Диапазон максимальной скорости для типа сети Bluetooth

Обновлено: 21.11.2024

Компонент Bluetooth – это реализация, которая содержит некоторые функции Bluetooth и может быть включена в другой компонент или продукт.

Связанные термины:

Скачать в формате PDF

Об этой странице

Стандарты и технологии беспроводной широкополосной связи

15.2.4 Bluetooth SIG

Специальная группа по интересам Bluetooth (SIG) – это отраслевая ассоциация, состоящая только из членов, которая занимается разработкой стандартов Bluetooth и лицензированием технологий и товарных знаков Bluetooth для производителей устройств [ 4 ]. Bluetooth — это беспроводная технология малого радиуса действия, изначально разработанная как IEEE 802.15.1 для низкоскоростного обмена информацией между совместимыми беспроводными устройствами, такими как мобильные телефоны, ноутбуки, компьютеры, принтеры и цифровые камеры, на короткие расстояния через радиочастотный диапазон ISM. SIG владеет торговой маркой Bluetooth и предоставляет лицензии компаниям, внедряющим беспроводную технологию Bluetooth в свои продукты. Чтобы стать лицензиатом, компания должна стать членом Bluetooth SIG. SIG также управляет квалификационной программой Bluetooth SIG, процессом сертификации, необходимым для любого продукта, использующего беспроводную технологию Bluetooth, и предварительным условием лицензии на интеллектуальную собственность для технологии Bluetooth. Основными задачами SIG являются публикация спецификаций Bluetooth, защита товарных знаков Bluetooth и продвижение технологии Bluetooth.

Чтобы использовать технологию Bluetooth, устройство должно иметь возможность интерпретировать определенные профили Bluetooth, которые являются определениями возможных приложений, и задавать общее поведение, которое устройства с поддержкой Bluetooth используют для связи с другими устройствами Bluetooth. Эти профили включают настройки для параметризации и управления связью с начала сеанса. Соблюдение профилей экономит время при повторной передаче параметров до того, как двунаправленная связь станет эффективной. Существует множество профилей Bluetooth, описывающих множество различных типов приложений или вариантов использования устройств.

Беспроводная связь — Bluetooth и Zigbee

11.2.7 Оценка Bluetooth

Bluetooth – это замечательная технология, позволяющая осуществлять беспроводную связь на небольшом расстоянии. Это имеет много ценных применений, где провода навязчивы, дороги или сложны в установке. Недавние усовершенствования Bluetooth позволили передавать высококачественные аудиоданные и увеличить радиус действия, поэтому возможности и приложения для Bluetooth постоянно растут. Важной новой версией протокола является Bluetooth Smart, ранее называвшийся Bluetooth Low Energy (BLE); это предназначено для приложений с низким энергопотреблением. Объем не позволяет нам осветить BLE в этой книге. Однако интересно отметить, что некоторые платы с поддержкой mbed имеют эту возможность, и на веб-сайте mbed есть информация о поддержке.

Конкурентоспособный ландшафт технологий Интернета вещей

Олоф Либерг, . Иоахим Сакс, Сотовый Интернет вещей, 2018 г.

9.1.2.1.2 BLE

Bluetooth был разработан как технология беспроводной связи ближнего действия [27,28] и зарекомендовал себя как ведущая технология для личных сетей. С выпуском основной спецификации Bluetooth 4.0 [29] в 2010 году был представлен новый режим передачи под названием Bluetooth Low Energy (BLE), который значительно снижает энергопотребление по сравнению с классическим Bluetooth. BLE стал важным первым шагом на пути расширения экосистемы Bluetooth к Интернету вещей.

BLE использует диапазон ISM 2,4 ГГц. Спектр разделен на 40 каналов с интервалом между каналами 2 МГц, из которых 37 каналов данных и 3 используются в качестве рекламных каналов. Скачкообразная перестройка частоты применяется для смягчения воздействия помех. Модуляция основана на Гауссовой частотной манипуляции, а скорость передачи данных по воздуху может достигать 1 Мбит/с. Была принята архитектура ведущий-ведомый для назначения асимметричных ролей устройствам; периферийные устройства выполняют лишь минимальное количество функций для обеспечения сверхнизкого энергопотребления, в то время как центральные устройства выполняют функции координации. BLE имеет короткое время установки соединения и передачи данных, поэтому приложения могут передавать аутентифицированные данные в течение нескольких миллисекунд. BLE позволяет осуществлять связь с установлением или без установления соединения. Он поддерживает фрагментацию и повторную сборку больших пакетов данных в небольшие радиокадры, которые затем передаются по радиоинтерфейсу. Это позволяет BLE поддерживать услуги передачи данных с большими пакетами (например, IP-пакетами).

Анализ вариантов использования BLE для автоматизации зданий выполнен в ссылках [16,30–32]. При односкачковом развертывании дальность действия BLE при развертывании в помещении составляет порядка 10 м, а для обеспечения покрытия на офисном этаже площадью 1000 м 2 требуется около пяти шлюзов BLE [32].

В 2014 году Bluetooth Special Interest Group (BT SIG), форум по стандартизации Bluetooth, опубликовал профиль поддержки интернет-протокола [33] , который обеспечивает IP-подключение для устройств BLE. Кроме того, IETF стандартизировала стандарт сквозного подключения IPv6 через BLE [34], включая сжатие заголовков. Это позволяет предоставлять сквозные услуги Интернета вещей на основе IP через системы BLE [35].

Недавно произошла дальнейшая эволюция BLE с запуском Bluetooth 5 – базовой спецификации Bluetooth 5.0 [36,37] . Он включает четырехкратное увеличение дальности связи при низких скоростях передачи данных (т. е. 125 кбит/с) и удвоение пиковых скоростей передачи данных (до 2 Мбит/с). Группа BT SIG также объявила, что продолжается разработка расширения BLE для ячеистых сетей, что еще больше расширит возможности BLE, см., например, ссылку [38] .

Пьезоэлектрические материалы на основе кварца

Bluetooth

Bluetooth – это стандарт связи ближнего радиуса действия, установленный корпорацией Ericsson. Отраслевая группа Bluetooth-SIG в основном работает над улучшением этого стандарта и сертификацией приложений этой технологии. Bluetooth использует частоту диапазона ISM 2,4 ГГц и использует частотную манипуляцию Гаусса для связи. Расстояние связи составляет около 100 м или меньше.

Технология Bluetooth обеспечивает беспроводную связь между электронными устройствами. Выбранный профиль регулирует поток информации и содержит последовательную, параллельную и IP-связь, а также устройства ввода-вывода, такие как клавиатуры. Один и тот же профиль должен использоваться для связи между устройствами. Стандарт Bluetooth в настоящее время часто используется для компьютерных устройств ввода-вывода и беспроводных гарнитур для сотовых телефонов. Во многих случаях Bluetooth практически заменил инфракрасную связь в этих устройствах.

Помощь в проживании

Джереми Линскелл, Гай Дьюсбери, Handbook of Electronic Assistive Technology, 2019 г.

Bluetooth

Bluetooth — это еще один стандарт WPAN, работающий в диапазоне 2,4 ГГц с использованием метода, называемого расширением спектра со скачкообразной перестройкой частоты. Он предназначен для работы на расстоянии от 10 до 100 м, хотя обычно работает на расстоянии 10 м или меньше. Его разработка началась в 1989 году в Ericsson Mobile под названием «радиотехнология короткой связи» для обеспечения связи с беспроводными гарнитурами и была названа Bluetooth в 1997 году, когда Intel перепрофилировала ее для связи между мобильными телефонами и компьютерами. Ведущее устройство может обмениваться данными с семью устройствами в специальной сети Bluetooth, называемой пикосетью, в которой можно переключаться между ролями ведущего и ведомого. Bluetooth был стандартизирован как IEEE 802.15.1. Он претерпел непрерывную эволюцию, и в 2010 году был принят Bluetooth 4.0, также известный как Bluetooth Smart, включающий Bluetooth LE (с низким энергопотреблением). Существует ряд устройств домашней автоматизации, поддерживающих Bluetooth, таких как замки, жалюзи и светодиодное освещение, но что делает эту технологию настолько важной на арене дома престарелых, так это ее массовое проникновение на рынок через компьютеры и особенно смартфоны. Можно наблюдать широкомасштабное распространение датчиков с поддержкой Bluetooth и совместимых приложений в сфере здоровья и благополучия. В частности, Bluetooth LE предлагает множество возможностей для носимых устройств, которые могут обмениваться данными со смартфонами. Большинство новых смартфонов под управлением Android, iOS и Windows теперь поддерживают Bluetooth LE в стандартной комплектации.

Сеть: проводная и беспроводная

Bluetooth

Bluetooth был разработан как PAN для подключения компьютеров, мобильных телефонов и других устройств на расстоянии до 10 метров. Это низкоскоростной метод передачи данных. Bluetooth работает в том же нелицензированном диапазоне частот от 2,4 до 2,483 ГГц, что и Wi-Fi. Он использует метод, известный как расширение спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS), при котором данные делятся на фрагменты и передаются через несущую, которая переключается с одной случайной частоты на другую. Данные передаются со скоростью 1 Мбит/с с использованием FSK. Также доступна форма Bluetooth с повышенной скоростью передачи данных для передачи на более высоких скоростях до 3 Мбит/с. Диапазон составляет 10–50 м в зависимости от окружающей среды. Стандарт находится в ведении Bluetooth Special Interest Group.

Более поздние версии Bluetooth используют другую форму FHSS и предназначены для работы с меньшим энергопотреблением. Названный Bluetooth Low Energy (BLE), он доступен в нескольких формах для скоростей передачи данных 1 или 2 Мбит/с. Узлы BLE могут годами работать от одной кнопочной ячейки из-за очень низкого потребления тока. В более новой версии BLE под названием Bluetooth 5 используются другие схемы модуляции и кодирования для достижения скорости передачи данных до 2 Мбит/с на расстоянии до 50 м и более.

Одной из основных особенностей Bluetooth является возможность формирования небольших сетей, называемых пикосетями. Он делает это, связывая два устройства Bluetooth вместе. Один служит главным контроллером и может подключаться к семи другим ведомым устройствам Bluetooth.После настройки PAN различные подключенные устройства могут обмениваться информацией друг с другом через главное устройство.

Безусловно, Bluetooth чаще всего используется в беспроводных гарнитурах для смартфонов. Другие распространенные области применения — динамики Bluetooth для смартфонов или планшетов, а также системы громкой связи в автомобилях. Но вы также столкнетесь с ним в некоторых беспроводных соединениях между ПК и мышью или клавиатурой. Bluetooth может быть наиболее широко используемым стандартом беспроводной связи в мире, потому что он используется во многих смартфонах, ноутбуках и другом потребительском оборудовании. Были проданы миллиарды чипов Bluetooth.

Сосуществование ZigBee

8.4 Сосуществование с Bluetooth

Системы Bluetooth работают в диапазоне ISM 2,4 ГГц и используют метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) вместо DSSS для расширения своих сигналов. На рис. 8.3 показан основной механизм работы Bluetooth. Полоса пропускания передаваемого сигнала составляет 1 МГц, но частотный канал изменяется с помощью псевдослучайной последовательности. Максимальное количество переходов в Bluetooth составляет 1600 переходов в секунду в состоянии подключения. В Bluetooth 79 частотных каналов, разделенных 1 МГц:

Рисунок 8.3. (а) каналы IEEE 802.15.4 и (б) каналы Bluetooth

где k — номер канала.

Типичная выходная мощность Bluetooth может достигать 20 дБм. Версии Bluetooth 1.1 и 1.2 были ратифицированы как IEEE 802.15.1. Но будущие версии Bluetooth не будут ратифицированы как какой-либо стандарт IEEE. Bluetooth версии 2.0 и выше может обеспечить скорость передачи данных до 3 Мбит/с. Тип устройства в Bluetooth может быть ведущим или ведомым. Ведущее устройство может обмениваться данными с семью устройствами в количестве до семи. Подчиненные устройства периодически синхронизируют свои часы с ведущим устройством.

FHSS, как и DSSS, обеспечивает выигрыш в обработке, что повышает вероятность успешной доставки пакетов при наличии помех. Сигнал IEEE 802.15.4 имеет полосу пропускания 2 МГц и может создавать помехи для трех каналов Bluetooth. Таким образом, если соседнее устройство Bluetooth использует все 79 каналов для скачкообразной перестройки частоты, максимальная вероятность помех между одним узлом ZigBee и узлом Bluetooth составляет 3 из 79 переходов, что составляет примерно 4%.

Однако устройство Bluetooth может снизить эффект присутствия сети ZigBee (или любой другой сети) за счет использования адаптивной скачкообразной перестройки частоты (AFH). AFH идентифицирует каналы, в которых присутствуют помехи, и помечает эти каналы как «плохие каналы». Затем последовательность скачков изменяется таким образом, чтобы избежать частотных каналов с помехами высокого уровня. Плохие каналы в шаблоне скачкообразной перестройки частоты заменяются хорошими каналами с помощью таблицы поиска. Мастер Bluetooth может периодически прослушивать плохой канал, и если помехи исчезли, канал помечается как хороший канал. Ведомые устройства Bluetooth также могут при необходимости отправлять мастеру отчет о качестве канала. Метод AFH не только повышает производительность сети Bluetooth, но и уменьшает влияние сети Bluetooth на другие близлежащие сети, которые не поддерживают Bluetooth.

Устройства Bluetooth могут не заметить наличие сети ZigBee из-за низкого рабочего цикла и низкого энергопотребления типичных узлов ZigBee. Если частотный канал, используемый сетью ZigBee, не помечен как плохой канал, сеть Bluetooth может создавать помехи для сети ZigBee в зависимости от расстояния между узлами Bluetooth и ZigBee.

Подходы Connected Health к мониторингу ран

7.5.1 Bluetooth

Стандарт Bluetooth появился в результате развития технологий мобильных устройств в середине-конце 1990-х годов. Обоснованием разработки стандарта Bluetooth послужило желание заменить проводную связь между мобильными устройствами, например связь между мобильным телефоном и гарнитурой или между мобильным телефоном и персональным компьютером. Намерение состояло в том, чтобы разработать стандарт, который обеспечил бы модульную технологию замены кабеля с низким энергопотреблением, которая была бы совместима с различными производителями. Стандарт включает спецификацию таких параметров, как частота связи, формат данных, управление каналом, управление и т. д.

Хотя Bluetooth задумывался как решение с низким энергопотреблением, энергопотребление устройств с поддержкой Bluetooth остается относительно высоким. Линии связи Bluetooth обычно обеспечивают беспроводную передачу данных на расстояние от 10 до 100 м. Bluetooth основан на передаче сигналов на частоте 2,4 ГГц. Большинство современных смартфонов, планшетных компьютеров и ноутбуков поддерживают Bluetooth.За развитием Bluetooth следит Специальная группа Bluetooth [14] .

Ощущение Bluetooth

Пол Брекель, Достижения в области компьютеров, 2011 г.

1.3 Спецификации и соответствие

Архитектура BT сочетает в себе аппаратное и программное решение с логическим разделением для упрощения на три основных компонента: приемопередатчик, основной диапазон и стек протоколов. Радиочастотный (РЧ) приемопередатчик отвечает за отправку и прием сообщений на устройство и с него. BT Baseband отвечает за управление сетью BT между устройствами. Стек протоколов BT отвечает за обработку сообщений и предоставление профилей услуг для функций BT между сетевыми устройствами. Группа BT SIG, которая является руководящим органом по технологии BT, первоначально утвердила и выпустила документ с подробным описанием спецификаций и соответствия этих компонентов в 1999 году. С момента этого первоначального выпуска технология BT и ее спецификации претерпели несколько изменений. В таблице I перечислены общедоступные версии спецификаций, начиная с этой первоначальной версии в 1999 году. Согласно BT SIG, самая последняя официальная спецификация была выпущена в апреле 2009 года, и они запланировали несколько функций для будущих версий. Эта новейшая выпущенная и утвержденная версия BT, v. 3.0 + HS, что означает High Speed, сохраняет простоту и легкость подключения, уже ожидаемые от BT, но сочетает в себе скорость и эффективность Wi-Fi. .

Таблица I . Официальные версии спецификаций Bluetootha

< td>Улучшенное соответствие основным целям проектирования, заключающимся в более высокой пропускной способности и более низком энергопотреблении. Называется Enhanced Date Rate (EDR): (скорость передачи = 2–3 Мбит/с)
РедакцияДата выпускаОписание
v1.0A26 июля 1999 г.Недолговечный, первый общедоступный выпуск спецификаций Bluetooth и требований соответствия, который включал ограниченная функциональность профиля
v1.0B1 декабря 1999 г.Первая поправка к Спецификации и соответствию Bluetooth, в основном касающаяся исправлений обновления до версии 1.0A. Первые продукты, вышедшие на рынок, соответствовали этой версии спецификации
v1.122 февраля 2001 г.Улучшена совместимость производителей Устройства Bluetooth, улучшенное общее удобство использования устройства и расширенные профили доступных функций
v1.25 ноября 2003 г.Уменьшено помехи другим устройствам в ISM-диапазоне хоста, увеличенная пропускная способность и улучшенное качество звука за счет реализации FHSS. Упоминается как базовая скорость: (скорость передачи = 1 Мбит/с)
v2.0 + EDR9 ноября 2004 г.
v2.1 + EDR26 июля, 2007 г.Увеличение доступных функциональных профилей, повышенная безопасность сети (в частности, сопряжение), более низкое энергопотребление и измененные спецификации для адаптации технологии для включения высокой пропускной способности (скорость передачи = 3 Мбит/с)
v3.0 + HS21 апреля 2009 г.Увеличена пропускная способность и улучшена безопасность (через альтернативный MAC/PHY для передачи больших объемов данных ), оптимизировано управление питанием (скорость передачи = до 24 Мбит/с)
v4.030 июня 2010 г.Bluetooth с низким энергопотреблением (он же Wibree), широковещательный канал, улучшенное качество обслуживания
Будущее. UWB до 60 ГГц тд>

Специальная группа Bluetooth, Спецификация системы Bluetooth (04.11.2004): Часть C, 55–57.

Беспроводная персональная сеть — Bluetooth

19.13 WAP и Bluetooth

Bluetooth можно использовать с WAP, как и с любой другой беспроводной сетью. Беспроводные сети Bluetooth можно использовать для передачи данных от клиента WAP на сервер WAP. Клиент WAP может использовать SOP Bluetooth для поиска сервера/шлюза WAP. Это очень полезно, когда устройство WAP является мобильным телефоном и когда оно входит в зону действия сервера WAP, оно может использовать SDP Bluetooth для обнаружения шлюза. Bluetooth SDP должен предоставлять клиенту WAP некоторые сведения о WAP-сервере.

Другая функция, которая может поддерживаться, обратна описанной выше. Сервер WAP может периодически проверять наличие клиентов с поддержкой WAP в своем диапазоне. Для этого можно использовать SDP Bluetooth. Если есть какие-либо клиенты, сервер может передать клиенту любые данные. Клиент, конечно, не обязан принимать передаваемые ему данные.

Эффективный и надежный диапазон между Bluetooth-устройствами составляет от более километра до менее метра.

Что определяет радиус действия Bluetooth?

На вопрос о дальности действия технологии Bluetooth® можно ответить так: это зависит.

В отличие от других беспроводных технологий, технология Bluetooth предназначена для поддержки широкого диапазона достижимых диапазонов между двумя устройствами, предоставляя разработчикам невероятную гибкость для создания беспроводных решений, которые наилучшим образом соответствуют потребностям их целевого варианта использования.

Несколько ключевых факторов влияют на радиус действия надежного соединения Bluetooth, в том числе следующие:

Радио Спектр

Спектр радиочастот простирается от 30 Гц до 300 ГГц. Чем ниже частота, тем больше диапазон. Однако чем ниже частота, тем ниже скорость передачи данных, которую он может поддерживать. В результате выбор радиочастотного спектра сопряжен с компромиссом между диапазоном и скоростью передачи данных.

Технология Bluetooth® использует полосу спектра ISM 2,4 ГГц (от 2 400 до 2 483,5 МГц), что обеспечивает хороший баланс между радиусом действия и пропускной способностью. Кроме того, во всем мире доступен диапазон 2,4 ГГц, что делает его настоящим стандартом беспроводной связи с низким энергопотреблением.

Физический уровень (PHY) беспроводной технологии определяет схему модуляции и другие методы, используемые для отправки данных в определенном диапазоне радиочастот (РЧ). Это включает в себя количество доступных каналов, эффективность их использования, использование исправления ошибок, наличие защиты для противодействия помехам и многое другое. Если вы сравните радиочастотную коммуникацию с вербальной коммуникацией, вы можете думать, что PHY определяет скорость и ясность вашей речи. И то, и другое влияет на диапазон, в котором вас слышно.

Технология Bluetooth® предоставляет несколько параметров PHY, каждый из которых имеет разные характеристики, определяющие эффективный диапазон и скорость передачи данных.

Чувствительность приемника

Чувствительность приемника – это мера минимальной мощности сигнала, которую приемник может интерпретировать. Другими словами, это самый низкий уровень мощности, при котором приемник может обнаружить радиосигнал, поддерживать соединение и при этом демодулировать данные. Воспринимайте чувствительность приемника как меру того, насколько хорошо вы слышите, или самый тихий звук, который вы можете и понять.

Технология Bluetooth® указывает, что устройства должны обеспечивать минимальную чувствительность приемника от -70 дБм до -82 дБм, в зависимости от используемого физического уровня. Однако реализации Bluetooth обычно обеспечивают гораздо более высокие уровни чувствительности приемника. Например, средние реализации Bluetooth LE 125K (Coded) PHY обеспечивают чувствительность приемника -103 дБм.

Мощность передачи

Выбор уровня мощности передачи — это конструктивный компромисс между дальностью действия и потребляемой мощностью. Чем выше мощность передачи, тем больше вероятность того, что сигнал будет слышен на больших расстояниях и тем больше будет эффективная дальность действия. Однако увеличение мощности передачи увеличивает энергопотребление вашего устройства. Думайте о мощности передачи как о громкости вашего голоса. Чем громче вы говорите, тем дальше кто-то может вас услышать, но тем больше энергии это отнимает.

Технология Bluetooth® поддерживает мощность передачи от -20 дБм (0,01 мВт) до +20 дБм (100 мВт).

Усиление антенны

Антенна преобразует электрическую энергию передатчика в электромагнитную энергию (или радиоволны) и наоборот для приемника. Расположение антенны, размер корпуса и конструкция могут сильно повлиять на эффективность передачи и приема сигнала. А типы и размеры антенн и их эффективность в преобразовании электрической энергии в электромагнитную и фокусировке направления энергии могут сильно различаться.

Эффективное усиление антенны относится как к передающей, так и к приемной антенне. Направленное влияние антенны похоже на разговор или прослушивание через конус, чтобы сфокусировать энергию звука.

Разработчики технологий Bluetooth® могут использовать различные варианты антенн. Проектирование антенны — это не только наука, но и искусство. Устройства Bluetooth обычно обеспечивают усиление антенны в диапазоне от –10 дБи до +10 дБи.

Потеря пути

Потери на пути — это снижение уровня сигнала, возникающее при распространении радиоволн по воздуху. Потери на пути или затухание на пути происходят естественным образом на расстоянии и зависят от среды, в которой передается сигнал.Препятствия между передатчиком и приемником могут ухудшить качество сигнала.

Аттенюаторы могут быть любыми: от влаги и осадков до стен, окон и других препятствий из стекла, дерева, металла или бетона, включая металлические башни или панели, которые отражают и рассеивают радиоволны. Хотя радиоволны могут проходить сквозь объекты, степень затухания и эффективных потерь на трассе зависит от типа и плотности препятствия. Подумайте о том, когда вы пытаетесь услышать кого-то в соседней комнате, и о разнице между громкостью и четкостью того, что вы слышите, если стена, которая вас разделяет, сделана из дерева по сравнению с бетоном.

Как и все коммуникационные технологии, Bluetooth лучше подходит для одних приложений, чем для других. Если вы планируете использовать Bluetooth, вот краткое описание основных факторов, определяющих эффективную дальность связи Bluetooth, а также некоторые способы улучшить его с помощью сети. В эту статью добавлена ​​информация о производительности Bluetooth 5.

Bluetooth Classic и Bluetooth с низким энергопотреблением

Bluetooth изначально был разработан для обмена большими объемами данных на близком расстоянии в приложениях с непрерывной потоковой передачей данных. Устройства могут как отправлять, так и получать данные одновременно. Это идеально подходит для многих распространенных потребительских товаров, таких как компьютерные гарнитуры, где два устройства расположены близко друг к другу.

Когда в 2011 году на рынке появился Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE, ранее называвшийся Bluetooth Smart), основным преимуществом по сравнению с более ранними версиями было более низкое энергопотребление в том же диапазоне, но с меньшей пропускной способностью. Он предназначен для устройств, которым необходимо периодически обмениваться небольшими объемами данных, что продлевает срок службы батареи на месяцы или даже годы.

Диапазон Bluetooth в сравнении

td>
BLUETOOTH
v2.1		 BLUETOOTH 4.0
(LE)		 BLUETOOTH 5
(LE)< /th>
Диапазон До 100 м До 100 м До 400 м
Максимальная дальность
(свободное поле)		 Около 100 м
(класс 2 вне помещения )		 Около 100 м
(на открытом воздухе)		 Около 1000 м
(на открытом воздухе)
Частота 2,402–2,481 ГГц< /td> 2,402–2,481 ГГц 2,402–2,481 ГГц
Максимальная скорость передачи данных 1-3 Мбит/с 1 Мбит/с 2 Мбит/с s
Приложение
Пропускная способность		 0,7–2,1 Мбит/с До 305 кбит/с До 1360 кбит/с
Топологии Точка-точка,
scatternet		 Точка-точка,
ячеистая сеть		 Точка-точка ,
ячеистая сеть
Сеть
стандартная		 IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.1

Дальность зависит от окружения, характеристик радио и антенн

Существует множество факторов, влияющих на радиус действия Bluetooth, обычно:

  • Выходная мощность передатчика
  • Чувствительность приемника
  • Физические препятствия на пути передачи
  • Антенны

Несмотря на то, что качество радиосвязи и антенны для данного устройства Bluetooth довольно статичны, окружение может сильно различаться. На улице, в чистом поле, можно получить дальность до ста метров. Но это редкая ситуация. В помещении такие препятствия, как бетонные стены, будут ослаблять радиосигнал, и эффективная дальность резко сократится. При обычном использовании расстояние в десять метров является хорошим показателем того, что может быть достигнуто между двумя устройствами Bluetooth в помещении.

Разрабатывая устройство Bluetooth, вы можете увеличить его радиус действия, выбрав микросхему Bluetooth с наилучшей чувствительностью приемника и выходной мощностью, а также убедившись, что вы используете хорошую антенну.

Иногда вам может понадобиться использовать Bluetooth на расстоянии сотен или тысяч метров. В следующем разделе мы обсудим, как расширить радиус действия Bluetooth с помощью сетей.

Типичное использование Bluetooth и Bluetooth с низким энергопотреблением:

Bluetooth v2.1

  • Беспроводные гарнитуры
  • Передача файлов между устройствами
  • Беспроводные принтеры
  • Беспроводные динамики

Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE)

  • Медицинские устройства для мониторинга и отчетности
  • Спортивные и фитнес-устройства
  • Датчики промышленного мониторинга
  • Домашняя автоматизация
  • Географическое таргетированное продвижение с помощью маяков.
  • Приложения для общественного транспорта
  • Пульты дистанционного управления
  • периферийные устройства ПК, такие как беспроводная мышь и клавиатура.

Усовершенствования Bluetooth 5

Версия 5 спецификации Bluetooth содержит ряд улучшений, направленных на то, чтобы сделать низкоэнергетический компонент Bluetooth более гибким:

  • Высокоскоростной режим 2 Мбит/с, позволяющий увеличить скорость передачи данных или снизить среднее потребление тока за счет небольшого сокращения радиуса действия.
  • 125 кбит/с или 500 кбит/с в режиме "большого радиуса действия", который позволяет увеличить радиус действия за счет снижения скорости передачи данных и увеличения среднего потребления тока.
  • Функция расширения рекламы, позволяющая в 8 раз увеличить пропускную способность в приложениях для вещания (например, в маяках)
  • Максимальная выходная мощность увеличена с +10 дБм до +20 дБм, что позволяет использовать более мощные усилители мощности, что еще больше увеличивает диапазон.
  • Добавлена ​​новая политика выбора канала (CSA2), позволяющая нескольким устройствам сосуществовать в одной среде, не мешая друг другу.

Как увеличить радиус действия Bluetooth с помощью сети

Вы можете подключить устройства Bluetooth к нескольким распределенным шлюзам, подключенным к Интернету. Устройства Bluetooth могут взаимодействовать друг с другом и с онлайн-сервисами через эти шлюзы.

Это идеальное решение, если устройства разбросаны по большой территории. Каждый концентратор обычно может обрабатывать только несколько напрямую подключенных устройств, что является еще одним ограничением Bluetooth. Скорее всего, вы столкнетесь с ситуацией, когда вам потребуется управлять сотнями или даже тысячами устройств Bluetooth на относительно небольшой площади, например в офисном здании. Для этого вам необходимо использовать ячеистую сеть для подключения шлюза и локальных устройств Bluetooth.

Мощь ячеистых сетей

Количество устройств, которым требуется маломощная работа и связь с другими устройствами и онлайн-сервисами, ежедневно растет. Для этого в BLE была введена поддержка Mesh Networks.

Ячеистая сеть позволяет подключать большое количество устройств Bluetooth на более широкой территории. В этой ситуации все устройства или «узлы» в одной сетке могут взаимодействовать друг с другом либо напрямую, либо через один или несколько промежуточных узлов, если каждый узел находится достаточно близко как минимум к двум другим.

Таким образом, сеть не зависит от центрального шлюза для прохождения всего трафика.

Как и в Интернете, пакеты данных могут найти наиболее эффективный маршрут через любые узлы между отправителем и получателем.

В ячеистой сети вы также можете использовать широковещательный подход, когда все узлы в ячеистой сети получают одно и то же сообщение, а затем интерпретируют его и предпринимают соответствующие действия.

Одним из примеров может быть интеллектуальная система освещения. Каждый переключатель или лампочка является узлом в ячеистой сети, использующей Bluetooth с низким энергопотреблением. Каждая лампочка настроена так, чтобы знать, в какой комнате она находится.

Сообщение передается от узла 1, выключателя света, через сетку. Подключенные лампочки в комнате 1 получают это сообщение, но они не будут реагировать на него, так как знают, что находятся не в комнате 2. Сообщение передается, и когда оно достигает лампочек в комнате 2, они включаются. Комната 2 может находиться в сотнях метров от комнаты 1, но все равно получит сообщение через другие узлы между ними. Таким образом, может быть тысяча или более комнат с освещением, управляемым из любого места с помощью сети Bluetooth с низким энергопотреблением.

Эта статья была первоначально опубликована в июне 2016 г., но теперь в нее добавлены сведения о производительности Bluetooth 5.

Bluetooth – это стандарт беспроводной связи малого радиуса действия. Bluetooth использует коротковолновые радиоволны UHF в диапазоне частот от 2,4 до 2,485 ГГц.Bluetooth позволяет создать личную сеть, в которой несколько устройств общаются друг с другом по беспроводной сети через Bluetooth — типичное использование — это системы автоматизации управления домом. Например, электронные устройства в доме могут быть подключены к центральной системе управления через Bluetooth, а центральная система управления управляется через Интернет. Этот сценарий использования не оправдал ожиданий; однако теперь Bluetooth используется для передачи данных и управляющего сигнала между двумя устройствами. Эти конкретные приложения Bluetooth стандартизированы как различные профили. Определено много профилей, и два примера этих профилей — это A2DP и ​​профиль громкой связи (HFP). Расширенный профиль распространения звука (A2DP) используется для передачи звука через Bluetooth, а HFP используется для управления мобильными телефонами в режиме громкой связи. UART и USB — два ведущих интерфейса для чипов Bluetooth. UART используется, когда в систему встроен чип Bluetooth, например, в планшетных устройствах. Интерфейс USB используется, когда модуль Bluetooth подключается как отдельный ключ. Мы обсудим детали в главе 6 .

Мобильные атаки

Шон-Филип Орияно, Роберт Шимонски, Атаки и защита на стороне клиента, 2012 г.

Bluetooth

Bluetooth — один из наиболее часто используемых сегодня способов подключения к сети. Bluetooth — это проприетарный сетевой стандарт, используемый для беспроводной связи на небольшом расстоянии и часто используемый для подключения периферийных устройств к базовым устройствам. Например, у вас дома может быть Microsoft Xbox с «беспроводными» контроллерами. В вашем телефоне может быть «беспроводная» гарнитура, которую вы используете для звонков в режиме громкой связи. Эти устройства, скорее всего, будут использовать Bluetooth в качестве метода подключения.

Bluetooth соединяет устройства в диапазоне ISM 2400–2480 МГц. Устройства, подключенные через Bluetooth, считаются частью персональной сети (PAN).

Как видите, с мобильными устройствами связано много рисков, поскольку их не только великое множество, но и их трудно отслеживать и контролировать, а также существует множество способов подключения к разным сетям. Чтобы защититься от атак на стороне клиента, убедитесь, что вы рассматриваете возможность использования мобильных устройств в своей организации и защищаете их с помощью обучения конечных пользователей, политики безопасности и/или принудительного применения. Правоприменение может быть основано на политике, когда вы исключаете любое использование личных устройств и не позволяете им быть частью сети вашей компании, подключаться к ПК или свободно использоваться в сети. Например, если вы хотите защитить Apple iPhone от подключения к вашим корпоративным рабочим столам, вы можете применить политику, которая запрещает это, запрещая загрузку или установку iTunes (которая необходима при подключении iPhone к вашему рабочему столу). Это всего лишь один пример того, как запретить использование мобильного устройства в корпоративной сети.

Сосуществование ZigBee

8.4 Сосуществование с Bluetooth

Системы Bluetooth работают в диапазоне ISM 2,4 ГГц и используют метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) вместо DSSS для расширения своих сигналов. На рис. 8.3 показан основной механизм работы Bluetooth. Полоса пропускания передаваемого сигнала составляет 1 МГц, но частотный канал изменяется с помощью псевдослучайной последовательности. Максимальное количество переходов в Bluetooth составляет 1600 переходов в секунду в состоянии подключения. В Bluetooth 79 частотных каналов, разделенных 1 МГц:

Рисунок 8.3. (а) каналы IEEE 802.15.4 и (б) каналы Bluetooth

где k — номер канала.

Типичная выходная мощность Bluetooth может достигать 20 дБм. Версии Bluetooth 1.1 и 1.2 были ратифицированы как IEEE 802.15.1. Но будущие версии Bluetooth не будут ратифицированы как какой-либо стандарт IEEE. Bluetooth версии 2.0 и выше может обеспечить скорость передачи данных до 3 Мбит/с. Тип устройства в Bluetooth может быть ведущим или ведомым. Ведущее устройство может обмениваться данными с семью устройствами в количестве до семи. Подчиненные устройства периодически синхронизируют свои часы с ведущим устройством.

FHSS, как и DSSS, обеспечивает выигрыш в обработке, что повышает вероятность успешной доставки пакетов при наличии помех. Сигнал IEEE 802.15.4 имеет полосу пропускания 2 МГц и может создавать помехи для трех каналов Bluetooth. Таким образом, если соседнее устройство Bluetooth использует все 79 каналов для скачкообразной перестройки частоты, максимальная вероятность помех между одним узлом ZigBee и узлом Bluetooth составляет 3 из 79 переходов, что составляет примерно 4%.

Однако устройство Bluetooth может снизить эффект присутствия сети ZigBee (или любой другой сети) за счет использования адаптивной скачкообразной перестройки частоты (AFH). AFH идентифицирует каналы, в которых присутствуют помехи, и помечает эти каналы как «плохие каналы».Затем последовательность скачков изменяется таким образом, чтобы избежать частотных каналов с помехами высокого уровня. Плохие каналы в шаблоне скачкообразной перестройки частоты заменяются хорошими каналами с помощью таблицы поиска. Мастер Bluetooth может периодически прослушивать плохой канал, и если помехи исчезли, канал помечается как хороший канал. Ведомые устройства Bluetooth также могут при необходимости отправлять мастеру отчет о качестве канала. Метод AFH не только повышает производительность сети Bluetooth, но и уменьшает влияние сети Bluetooth на другие близлежащие сети, которые не поддерживают Bluetooth.

Устройства Bluetooth могут не заметить наличие сети ZigBee из-за низкого рабочего цикла и низкого энергопотребления типичных узлов ZigBee. Если частотный канал, используемый сетью ZigBee, не помечен как плохой канал, сеть Bluetooth может создавать помехи для сети ZigBee в зависимости от расстояния между узлами Bluetooth и ZigBee.

Ощущение Bluetooth

Пол Брекель, Достижения в области компьютеров, 2011 г.

1.3 Спецификации и соответствие

Архитектура BT сочетает в себе аппаратное и программное решение с логическим разделением для упрощения на три основных компонента: приемопередатчик, основной диапазон и стек протоколов. Радиочастотный (РЧ) приемопередатчик отвечает за отправку и прием сообщений на устройство и с него. BT Baseband отвечает за управление сетью BT между устройствами. Стек протоколов BT отвечает за обработку сообщений и предоставление профилей услуг для функций BT между сетевыми устройствами. Группа BT SIG, которая является руководящим органом по технологии BT, первоначально утвердила и выпустила документ с подробным описанием спецификаций и соответствия этих компонентов в 1999 году. С момента этого первоначального выпуска технология BT и ее спецификации претерпели несколько изменений. В таблице I перечислены общедоступные версии спецификаций, начиная с этой первоначальной версии в 1999 году. Согласно BT SIG, самая последняя официальная спецификация была выпущена в апреле 2009 года, и они запланировали несколько функций для будущих версий. Эта новейшая выпущенная и утвержденная версия BT, v. 3.0 + HS, что означает High Speed, сохраняет простоту и легкость подключения, уже ожидаемые от BT, но сочетает в себе скорость и эффективность Wi-Fi. .

Таблица I . Официальные версии спецификаций Bluetootha

< td>Улучшенное соответствие основным целям проектирования, заключающимся в более высокой пропускной способности и более низком энергопотреблении. Называется Enhanced Date Rate (EDR): (скорость передачи = 2–3 Мбит/с)
РедакцияДата выпускаОписание
v1.0A26 июля 1999 г.Недолговечный, первый общедоступный выпуск спецификаций Bluetooth и требований соответствия, который включал ограниченная функциональность профиля
v1.0B1 декабря 1999 г.Первая поправка к Спецификации и соответствию Bluetooth, в основном касающаяся исправлений обновления до версии 1.0A. Первые продукты, вышедшие на рынок, соответствовали этой версии спецификации
v1.122 февраля 2001 г.Улучшена совместимость производителей Устройства Bluetooth, улучшенное общее удобство использования устройства и расширенные профили доступных функций
v1.25 ноября 2003 г.Уменьшено помехи другим устройствам в ISM-диапазоне хоста, увеличенная пропускная способность и улучшенное качество звука за счет реализации FHSS. Упоминается как базовая скорость: (скорость передачи = 1 Мбит/с)
v2.0 + EDR9 ноября 2004 г.
v2.1 + EDR26 июля, 2007 г.Увеличение доступных функциональных профилей, повышенная безопасность сети (в частности, сопряжение), более низкое энергопотребление и измененные спецификации для адаптации технологии для включения высокой пропускной способности (скорость передачи = 3 Мбит/с)
v3.0 + HS21 апреля 2009 г.Увеличена пропускная способность и улучшена безопасность (через альтернативный MAC/PHY для передачи больших объемов данных ), оптимизировано управление питанием (скорость передачи = до 24 Мбит/с)
v4.030 июня 2010 г.Bluetooth с низким энергопотреблением (он же Wibree), широковещательный канал, улучшенное качество обслуживания
Будущее. UWB до 60 ГГц тд>

Специальная группа Bluetooth, Спецификация системы Bluetooth (04.11.2004): Часть C, 55–57.

Беспроводная персональная сеть — Bluetooth

19.13 WAP и Bluetooth

Bluetooth можно использовать с WAP, как и с любой другой беспроводной сетью. Беспроводные сети Bluetooth можно использовать для передачи данных от клиента WAP на сервер WAP. Клиент WAP может использовать SOP Bluetooth для поиска сервера/шлюза WAP.Это очень полезно, когда устройство WAP является мобильным телефоном и когда оно входит в зону действия сервера WAP, оно может использовать SDP Bluetooth для обнаружения шлюза. Bluetooth SDP должен предоставлять клиенту WAP некоторые сведения о WAP-сервере.

Другая функция, которая может поддерживаться, обратна описанной выше. Сервер WAP может периодически проверять наличие клиентов с поддержкой WAP в своем диапазоне. Для этого можно использовать SDP Bluetooth. Если есть какие-либо клиенты, сервер может передать клиенту любые данные. Клиент, конечно, не обязан принимать передаваемые ему данные.

Обзор JABWT

2.2.3 Системные требования Bluetooth

Часть Bluetooth в реализации JABWT не предназначена для прямого доступа к оборудованию Bluetooth. Он получает доступ к оборудованию Bluetooth через базовый стек Bluetooth. Стек Bluetooth можно реализовать разными способами, например сделать его частью реализации JABWT или полностью написать на языке Java. Как правило, JABWT должен быть реализован поверх собственного (написанного на C или C++) стека Bluetooth, что позволяет запускать собственные приложения Bluetooth и Java-приложения Bluetooth в системе. Требования базовой системы Bluetooth, на которой построен этот API, следующие:

Базовая система квалифицирована в соответствии с программой квалификации Bluetooth как минимум для GAP, SDAP и SPP.

Следующие уровни поддерживаются в соответствии со спецификацией Bluetooth версии 1.1, и JABWT имеет к ним доступ.

BCC предоставляется либо стеком Bluetooth, либо системным программным обеспечением. BCC — это приложение, похожее на «панель управления», которое позволяет пользователю или производителю оригинального оборудования (OEM) определять конкретные значения для определенных параметров конфигурации в стеке. Детали BCC обсуждаются в главе 3 .

В отличие от Bluetooth-части API, OBEX API можно либо полностью реализовать на языке программирования Java в реализации JABWT, либо использовать реализацию OBEX в базовом стеке Bluetooth. Если OBEX реализуется на другом транспорте, API OBEX может использовать реализацию OBEX в этой транспортной системе. Дополнительные детали реализации обсуждаются в Разделе 10.3.3.

Новая технология

Bluetooth

Bluetooth – чрезвычайно распространенная технология, которая используется практически во всех мобильных телефонах, большинстве ноутбуков, многих персональных компьютерах настольного класса и во все большем количестве автомобилей. Bluetooth использует расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты в диапазоне ISM 2,4 ГГц, который используется WiFi, микроволновыми печами и большинством других потребительских устройств с частотой 2,4 ГГц. Устройства Bluetooth образуют пикосеть, содержащую до восьми узлов — один ведущий и семь подчиненных. Bluetooth используется для связи ближнего действия между одноранговыми устройствами, а также между устройством и периферийными устройствами. Количество и разнообразие периферийных устройств, которые обмениваются данными через Bluetooth, огромны — беспроводные гарнитуры для использования сотового телефона без помощи рук, клавиатуры, мыши, игровые контроллеры, аудиоколонки и многое другое. Bluetooth лучше всего известен для передачи звука, как в гарнитурах Bluetooth. Но его также можно использовать для подключения устройств HID, таких как клавиатуры и мыши, и отправки данных. Хотя они и не очень популярны, существуют точки доступа Bluetooth, которые функционируют так же, как точки доступа Wi-Fi, для подключения нескольких устройств к сети.

Рисунок 9.2. Ubertooth One Dongle. Перепечатано с разрешения Миган Колл

Ubertooth можно использовать для мониторинга трафика, вставки трафика и базового мониторинга спектра. Платформа все еще находится в разработке, поэтому новые функции добавляются постоянно. Это один из самых дешевых, если не самый дешевый, способ прослушивания Bluetooth и самый дешевый инструмент для внедрения пользовательских пакетов. Это снизило стоимость доступа к атакам на Bluetooth-устройства.

Ключевая особенность Ubertooth заключается в том, что очень сложно взять потребительский Bluetooth-ключ и заставить его прослушивать и вставлять пользовательские кадры. С Wi-Fi это было очень легко сделать. Практически любой WiFi-адаптер можно использовать для перехвата трафика, и сегодня большинство из них также поддерживает внедрение. Как только это было обнаружено, атаковать Wi-Fi стало намного дешевле. На сегодняшний день единственный способ добиться этого на Bluetooth-ключе — это загрузить коммерческую прошивку, что может привести к нарушению EULA. Коммерческие инструменты для перехвата и внедрения пакетов Bluetooth стоят тысячи долларов. Ubertooth снизил стоимость устройства для атаки Bluetooth до 120 долларов США.

Bluetooth-атаки

Сводка издателя

Bluetooth фактически представляет собой набор протоколов и функций, работающих в диапазоне ISM 2,4 ГГц, а также Wi-Fi 802.11b/g/n. Bluetooth претерпел некоторые изменения, и существует несколько версий протокола. Блютуз 1.2 и 2.0 1 Повышенная скорость передачи данных (EDR) являются наиболее распространенными на рынке. Bluetooth 1.2 поддерживает пропускную способность примерно 725 Кбит/с, что достаточно для таких устройств, как мышь, клавиатура, принтер и гарнитура. Пересмотры стандартов, кульминацией которых стал Bluetooth 2.0, включают EDR, который увеличивает максимальную пропускную способность до 3 Мбит/с на совместимых устройствах для больших данных, таких как фотографии или музыкальные файлы. Bluetooth-атаки совершаются против потенциальных целей. В случае Bluetooth его конструкция предполагает, что устройства время от времени взаимодействуют друг с другом. Необходимость того, чтобы эти устройства легко находили друг друга, является требованием этого. Это позволяет законным пользователям находить устройство, которое они ищут, и позволяет находящемуся поблизости злоумышленнику находить те же самые устройства и молча опрашивать их, чтобы выяснить, подходят ли они для атаки. Наиболее распространенные атаки на устройства Bluetooth связаны с PIN-кодами по умолчанию. Многие устройства поставляются с предустановленным PIN-кодом, который пользователю предлагается изменить.

Меры по предотвращению вредоносного ПО для мобильных устройств

Bluetooth

Брандмауэр Bluetooth предоставляет аналогичные функции для взаимодействия через интерфейс Bluetooth. Были продемонстрированы различные Bluetooth-атаки против обычных телефонов. Хотя данные об их частоте в дикой природе ограничены, сегодня здесь есть хотя бы некоторое реальное воздействие. В некоторых случаях невозможно просто полностью отключить Bluetooth. Даже сделать ваш телефон «необнаруживаемым» небезопасно. Брандмауэр или что-то подобное, которое могло бы предотвращать нежелательные подключения и отслеживать подозрительную активность (например, поддельные запросы на удаление пары), были бы полезны. Следования передовым методам Bluetooth, вероятно, будет достаточно для большинства людей, но если вы особенно обеспокоены, добавление дополнительной безопасности не повредит. Пакеты безопасности Bluetooth часто добавляют очень мало накладных расходов, поскольку они действительно работают только при наличии трафика Bluetooth.

Использование Palm OS для приложений Bluetooth

Будущее поддержки Bluetooth в Palm OS

Bluetooth, конечно, очень молодая технология, и в ближайшие несколько лет она, безусловно, претерпит значительные изменения. Точно так же поддержка Bluetooth в Palm OS, скорее всего, продолжит развиваться вместе с этой технологией. В ближайшем будущем в устройствах Bluetooth будут решены проблемы поддержки уровня 3 (сетевой уровень) в стеке протоколов связи Bluetooth. Новые спецификации будут определять сетевой уровень для связи между всеми членами пикосети (а не только между ведущими и ведомыми), а также вопросы связи между пикосетями. Также будут затронуты роуминг и скаттернеты. Конечной целью является создание настоящих одноранговых сетей, самонастраивающихся сетевых групп, которые растут и изменяются по мере изменения пользовательской среды. Чтобы технология Bluetooth преуспела в долгосрочной перспективе, ей также необходимо решить такие проблемы, как время обнаружения (слишком медленное в настоящее время) и максимальная пропускная способность (для согласования с технологиями 3G).

Насколько это возможно, эти изменения будут плавно интегрированы в Bluetooth-библиотеку Palm OS. Новые выпуски библиотеки расширят возможности Bluetooth в Palm OS без ущерба для существующих приложений.

Читайте также: