.

Следующим этапом интернета вещей станет особая спецификация для упрощенного объединения Bluetooth-устройств в единую сеть, которая должна быть представлена в середине 2017 года. Благодаря этому Bluetooth-устройства смогут в режиме энергосбережения принимать сообщения от одного устройства и передавать их другому. Подобным образом должна быть дополнительно увеличена и дальность действия.

Фото: компании-производители, Standardizer/commons.wikimedia.org

Bluetooth 5.0 стал реальностью. По сравнению с Bluetooth 4.0 новая версия имеет вдвое большую пропускную способность, увеличенную в четыре раза дальность действия и целый ряд других улучшений. Рассмотрим преимущества Bluetooth 5.0 над предшественниками, в том числе на примере процессора CC2640R2F от Texas Instruments .

Популярность версии протокола Bluetooth 4, а также некоторые его ограничения стали причинами для создания следующей спецификации Bluetooth 5. Разработчики ставили перед собой целый ряд целей: расширение радиуса действия, рост пропускной способности при рассылке широковещательных пакетов, улучшение помехозащищенности и так далее.

Теперь, когда стали появляться первые устройства с Bluetooth 5, у пользователей и разработчиков справедливо возникают вопросы: какие из заявленных ранее обещаний воплотились в реальность? Насколько выросли радиус действия и скорость передачи данных? Как это отразилось на уровне потребления? Каким образом изменился подход к формированию широковещательных пакетов? Какие были сделаны усовершенствования, направленные на рост помехозащищенности? И, конечно, главный вопрос — существует ли обратная совместимость между Bluetooth 5 и Bluetooth 4? Ответим на эти и некоторые другие вопросы и рассмотрим основные преимущества Bluetooth 5.0 перед предшественниками, в том числе – на примере реального процессора с поддержкой Bluetooth 5.0 производства компании Texas Instruments .

Начнем обзор Bluetooth 5.0 с ответа на самый часто задаваемый вопрос об обратной совместимости с Bluetooth 4.x

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

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

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

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

Как увеличилась скорость передачи данных в Bluetooth 5?

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

Таблица 1. Скорость обмена данными для различных версий Bluetooth

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

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

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

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

Как активировать высокоскоростной режим передачи данных в Bluetooth 5?

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

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

Как увеличился радиус действия Bluetooth 5?

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

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

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

Бюджет радиоканала = мощность T X (дБм) – чувствительность R X (дБм)

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

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

  • увеличение мощности передатчиков;
  • увеличение чувствительности приемников.

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

Для увеличения чувствительности приемника предлагается два способа:

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

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

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

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

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

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

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

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

Как изменился подход к широковещательным сообщениям Bluetooth 5?

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

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

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

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

Поддерживает ли Bluetooth 5 Mesh-сети?

Решения от Texas Instruments для Bluetooth 5

Одним из самых первых микроконтроллеров с Bluetooth 5.0 стал высокопроизводительный процессор CC2640R2F производства компании Texas Instruments.

CC2640R2F построен на базе современного 32-битного ядра ARM Cortex-M3 с рабочей частотой до 48 МГц. Работой радиопередатчика управляет второе 32-битное ядро ARM Cortex-M0 (рисунок 3). Кроме того, CC2640R2F отличается богатой цифровой и аналоговой периферией.

Достоинством микроконтроллера CC2640R2F также является малый уровень потребления (таблица 2). Это относится ко всем режимам работы. Например, в активном режиме при приеме данных по радиоканалу потребление составляет 5,9 мА, а при передаче – 6,1 мА (0 дБм) или 9,1 мА (5 дБм). При переходе в спящий режим питающий ток и вовсе падает до 1 мкА.

Сочетание трех таких важных качеств как поддержка Bluetooth 5.0, малое потребление и высокая пиковая производительность делает CC2640R2F весьма интересным решением для интернета вещей. При этом с помощью данного микроконтроллера можно создавать весь спектр IoT-устройств: автономные датчики, работающие несколько лет от одной батарейки , мосты между дополнительным управляющим процессором и каналом Bluetooth 5.0, сложные приложения, требующие высокой вычислительной мощности.

Таблица 2. Потребление беспроводного микроконтроллера CC 2640 R 2 F с поддержкой Bluetooth 5

Режим работы Параметр Значение (при Vcc = 3 В)
Активные вычисления мкА/МГц ARM® Cortex®-M3 61 мкА/МГц
Coremark/мА 48,5
Coremark при частоте 48 МГц 142
Радиообмен Пиковый ток при приеме, мА 5,9
Пиковый ток при передаче, мА 6,1
Режим сна Контроллер датчиков, мкА/МГц 8,2
Режим Sleep mode с включенным RTC и сохранением памяти, мА 1

Для быстрого начала работы с CC2640R2F компания Texas Instruments подготовила традиционный отладочный набор (рисунок 4). С помощью пары таких устройств можно оценить быстродействие и дальность радиопередачи по Bluetooth 5.0. Для этого можно воспользоваться готовыми примерами или создать собственное приложение на базе бесплатного протокола BLE 5 stack 1.0 (www.ti.com/ble).

Заключение

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

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

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

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

Литература

  1. Bluetooth Core Specifcation 5.0 FAQ. 2016. Bluetooth SIG.
  2. TI SimpleLink CC2640R2 SDK 1.35.00.33. https://github.com/ti-simplelink/ble_examples.

Новый стандарт беспроводной связи обеспечивает больший диапазон, более высокую скорость и большую пропускную способность. Но что еще вам нужно знать?

Что с ростом популярности беспроводных наушников и носимых устройств, мы начинаем использовать Bluetooth гораздо чаще, чем раньше. Фактически, согласно Bluetooth Special Interest Group , которая контролирует разработку технологии, к 2020 году будет продано 13,9 миллиарда устройств с поддержкой Bluetooth.

Хорошая новость, что технология от этого только выиграет. Bluetooth 5 является более мощным, чем когда-либо, с огромным потенциалом для Интернета вещей и прослушивания музыки в беспроводном режиме.

Так что же он может сделать? И когда вы можете это схватить? Читайте дальше и узнавайте.

Что такое Bluetooth 5?

Bluetooth 5 — это следующая итерация Bluetooth , беспроводная технология передачи данных, которая находится в смартфонах, планшетах, беспроводных наушниках и динамиках, ноутбуках, настольных компьютерах и т. Д.

Bluetooth позволяет вашим устройствам передавать данные друг другу по беспроводной сети. Когда вы получаете уведомление на своих умных часах или трекере, оно поступает с вашего телефона по Bluetooth.

Он также позволяет подключать беспроводные колонки, чтобы вы могли слушать мелодии дома, в парке или на пляже.

Это последняя версия Bluetooth, она намного мощнее, чем ее предшественники.

Насколько мощный Bluetooth 5?


Новая версия значительно опережает предыдущую по всем параметрам. По сравнению с его предшественником (Bluetooth 4.2 Low Energy) он вдвое быстрее, имеет в четыре раза большую дальность работы и может передавать в восемь раз больше данных.

Если вам нужны точные данные, мы говорим о пропускной способности 2 Мбит/с. На практике это означает быстрое и надежное подключение к сети, что приводит к более быстрым обновлениям прошивки и загрузке данных.

Благодаря большей дальности работы около 240 м, ваши беспроводные динамики и наушники будут работать намного дальше от источника звука, чем с Bluetooth 4.2 Low Energy. Эти нововведения позволят охватить весь дом для интернет-устройств, таких как камеры безопасности, интеллектуальные холодильники, интеллектуальные термостаты и многое другое.

И благодаря более эффективному использованию каналов вещания на полосе частот 2,4 ГГц, он открывает путь для «более лучших беспроводных решений на основе Bluetooth», согласно SIG. Другими словами, ожидайте большего количества беспроводных подключений, куда бы вы ни отправились, от спортивных стадионов до торговых центров.

Вы можете подключить более одной пары беспроводных наушников к одному источнику звука по Bluetooth 5 . Если ваше устройство имеет определенные профили работы, например функцию Bluetooth Dual Audio от Samsung , вы можете самостоятельно регулировать громкость каждого из них. Очень удобно для подключения нескольких наушников для просмотра передач или прослушивания музыки во время поездок на поезде или самолете.

Bluetooth 5 также может обнаруживать существуют ли помехи на частотах 2,4 ГГц и автоматически стараться минимизировать их. Что должно сделать прослушивание музыки с любого беспроводного устройства более стабильным и чётким.

Какие устройства совместимы с Bluetooth 5?


На данный момент не так много. Samsung Galaxy S8 — первый телефон для работы с технологией Bluetooth 5 , но на данный момент он единственный. Без каких-либо наушников или динамиков Bluetooth 5 вы не сможете использовать преимущества большой дальности стабильной работы или более высоких скоростей. Но они должны начать появляться до конца года.

Хорошей новостью является то, что вы можете использовать функцию Dual Audio в Galaxy S8 с любым Bluetooth-динамиком или наушниками . Просто соедините их с телефоном, как обычно, затем выберите «Dual Audio» в меню в правом верхнем углу экрана и настройте необходимый уровень громкости для каждого из устройств.

Будет ли Bluetooth 5 улучшать качество звука для беспроводных динамиков и наушников?


К сожалению нет . Основное внимание уделяется Интернет-вещам и большей связности, но SIG не упоминает об улучшенном качестве звука. Это не значит, что поклонники музыки не получат никаких преимуществ.

Беспроводные наушники и динамики будут работать намного дальше от источника звука, и вы можете передавать один и тот же звук на большее количество наушников / динамиков одновременно.

Bluetooth 5 также может улучшить срок службы батареи . Поскольку он более эффективен, он будет потреблять меньше энергии, что должно означать увеличение срока службы батарей для беспроводных громкоговорителей и наушников. Но нам придется попробовать это в деле, чтобы подтвердить, но пока это невозможно.

Статьи по теме: