Как работает Bluetooth

По мере того, как наш мир становится все более взаимосвязанным, мы внедрили множество технологий, которые помогают нам оставаться на связи с нашими друзьями и семьей. Одной из самых популярных является технология Bluetooth, которую можно найти во многих устройствах, которые мы используем каждый день. Беспроводная технология соединяет мышей и клавиатуры на наши компьютеры. Он соединяет наши телефоны с нашими автомобилями, чтобы узнавать последние подкасты во время утренних поездок на работу, а также соединяет наши умные часы и трекеры активности с нашими смартфонами.

Когда каким-либо двум устройствам необходимо обмениваться данными друг с другом, они должны согласовать ряд пунктов, прежде чем разговор может начаться. Первый пункт соглашения - физический: будут ли они разговаривать по проводам или беспроводным сигналам? Если они используют провода, сколько потребуется - один, два, восемь или 25? Как только физические атрибуты определены, возникает еще несколько вопросов:

Не имея физического подключения, Bluetooth Special Interest Group (SIG) создает стандарты беспроводной технологии, которые производители оборудования могут использовать при создании новых устройств. По мере развития технологий развивается и технология беспроводной связи. На момент написания этой статьи разработчики использовали два стандарта технологии Bluetooth, чтобы вы оставались на связи. Несмотря на то, что они похожи, есть небольшие различия, которые делают их полезными для разных приложений. Ниже мы узнаем о двух типах технологии Bluetooth.

1. Соединения Bluetooth
2. Как работает технология Bluetooth
3. Диапазон Bluetooth
4. Безопасность Bluetooth

Беспроводная связь сейчас стала обычным явлением. У многих из нас есть подключение к Интернету через Wi-Fi в офисах и домах. Но устройства Bluetooth обмениваются данными напрямую друг с другом, а не отправляют трафик через промежуточное устройство, такое как беспроводной маршрутизатор. Это делает жизнь очень удобной и снижает потребление энергии, продлевая срок службы батареи .

Устройства Bluetooth взаимодействуют с помощью радиоволн малой мощности в диапазоне частот от 2,400 ГГц до 2,483,5 ГГц [источник: Bluetooth Special Interest Group (SIG) ]. Это одна из немногих групп, которые запрещены международным соглашением для использования промышленных, научных и медицинских устройств (ISM).

Многие устройства, которые вы, возможно, уже используете, используют преимущества этого же радиочастотного диапазона, в том числе радионяни , устройства открывания гаражных ворот и беспроводные телефоны новейшего поколения . Важно убедиться, что устройства Bluetooth и другие технологии беспроводной связи не мешают друг другу.

По состоянию на 2020 год существует два типа технологии Bluetooth: Bluetooth Low Energy (LE) и Bluetooth Classic (более формально известный как Bluetooth Basic Rate / Enhanced Data Rate или BR / EDR) [источник: Bluetooth SIG ]. Оба работают в одном частотном диапазоне, но Bluetooth LE, безусловно, является более популярным вариантом. Для работы ему требуется гораздо меньше энергии, и он также может использоваться для широковещательных или ячеистых сетей в дополнение к обеспечению связи по двухточечным соединениям между двумя устройствами.

Классическая технология Bluetooth может обеспечивать немного более высокую скорость передачи данных, чем Bluetooth LE (3 Мбит / с по сравнению с 1 Мбит / с или 2 Мбит / с), но может использоваться только для прямой связи между двумя устройствами с использованием соединений точка-точка. Каждый из двух типов технологии Bluetooth имеет свои сильные стороны, и производители выбирают ту версию, которая лучше всего соответствует потребностям их продукта.

Почему это называется Bluetooth?

Харальд Блютуз был королем Дании в конце 900-х годов. Ему удалось объединить Данию и часть Норвегии в единое королевство, а затем ввести христианство в Данию. В память о своих родителях он оставил большой памятник - рунический камень Еллинг. Он был убит в 986 году во время битвы со своим сыном Свендом Форкбёрдом. Выбор этого названия для стандарта показывает, насколько важны компании из Северного региона (страны, включая Данию, Швецию, Норвегию и Финляндию) для индустрии связи, даже если это мало говорит о том, как работает технология.

Устройства Bluetooth BR / EDR всегда должны быть сопряжены, и эта процедура приводит к тому, что каждое из двух устройств доверяет другому и может безопасно обмениваться данными с использованием шифрования.

Когда устройства Bluetooth BR / EDR находятся в пределах досягаемости друг друга, происходит электронный разговор, чтобы определить, доверяют ли они друг другу или нет, и есть ли у них данные для обмена. Обычно пользователю не нужно нажимать кнопку или отдавать команду - электронный разговор происходит автоматически. После разговора устройства - будь то часть компьютерной системы или стереосистема - образуют сеть.

Bluetooth LE работает иначе. Устройства также могут быть спарены для создания доверительных отношений между ними, но не для всех типов продуктов это требуется. Устройство Bluetooth LE, которое хочет быть обнаруженным, передает специальные сообщения (известные как пакеты) в процессе, называемом рекламой. Рекламные пакеты содержат полезную информацию о рекламном устройстве. Другое подходящее устройство найдет рекламное устройство путем сканирования (прослушивания) рекламных пакетов и выбора тех, которые поступают от соответствующих устройств. Обычно сканирование происходит только тогда, когда пользователь запускает его, скажем, нажав кнопку в приложении для смартфона. Обычно пользователю затем предоставляют подробную информацию о соответствующих устройствах, которые были обнаружены, и затем он выбирает одно для подключения.

Периферийные устройства Bluetooth (например, трекер активности и умные часы), подключенные к одному и тому же центральному устройству (например, смартфону), образуют персональную сеть (PAN) или пикосетькоторые могут занимать все здание или могут охватывать расстояние не большее, чем расстояние между смартфоном в кармане и часами на запястье. После создания пикосети ее участники переключаются на радиочастоты в унисон, чтобы оставаться на связи друг с другом и избегать создания помех другим пикосетям Bluetooth, которые могут работать в той же комнате, или устройствам, использующим другие беспроводные технологии, такие как Wi-Fi. Технология Bluetooth даже изучает, какие радиоканалы работают хорошо, а какие испытывают помехи, чтобы динамически избегать плохих каналов и просто использовать каналы, свободные от помех. Этот процесс, называемый адаптивной скачкообразной перестройкой частоты, позволяет устройствам Bluetooth работать очень хорошо даже в средах, где работает очень большое количество беспроводных устройств.

Хотя многие думают о Bluetooth в первую очередь как о технологии ближнего действия, его также можно использовать для подключения устройств, находящихся на расстоянии более километра (3280 футов) друг от друга [источник: Bluetooth SIG ]. Фактически, многие типы продуктов, такие как беспроводные наушники, требуют, чтобы диапазон связи устройств был очень коротким. Но поскольку технология Bluetooth очень гибкая и может быть настроена в соответствии с потребностями приложения, производители могут настраивать параметры Bluetooth на своих устройствах для достижения необходимого диапазона, одновременно увеличивая время автономной работы и достигая наилучшего качества сигнала.

На радиус действия Bluetooth-устройств влияют несколько факторов:

Одно из последних обновлений технологии Bluetooth представило технику, называемую прямым исправлением ошибок (FEC ), для повышения чувствительности приемника. FEC исправляет ошибки данных, которые обнаруживаются на принимающей стороне, и увеличивает эффективную дальность действия устройства в четыре или более раз без необходимости использования большей мощности передачи. Это означает, что устройство может успешно получать данные, когда оно находится на гораздо большем расстоянии от передатчика, где сигнал будет намного слабее [источник: Bluetooth SIG ].

Технология Bluetooth включает ряд мер безопасности, которые могут удовлетворить даже самые строгие требования безопасности, такие как те, которые включены в Федеральные стандарты обработки информации (FIPS).

При настройке нового устройства пользователи обычно проходят процесс, называемый сопряжением . Сопряжение снабжает каждое устройство специальными ключами безопасности и заставляет их доверять друг другу. Устройство, которому требуется сопряжение, не будет подключаться к другому устройству, с которым оно не было сопряжено.

Эти ключи безопасности позволяют технологии Bluetooth различными способами защищать данные и пользователей. Например, данные, которыми обмениваются устройства, могут быть зашифрованы, чтобы другие устройства не могли их прочитать. Он также может позволить замаскировать адрес, который действует как идентификатор устройства и который используется в беспроводном обмене данными, и изменять его каждые несколько минут. Это защищает пользователей от риска отслеживания с использованием данных, передаваемых их личными электронными устройствами.

Если у вас есть устройства с поддержкой Bluetooth, вы испытали это на себе. Например, если вы покупаете беспроводную мышь, при первом включении вы подключаете ее к устройству, с которым планируете использовать. Вы можете включить мышь, а затем перейти к настройкам Bluetooth на своем компьютере, чтобы выполнить сопряжение устройства, как только вы увидите его имя в списке ближайших аксессуаров Bluetooth. Компьютер может обрабатывать сразу несколько соединений Bluetooth одновременно. Вы можете использовать беспроводную мышь, клавиатуру и наушники.

Однако производители этих аксессуаров собираются ограничить количество подключений до одного за раз. Вы хотите, чтобы клавиатура печатала только на компьютере, а наушники - специально для вашего телефона. Некоторые позволяют пользователю сопрягать устройство с несколькими компьютерами, планшетами или телефонами, но им может быть разрешено подключаться только к одному за раз. Все зависит от того, что производитель посчитал разумным для своего продукта.

Некоторым устройствам требуется код для безопасности при сопряжении с другим устройством. Это пример аутентификациии это гарантирует, что устройство, с которым вы устанавливаете доверительные отношения, является именно тем устройством, которое вы думаете, а не другим устройством где-то еще в среде. Например, многие автомобили позволяют принимать звонки, не снимая рук с руля. В первый раз, когда вы захотите воспользоваться этой функцией, вам придется соединить телефон и автомобильную аудиосистему с помощью автомобильного развлекательного дисплея и смартфона. Автомобиль выдает вам номер для ввода. Телефон позволяет узнать, что устройство хочет выполнить сопряжение, с помощью числового кода. Вы вводите код с развлекательного дисплея, чтобы подтвердить, что это авторизованное сопряжение. После этого вы можете использовать систему громкой связи без необходимости повторного сопряжения.

Пользователь также может контролировать видимость устройства для других устройств Bluetooth. Например, на компьютере или смартфоне вы также можете просто переключить режим Bluetooth устройства на «неоткрываемый» или просто отключить Bluetooth, пока он вам снова не понадобится.

Первоначально опубликовано: 11 ноября 2019 г.

В чем разница между Wi-Fi и Bluetooth?

Что такое драйвер Bluetooth?

Какие устройства используют Bluetooth?

Кто регулирует технологию Bluetooth?

Какая последняя версия Bluetooth?

Как добавить Bluetooth на ПК?

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок

Источники