3.0.В чью пользу? Технология Bluetooth: стандарты вчера, сегодня, завтра

 

2002 год. В моей руке — потрясающий серебристый телефон Ericsso R520. После упитанного «симбианистого» Ericsson R380 этот кажется жертвой анорексии. Стройный, элегантный и деловой. Но это не главное. Среди пунктов его по-шведски запутанного меню есть один, про который многие только слышали, а в телефонах и вовсе видеть не доводилось. Понятно, пункт этот мегакрут и ультрасовременен. Но известен не всем.

2009 год, 21 апреля. Консорциум Bluetooth SIG обнародовал стандарт Bluetooth 3.0. Сейчас, когда синий огонек этого радиоинтерфейса есть практически в любом цифровом устройстве, а фраза «кинь мне эту фотку по Bluetooth» звучит из уст первоклашек, появление новой версии популярной технологии вызывает неподдельный интерес у всех и каждого.

И всего-то семь лет прошло...

 

Скандинавы — основательный народ. Уж если решили войти в обиход современной жизни, так монаршими особами, не меньше. Как ни верти, а тень отца Гамлета знакома даже тем, кто так и не удосужился замахнуться на Вильяма нашего Шекспира. Мало кто из пользователей знает, как работает это странное Bluetooth в его телефоне. Но спроси любого, откуда термин взялся, любой же и ответит: кажется, в честь какого-то шведского короля. Или датского? Неважно, главное — королевская технология. Не будем, подобно большинству Bluetooth-обзоров, бередить светлую память Харальда Блатанда — того самого датского синезубого короля-объединителя. Вместо этого попытаемся понять, что же из себя представляет Bluetooth как технология беспроводного обмена информацией между цифровыми устройствами, в чем разница между ее версиями и какие функции она может противопоставить другим беспроводным интерфейсам. Для этого заглянем на полку с книгами стандартов, посмотрим на схемы, топологию, частоты и протоколы. Не бойтесь, глубоко в дебри не полезем. Ровно настолько, насколько потребуется, чтобы толком объяснить, что нам готовит «король» Bluetooth Третий.

 

ВОСХОЖДЕНИЕ НА ПРЕСТОЛ

Идея появления беспроводного радиоинтерфейса для цифровых устройств давно витала в воздухе. В самом деле: если есть радиочастоты и есть цифровая радиосвязь — почему бы не сделать и цифровой радиоканал для обмена данными? Хотя бы затем, чтобы облегчить жизнь пользователя, который погряз в проводах что муха в паутине. Конечно, чуть ли не от сотворения мира существовал замечательный ИК-порт (InfraRed Interface) — разновидность последовательного порта, использующая вместо проводов инфракрасное излучение. Но он был скорее компромиссом. Устойчивая связь с его помощью осуществлялась на весьма небольшом расстоянии, только между двумя взаимодействующими устройствами и на весьма ограниченной скорости.

В условиях тотального отсутствия сильных конкурентов, благодаря усилиям сотрудников Ericsson Джеппа Хаарстена (Jaap Haartsen) и Свена Мэттисона (Sven Mattisson), в 1994 году была разработана концепция универсального беспроводного радиоинтерфейса, который со временем и стал известным нам Bluetooth. Концепция была проста и рациональна. Разрабатываемый интерфейс должен был быть:

1. Недорогим.

2. По возможности минимально энергоемким (чтобы не отбирать драгоценные ампер-часы у аккумуляторов мобильных телефонов).

3. Не требовать лицензирования радиочастоты для своей работы.

4. Объединять одновременно более двух устройств.

5. Реализовывать более широкий спектр функций, чем банальная передача файлов.

Для реализации этой концепции был выбран (как показало время, весьма удачно) так называемый частотный диапазон ISM (Industry, Science and Medicine). Это свободный от лицензирования диапазон частот 2,4-2,48 ГГц, широко применяемый, как следует из названия, в промышленности, науке и медицине. В целях бережливости первые варианты интерфейса имели мощность 1 или 2,5 милливатта, что обеспечивало связь устройств на расстоянии до 10 метров и миниатюрные размеры приемопередатчика (чуть меньше квадратного сантиметра). А вот для обеспечения взаимодействия более чем двух устройств разработчикам пришлось повозиться. Результатом этой возни стала идея пикосети — аналога компьютерной локальной сети, со своими протоколами взаимодействия. В самом простом случае пикосеть — два устройства, одно из которых играет роль ведущего (master), а другое — ведомого (slave). Ведущее устройство правит бал обмена данными и может управлять одновременно семью молодцами-ведомыми. При этом пикосети могут разрастаться, если ведомые устройства одновременно взаимодействуют с несколькими ведущими из разных пикосетей. Такая разбухшая сеть устройств гордо именуется распределенная (scatternet). Чтобы в этой сутолоке устройства не мешали друг другу передавать или принимать информацию, был использован простой, но гениальный прием: весь диапазон частот 2,4-2,48 ГГц разрезается на кусочки, именуемые каналами. Ведущее и ведомое устройство в каждый момент времени работают по одному из каналов. Если в этот канал вклинятся другие устройства, и он начнет «шуметь», то пара устройств перепрыгнет на другой канал, который выберет случайным образом. В радиоэлектронике этот метод называется расширение спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS — Frequency Hop Spread Spectrum).

Структура распределенной сети (scatternet)

Заложив в будущего «синезубого короля» эти принципы, его первоначальный родитель Ericsson, при содействии других гигантов электронного мира, таких как Nokia, Intel, National Semiconductor, в 1998 году учредили консорциум Bluetooth SIG (Special Interest Group), который стал «посольским приказом» при утверждении разных стандартов. Так, например, в 2002 году Bluetooth SIG нашла дипломатический ключик к сердцу могущественной организации по стандартизации всякой электроники IEEE. Подписанный меморандум закреплял за Bluetooth звание владельца стандарта IEEE 802.15, который определяет беспроводные персональные сети (WPAN — Wireless Personal Area Network). Причем Bluetooth стал первопроходцем, как в отхватывании куска самого стандарта (ему принадлежит гордая цифра 1 — IEEE 802.15.1), так и первооткрывателем понятия «персональная сеть».

 

ДИНАСТИЯ BLUETOOTH

Едва появившись на свет, династия королей Bluetooth чуть не канула в Хель. И все благодаря первенцам — стандартам Bluetooth 1.0 и 1.1. Эти безалаберные юнцы имели большущие проблемы с установлением взаимодействия между устройствами. В результате этого «синезубы» от разных производителей не находили друг друга, а также оказались легкой мишенью взломщиков. И, возможно, Bluetooth был бы забыт и со временем стал вымершей экзотикой со смешным названием, если бы не стандарт Bluetooth 1.2. С приходом на трон этого «короля» у «синезубов» пошла раздольная жизнь. Мало того что он исправил ошибки своих предшественников, обеспечив корректное соединение устройств. Он еще и существенно увеличил заявленную стандартом 1.1 скорость в 721 килобит в секунду, а также повысил надежность и безопасность передачи. Именно его сделали представителем стандарта IEEE 802.15.1.

Но, даже утвердившись на троне, нельзя почивать на лаврах. С точки зрения потребителя Bluetooth был полезной штукой, если нужно подключить беспроводную гарнитуру или передать с телефона на телефон визитку. Появление камерофонов и желание поделиться своим творчеством потребовало от Bluetooth нового королевского поколения. В 2004 году объявлено о восшествии Bluetooth 2.0 — стандарта, ставшего де-факто, считай, на пятилетку. Что, как вы понимаете, для индустрии просто-таки громадный срок. Главной его особенностью стала скорость передачи. Заявленные 3 мегабита в секунду на практике, конечно, редко превышали отметку 2,1. Но и этой скорости оказалось достаточно, чтобы фотографии, рингтоны и программы потекли рекой между устройствами, а компьютеры смогли выходить в Сеть, используя беспроводное соединение с мобильными телефонами. И при этом разработчикам короля удалось снизить его прожорливость.

Победа! Король Bluetooth 2.0 на годы завоевал себе место в ноутбуках, мобильниках, коммуникаторах, беспроводных гарнитурах. Перечень его возможностей внушителен. Более 20 прикладных профилей, начиная от Advanced Audio Distribution Profile (A2DP), того самого, что передает в наши наушники двухканальный звук, и заканчивая экзотическим Video Distribution Profile (VDP), который обеспечивает трансляцию видео по воздуху.

В 2007 году попытку взойти на трон предпринимает Bluetooth 2.1. В арсенале его нововведений технология Sniff Subrating, обеспечивающая снижение потребления энергии при работе таких незамысловатых, но долгоиграющих устройств, как клавиатуры и мыши. Также очень упрощена процедура создания пикосетей, в простонародье «спаривания» девайсов. Кажется, все в ажуре, но если присмотреться, 2.1 — это все тот же 2.0: та же скорость передачи, те же прикладные профили.

А между тем на подступах империи Bluetooth замаячили враги-конкуренты.

 

BLUETOOTH ТРЕТИЙ. ПОБЕДА ДАРВИНИЗМА

Откуда безусловный победитель околодевайсного беспроводного пространства может ожидать угрозы? Первый враг — беспроводные локальные сети. Да-да, тот самый пресловутый Wi-Fi. За годы он тоже развился, стал менее прожорлив и более демократичен в плане совместимости устройств. За примером ходить далеко не нужно. В культовом iPhone ставка явно сделана на Wi-Fi, в то время как Bluetooth отведена скромная роль обслуживающего беспроводную гарнитуру персонала.

Враг № 2 более коварен, поскольку долгое время жил рядом с Bluetooth в проводном виде. В 2004 году неожиданно громко заявила о себе технология Wireless USB. Спорить с популярностью проводного варианта этого стандарта бессмысленно. Но вот его беспроводный брат начал предлагать скорость передачи данных, соизмеримую с обычным USB 2.0, то бишь 480 мегабит в секунду. «Синезубые» 3 мегабита просто меркнут рядом с этой цифрой. При этом Wireless USB базируется на сверхширокополосной (UWB) технологии, которая для быстрой и надежной передачи данных не просто отличный транспорт, а огромная транспортная магистраль.

И как же отреагировало королевство Bluetooth на происки врагов? Выдвинуло на престол Bluetooth 3.0 — нового короля. Быстрого, экономичного, недорого, совместимого с предыдущими. В общем, мечта монархии.

Не будем в красках описывать его достоинства, а просто сравним Bluetooth 3.0 с его предшественником Bluetooth 2.0. Сводная таблица ниже расскажет, как эволюционировал третий стандарт, чтобы выжить в мире конкуренции.

Таблица 1. Сравнение возможностей Характеристика Bluetooth 2.0 Bluetooth 3.0 Скорость передачи данных От 1 до 3 Мбит/с От 2,1 до 480 Мбит/с Используемая технология передачи данных Enhanced Data Rate (EDR) Alternate MAC PHY — Enhanced Data Rate (EDR) для передачи данных небольшого объема IEEE 802.11 для передачи больших объемов данных Поддержка Multicast (многократной передачи одних и тех же данных между несколькими устройствами) Режим широковещательной (Broadcast) рассылки Пакетная передача данных, основанная на логическом адресе устройства Поддержка Unicast (направленной передачи данных без явного установления соединения) Отсутствует Unicast Connectionless Data — технология передачи данных между двумя устройствами без явного создания логического канала (L2CAP). Существенно ускоряет соединение и передачу небольших объемов данных Система QoS (quality of service) — управление передачей данных без задержек, связанных с ее планированием Реализация для передачи данных объемом от мегабайта и выше в пределах одной пикосети Усовершенствованная QoS, оптимизированная для передачи потокового видео и звука HD-качества в пределах нескольких пикосетей Распределенный контроль доступа к среде 255 подчиненных устройств связываются с мастер-устройством для создания piconet. Упрощенная схема объединения piconet в scarretnet Edvanced Topology Management — прозрачное для пользователя объединение устройств в piconet или scarretnet любой конфигурации Безопасность передачи данных Технология аутентификации и шифрования передаваемых данных, основанная на 48-битном открытом ключе для адреса устройства и 128-битном открытом ключе для данных Та же технология. Дополнительные функции: — приостановка (пауза) шифрования; — периодическая (каждые 23,3 часа) смена ключей шифрования для длительно соединенных устройств

 

Если попытаться получить сухой остаток из приведенных в таблице данных, становится ясно, что:

1. Стандарт Bluetooth 3.0 решил проблему низкой скорости передачи за счет использования дополнительного широковещательного канала IEEE 802.11 при передаче больших файлов. Для небольших файлов продолжает работать технология ERD из стандарта 2.0. При этом Bluetooth 3.0 не наступает на мозоль Wi-Fi-сетям (IEEE 802.11b/g/n), поскольку использует общий принцип организации транспортной среды 802.11, а не его конкретные Wi-Fi-реализации.

2. Существенно улучшена процедура «спаривания» устройств. Например, снижено время передачи данных небольшого объема за счет упрошенной процедуры опознавания, в то же время для массовой рассылки или передачи больших объемов данных используется принцип пакетной передачи, похожий на работу локальных сетей.

3. За счет улучшенного управления топологией множество устройств просто и прозрачно для пользователя могут соединяться как в пикосети, так и в большие распределенные сети. Например, пользователю не нужно будет задумываться, как объединить свой домашний компьютер, принтер, телевизор, ноутбук, коммуникатор и прочие гаджеты, чтобы они могли видеть друг друга и передавать данные. Все это подключаемо, что называется, на лету.

4. Безопасность передачи данных в Bluetooth 3.0 вплотную приблизилась к стандартам «взрослых» сетей. Несмотря на то, что размеры ключей и принципы шифрования позаимствованы из стандарта 2.0, за счет различных улучшений, например пауз в процессе шифрования и периодической автоматической смены ключей, безопасность обмена данными становится значительно выше.

 

ПОСЛЕСЛОВИЕ

Время не стоит на месте. И даже для хорошо зарекомендовавших себя стандартов наступает момент, когда конкуренты наступают им на пятки. Чтобы не стать аутсайдером, нужно развиваться. И технология Bluetooth в своей третьей редакции показывает, как это нужно делать правильно. Гибкий подход к формированию стандарта позволил в короткие сроки решить основную проблему Bluetooth — низкую для нынешнего HD-времени скорость передачи. Различные же другие дополнения стали хорошим обрамлением нового высокоскоростного стандарта.

Уверен, что «голубой огонек» не погаснет в новых моделях различных мобильных гаджетов. Да здравствует король!

 

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ

 — Официальный сайт Bluetooth SIG

 — Официальный сайт Института IEEE

 — Официальный сайт Wi-Fi Alliance

 — Группа разработки Wireless USB

 

НА ДИСКЕ

Детальные спецификации стандартов Bluetooth 2.0 и 3.0 (в формате PDF)






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.