СХЕМА УСТРОЙСТВА BLUETOOTH

Прошивка bluetooth модуля HC-05/06

При прошивке блютуз модуля HC-05/06 с помощью AT-команд, отправляемых по последовательному порту, можно изменить многие параметры, установленные производителем.

Рассмотрим, как сделать настройку Bluetooth модуля для Arduino с помощью AT-команд, отправляемых по последовательному порту. Данная информация будет полезна для тех, кто решил сделать проект на Ардуино в котором необходимо использовать беспроводную передачу данных между устройствами. При прошивке модуля, можно изменить многие параметры, установленные производителем.

Схема и распиновка Bluetooth модуля

HC05/06 Bluetooth модуль распиновка, схема

Для настройки модуля необходимо подключить к нему питание от 3,3 Вольт, кроме того необходимо подать 3,3 Вольта на порт 34 (см. фото выше).

Прошивка осуществляется по последовательному порту, так как аппаратный последовательный порт у Ардуино (порты TX и RX) будет занят для отправки AT-команд с компьютера, то мы используем программный последовательный порт с помощью библиотеки SoftwareSerial.h.

Данная библиотека позволяет реализовать программный последовательный порт на любых цифровых выходах Ардуино. Для настройки Bluetooth модуля его следует перевести в режим отладки — необходимо подключить вывод 34 к 3,3 Вольтам, питание модуля при прошивке тоже идет от 3,3 Вольт. В качестве контактов программного последовательного порта будем использовать цифровые выводы 2 и 3 на Arduino UNO.

Настройка Bluetooth модуля HC-05/06

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• Плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• USB-кабель;
• Bluetooth модуль HC-05/06;
• Провода «папа-папа» и «папа-мама».

Настройка Bluetooth модуля с помощью AT-команд

После подключения модуля, загрузите скетч для настройки модуля HC-05/06. Скачать скетч и библиотеку SoftwareSerial можно с Google Диск по ссылке здесь. После загрузки скетча, открывайте монитор последовательного порта Arduino IDE и отправляйте AT-команды. Первым делом, следует отправить тестовую команду — AT, для проверки соединения модуля. Ответ модуля должен быть — OK.

Скетч для прошивки блютуз модуля Arduino

#include // подключаем библиотеку SoftwareSerial mySerial(2,3); // указываем пины tx и rx void setup() { pinMode(2,INPUT); pinMode(3,OUTPUT); Serial.begin(9600); // включаем hardware-порт mySerial.begin(38400); // включаем software-порт Serial.

println(“start setting”); } void loop() { if (mySerial.available()) { char c = mySerial.read(); // читаем из software-порта Serial.print(c); // пишем в hardware-порт } if (Serial.available()) { char c = Serial.read(); // читаем из hardware-порта mySerial.

write(c); // пишем в software-порт } }

Пояснения к коду:

В программе все предельно просто: при получении данных на аппаратном (встроенном) последовательном порту, данные отправляются в программный последовательный порт (на модуль). А при получении данных с модуля, они отправляются на аппаратный последовательный порт, то есть на монитор порта.

Прошивка модуля HC-05 AT-командами

Настройка модуля через монитор порта Arduino IDE

Итак, чтобы изменить код доступа к Bluetooth-модулю, имя или другие характеристики, следует отправить следующие команды через монитор последовательного порта Arduino IDE (смотри скрин ниже). Также приведем пошаговую инструкцию, какие необходимо использовать AT команды для перепрошивки HC-05. А в конце статьи размещена более полная таблица at команд с небольшими пояснениями.

1. узнаем версию прошивки модуля: AT+VERSION?
2. узнаем режим работы модуля: AT+ROLE?
3. узнаем имя Bluetooth-модуля: AT+NAME?
4. задаем новое имя модуля: AT+NAME=ROBOT
5. узнаем имя Bluetooth-модуля: AT+NAME?
6. узнаем пин-код Bluetooth-модуля: AT+PSWD?
7. задаем новый пин-код доступа: AT+PSWD=0000
8. узнаем пин-код Bluetooth-модуля: AT+PSWD?

Обратите внимание, что при настройке модуля, в мониторе последовательного порта IDE Arduino следует выбрать пункт «NL & CR».

После программирования модуля отсоедините вывод 34 от 3,3 Вольт и подключитесь к Bluetooth-модулю с телефона или планшета.

Если при первом подключении блютуз модуля к Ардуино, у нас были стандартные настройки, то сейчас наш модуль имеет свое имя и новый пин-код.

Настройка bluetooth модуля на Android

Таким образом, мы можем использовать в одном месте сразу несколько bluetooth модулей, а чтобы не запутаться присвоить каждому свое уникальное имя.

С помощью данной настройки модуля НС-05/06 мы можем получать данные с датчиков не только на мониторе порта, но и на любом Android — устройстве.

HC-06 AT-команды для настройки

Источник: https://xn--18-6kcdusowgbt1a4b.xn--p1ai/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%B2%D0%BA%D0%B0-%D0%B1%D0%BB%D1%8E%D1%82%D1%83%D0%B7-%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D1%8F-%D0%B0%D1%80%D0%B4%D1%83%D0%B8%D0%BD%D0%BE/

Как работает и для чего нужен Bluetooth: подробный обзор технологии

Эх, вспоминаю старые времена, когда у молодежи были черно-белые кнопочные телефоны, а передача любимых треков в виде MIDI файлов осуществлялась с помощью инфракрасного порт (ИК). В те стародавние времена стали выходить первые телефоны с Bluetooth. Сегодня мы и поговорим про то – как работает Блютуз, для чего он нужен и какие могут быть проблемы при передаче данных.

Определение

Bluetooth переводится как «Голубой зуб», очень странная ассоциация была у автора сие аппарата. Данный стандарт позволяет передавать данные на небольшое расстояние с помощью радиоволн. При этом на обоих устройствах должен быть специальный модуль, который и выступает как передатчик, так и отправитель.

Вот мы и подобрались к вопросу, а для чего нужен Bluetooth. В самые первые времена его использовали для передачи данных. Например, с одного телефона можно было перекинуть фотографии на другой. Сейчас возможности расширились, и все беспроводные наушники работают на этой технологии.

Сам принцип достаточно простой, включается Блютус на телефоне и на наушниках, а далее идёт сопряжение, когда два устройства подключаются друг к другу. После этого пользователь включает музыку и слушает её на своих наушниках.

Но также «Голубой зуб» часто используют, чтобы закачать видео, картинки, фотографии с телефона или другого устройства на компьютер или ноутбук. К слову, у большинства моделей ноутбуков есть Bluetooth и используется он также.

Мы тут начали говорить про радиоволны, но что-то отвлеклись. Эта самая технология работает на частоте 2.4 ГГц. Как не странно, но на этой же самой частоте ещё работает мобильная связь, Wi-Fi, микроволновые печи и многое другое.

В первые свет увидел «Голубой зуб» в 1998 году, когда вышла первая версия 1.0. После этого через какой-то период времени выходили все новые и новые версии: 2.0, 3.0, 4.0 и т.д. Основная особенность улучшения версии в увеличении скорости передачи данных, уменьшения помех и электроэнергии.

В чем отличие от wi-fi

Мы как портал о всем беспроводном не могли обойти эту тематику. Многие, кстати, путают WiFi и Bluetooth, но на деле — это абсолютно разные вещи и никак между собой не связаны. Напомню, что Wi-Fi — это беспроводная сеть, которая также строится с помощью радиоволн. При этом используется другие стандарты передачи данных.

Вот эта самая беспроводная сеть связываем устройства: компьютеры, ноутбуки, телефоны, телевизоры. И по этой сети можно пустить интернет. При этом используется интересный аппарат под название роутер или маршрутизатор.

Bluetooth же нужен для передачи между двумя устройствами и без построения локальной сети. Также Блутус не используют для передачи интернета.

Если вам интересно, то советую для общего образования прочесть две статьи. Первая – статья про Wi-Fi от моего коллеги. Там очень понятно и лаконично объясняется, про эту технологию простым языком. Вторая – статья про роутер, который является самым популярным аппаратом и есть почти в каждом доме.

Устройство Bluetooth

Многие спрашивают – а что нужно, чтобы он работал. Повторюсь, что на обоих устройствах должен быть модуль. К слову, на компьютерах его устанавливают редко, а вот на ноутбуках, планшетах и телефонах он есть почти всегда. Но для персонального стационарного компа можно приобрести внешний модуль. Он выглядит как флэшка и вставляется в обычные USB порт.

Также модулю нужно связаться с другим адаптером. Для этих целей используется протоколы связи и передачи данных. В качестве основных протоколов используется LMP, L2CAP и SDP. Эти протоколы позволяют потоково связывать два устройства. Протоколов очень много, но все они служат именно для взаимосвязи между устройствами.

После того как связь будет установлена, нужно, чтобы два устройства начали общение. Именно для этого и предназначены профили или стандарты передачи данных. Одним из самых популярных профилей является A2DP, который предназначен для передачи звуковых файлов с телефона на беспроводные наушники.

К примеру, у меня на телевизоре пульт работает как с применением Блютус по профилю AVRCP. С помощью него я управляю экраном, переключаю каналы и ввожу какие-то данные. Профиль BIP предназначен для передачи картинки и фотографий. BPP – профиль для передачи текста. А VDP передает видео в формате MPEG 4.

Как видите профилей очень много и в этом состоит главная проблема.

Вот вам пример – ко мне недавно обратился наш постоянный читатель, который жаловался, что купил новый SMART TV телевизор с Bluetooth, но подключить беспроводные наушники не может.

Да Блютус в телике есть, но он поддерживает только профили для передачи данных от беспроводной мышки, клавиатуры и пульта дистанционного управления. Звук передавать по нему нельзя.

Именно из-за большого количества профилей некоторые пользователи, покупая те же наушники не могут их подключить к старым ноутбукам или даже телефону. Бывает такое, что звук есть, а микрофон не работает. Проблема в том, что продавцы не указывают профили в описании, а простые покупатели об этом просто не знают.

Источник: https://WiFiGid.ru/bluetooth/kak-rabotaet-bluetooth

Что такое Bluetooth и как он работает?

Подробности Родительская категория: Технологии беспроводной связи Категория: Bluetooth

Bluetooth или блютуc ( переводится как синий зуб) — технология беспроводной передачи данных.

Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам общаться, на расстоянии  от 1 до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Происхождение названия Bluetooth

Слово Bluetooth — перевод на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Это прозвище носил король Харальд I, правивший в X веке Данией и частью Норвегии и объединивший враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт.

Логотип Bluetooth

Первая концепция технологии Bluetooth появилась в небольшом городке Швеции Лунде, в 1994 году, где компания Ericsson решила воздвигнуть там новый камень (своеобразный ритуал) в память о великом человеке.

Надпись на этом памятнике гласит (в оригинале — на древнескандинавском языке): «Компания Ericsson Mobile Communications АВ установила этот камень в честь Гаральда Блютуса, который дал свое имя новой беспроводной технологии для мобильных коммуникаций».

Далее, в начале 1998 года, пять крупных компаний — Ericsson, Nokia, IBM, Intel и Toshiba — объединились, чтобы начать работу над созданием новой технологии беспроводной связи Bluetooth.

В настоящее время в SIG входит более трех тысяч компаний, среди которых есть и старые представители, давшие начало развитию данного стандарта, и новые — например, такие гиганты, как Lucent, Microsoft, Motorola и др.

Основные положения технологии Bluetooth

Bluetooth – это, как уже было сказано выше, современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth – это маленький чип (рис. 1),  представляющий собой высокочастотный (2.4 – 2.48 ГГц) приёмопередатчик.

Рис. 1 Чип Bluetooth

Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров.

Как радиотехнология, Bluetooth способен “обходить” препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости.

Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка – точка (два устройства), но и по принципу точка – много точек (одно устройство работает с несколькими другими).

Рис. 2 Bluetooth-чип и спичка рядом

Чип Bluetooth реализован с учетом всех современных тенденций. Размер чипа (рис. 2) – менее одного квадратного сантиметра. Применяемая частота позволяет ограничить потребляемую мощность 1мВт. Подобные характеристики позволяют интегрировать чипы Bluetooth в таких устройствах, как мобильные телефоны и карманные компьютеры.

Принцип работы Bluetooth

Технология Вluetooth предполагает два вида связи: синхронную – SCO (Synchronous Connection Oriented) и асинхронную – ACL (Аsynchronous Connectionless). Первый вид, SCO, рассчитан на установление симметричного соединения “точка – точка” и служит преимущественно для передачи речевых сообщений.

Скорость передачи информации SCO равна 64 Кит/с. Второй, ACL, предназначен для пакетной передачи данных. Он поддерживает симметричные и асимметричные соединения типа “точка – много точек”. Скорость передачи пакетной информации при ACL cоставляет порядка 721 Кбит/с. Пакеты данных имеют фиксированный формат.

В начале блока находится 72-бит код доступа. Он может применяться, в частности, для синхронизации устройств. За ним следует 54-бит заголовок пакета, содержащий контрольную сумму пакета и информацию о его параметрах (например, о повторной передаче блока данных).

Основополагающим принципом построения систем Bluetooth является использование метода расширения спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS – Frequency Hop Spread Spectrum).

Весь выделенный для Bluetooth-радиосвязи частотный диапазон 2,402-2,480 ГГц разбит на N частотных каналов. Полоса каждого канала 1 МГц, разнос каналов – 140-175 кГц.

Для кодирования пакетной информации используется частотная манипуляция.

Для США и Европы N = 79. Исключение составляют Испания и Франция, где для Bluetooth применяется 23 частотных канала. Смена каналов производится по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду.

Постоянное чередование частот позволяет радиоинтерфейсу Bluetooth транслировать информацию по всему диапазону ISM и избежать воздействия помех со стороны устройств, работающих в этом же диапазоне.

Если данный канал зашумлён, то система перейдёт на другой, и так будет происходить до тех пор, пока не обнаружится канал, свободный от помех.

Рис. 3. Частотно-временная диаграмма работы модулей Bluetooth

На рис. 3 показана частотно-временная плоскость, иллюстрирующая одновременную работу трёх Bluetooth-модулей. Модули работают тактами (слотами), длительностью 625 мкс. Каждому модулю в пределах каждого такта назначается соответствующий частотный канал и режим передачи или приёма.

Когда пара любых Bluetooth-устройств соединяется, то они образуют пикосеть (рис. 4).

Одно из них, выполняющее функции ведущего устройства, формирует сигналы синхронизации частоты и ее изменения. Обычно ведущим является тот модуль, который размещён в наиболее мощном устройстве, таком, как персональный компьютер. Все другие устройства являются ведомыми.

Рис. 4 Пикосеть

Пикосеть является фундаментальной формой коммуникации в технологии Bluetooth. Пикосеть может содержать до 7 активных ведомых устройств.

Если в сети оказывается более 8 устройств, то будет сформирована вторая пикосеть и так далее. Несколько (до 10) независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей, между которыми возможен обмен информацией, могут объединяться в так называемую большую сеть Scatternel.

Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет главным в одной и подчиняемым в другой. Таким образом, в пределах отдельной Scatternet может быть одновременно связано максимум 71 устройство.  

Структурная схема архитектуры Bluetooth

Рис. 5 Архитектура Bluetooth

Важной частью архитектуры (рис. 5) является Host to Controller интерфейс (HCI), обеспечивающий взаимодействие софтовой подсистемы Host с железной подсистемой Controller. Всё взаимодействие верхних уровней Bluetooth системы с ее аппаратной частью происходит через HCI-команды, инициируемые драйвером.

Основные блоки архитектуры:
RF
Блок Radio  занимается преобразованием битовой последовательности в радио сигналы. Вопросы модуляции, спектральных характеристик и физики процессов обеспечения битовой скорости — все это решается на нижнем уровне модели.

Baseband Layer = Link Controller + Baseband Manager + Device Manager

Уровень baseband представлен в виде трех блоков, совместная задача которых состоит в управлении физическими каналами, поверх которых устанавливаются физические соединения. Bluetooth-адресация, синхронизации генераторов устройств, управление кодами доступа к физическим каналам, поиск устройств и установление физического канала между ними — все это задачи Baseband-уровня.

Link Manager

После того, как два нижних уровня обеспечили нас физическим соединением между устройствами, дело становится за организацией логических каналов, которые впоследствии и станут базой для передачи трафика приложений.

Link Managerв ответе за установление, изменение и освобождение логических соединений между устройствами, а так же за обновление параметров физических соединений. Для этих целей Link Manager использует Link Management протокол (LMP).

L2CAP Layer = Channel Manager + L2CAP Resource Manager

Это высокоуровневый блок Bluetooth Host, оккупированный L2CAP уровнем. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) — протокол, работающий поверх созданных логических соединений, обеспечивающий сегментацию и восстановление пакетных данных от всех вышележащих приложений.

 Скачков Максим Константинович

Источник: http://1234G.ru/blog-of-wireless-technologies/bluetooth/chto-takoe-bluetooth-i-kak-on-rabotaet

Bluetooth – Как Работает Беспроводное Соединение?

Приветствую читателей! Сегодня я хочу сделать небольшой обзор на когда-то очень популярную беспроводную технологию, которая хоть и уступила первенство более современному WiFi, но все же во многих случаях является более удобной и до сих пор применяется — речь идет о Bluetooth.

Появилась она в 1998 году благодаря усилиям нескольких компаний, среди которых IBM, Ericsson, Intel, Toshiba, Nokia. В наше время все разработки в области Bluetooth ведутся компаний Bluetooth SIG, куда, например, входят Lucent, Microsoft и рядом других компаний. А значок «голубого зуба» вы найдете на большинстве коробок от ТВ, телефонов, часов, планшетов и т.д.

— очень многие современные цифровые устройства Bluetooth поддерживают.

Беспроводной Bluetooth Wireless

Основным назначением Bluetooth является обеспечение эргономичной (по части потребляемого тока) и, главное, дешёвой радиосвязи между различными электронными устройствами, при этом также накладываются условия на компактность электронных компонентов технологии. Подобное условие позволит применять Bluetooth в совсем небольших девайсах, например, в ручных часах и пр.

В интерфейсе Bluetooth возможна как передача голоса (со скоростью в 64 кбит/сек), а также и других данных. Чтобы передавать информацию, может использоваться как асимметричный метод передачи, тогда скорость составляет 721 кбит/сек в одном направлении и всего 57,6 кбит/сек в другом, так и симметричный метод, тогда скорость передачи данных в обе стороны ограничена скоростью 432,6 кбит/сек.

В цифровых устройствах Bluetooth-чип, являющийся приемопередатчиком, позволяет в зависимости от мощности устанавливать связь на расстоянии либо 10 метров, либо 100 метров.

Такая разница в расстояниях существенна, однако передатчик, обеспечивающий связь на 10 метрах, потребляет совсем немного энергии, а также имеет компактный размер и небольшую совокупную стоимость компонентов.

В режиме ожидания такой передатчик потребляет всего 0.3 мА, а в режиме обмена информацией 30 мА.

Основной принцип работы устройств Bluetooth-технологии — принцип FHSS, который расшифровывается как Frequency-Hopping Spread Spectrum или метод расширения спектра.

Если упрощать описание этого метода, то можно описать его так: все передаваемые данные передатчик разбивает на пакеты, которые затем передаёт с помощью псевдослучайного алгоритма скачкообразной перестройки частоты (порядка 1600 раз в секунду) или с помощью шаблона, состоящего из 79 подчастот.

При этом «понимание» между устройствами возникает только когда, если они настроены на один и то же шаблон, для других же устройств вся эта информация будет просто шумом.

Главное устройство определяет шаблон, по которому будет работать вся пикосеть, а также синхронизирует работу сети. Технология Bluetooth позволяет соединить до 10 независимых и синхронизированных друг с другом пикосетей в «scatternet».

Чтобы подобное стало возможно, каждая пара пикосетей должна иметь по меньше мере одно общее устройство, являющееся master’ом в одной сети и slave’ом в другой.

Диапазон частот Bluetooth с большинстве стран свободен от лицензирования, однако в ряде стран (Франции, Японии, Испании) из-за местного законодательства необходимо использовать другие, нестандартные частоты.

Что касается безопасности Bluetooth-соединения, то кроме необходимости синхронизации приёмопередачи и различными махинациями с частотными шаблонами, в стандарте также поддерживается шифрование данных с ключом эффективной длиной от 8 до 128 бит, при этом существует также возможность выбора односторонней и даже двусторонней аутентификации. Кроме этого стоит отметить, что стандарт Bluetooth разрабатывался таким образом, чтобы свести воздействие на организм человека к минимуму.

Устройства Bluetooth

Использование Bluetooth будет эффективным и оправданным в так называемых персональных сетях, в которые могут входить совершенно различные устройства, как сотовые телефоны, MP3-плееры, компьютеры, так и микроволновые печи с холодильниками.

Так как с помощью технологии возможно передавать голос, то это обусловило появление беспроводных гарнитур для мобильных телефонов. На практике же возможности Bluetooth практически безграничны.

Можно синхронизировать PDA со стационарным компьютером или подсоединить низкоскоростную периферию к настольной машине (клавиатуру или мышь).

Большим преимуществом на пути развития Bluetooth также стал факт не обязательного лицензирования технологии, а значит, её использование не требует выплаты лицензионных отчислений.

Поэтому многие компании включились в процесс разработки устройств, поддерживающих интерфейс Bluetooth, а также устройств, обеспечивающих переход с других интерфейсов на эту технологию.

Самыми популярными сегодня примерами использования Bluetooth устройств являются следующие:

1. Подключение к компьютеру беспроводной мыши или клавиатуры
2. Bluetooth гарнитура для сотового телефона
3. Наборы «Hands-free» для автомобиля
4. Беспроводные наушники или колонки
5. Обмен файлами между устройствами, например между телефонами или мобильником и ПК.

Я как раз очень часто использую последний способ, если нужно быстро перекинуть какой-то небольшой документ, так как он требует гораздо меньших настроек, чем тот же WiFi.

Как я говорил, очень многие девайсы имеют встроенную поддержку Bluetooth, однако если, например, в вашем компьютере нет такого модуля, то его можно приобрести отдельно — на рынке огромное количество Bluetooth-адаптеров, в основном подключаемых по USB.

Так что обеспечить данной беспроводной технологией компьютер или ноутбук не составит труда.

Давно и прочно в наш повседневный обиход вошли телефонные гарнитуры, которые помогают отвечать на звонки не отрываясь от работы без использования рук, которые в этот момент могут быть заняты, например, управлением автомобилем.

Но есть примеры и более интересного использования «голубого зуба» — в китайском интернет-магазине мне попалась такая интересная штука, как светодиодная лампочка с управлением по Bluetooth с мобильного телефона — на него устанавливается специальное приложение, с которого можно управлять цветом и яркостью.

Более того, управлять можно не одной, а сразу несколькими лампами по всей квартире.

До сих пор про устройства и технологию Bluetooth на блоге было очень мало статей, и теперь я планирую устранить этот недостаток, так что ждите новых обзоров и уроков с примерами различных подключений через данный вид беспроводной связи.

Источник: https://wifika.ru/ustroystva-besprovodnoy-bluetooth-wireless-tehnologiya.html

Технология Bluetooth

• Задать вопрос
• Подписаться на новости

Bluetooth (от слов англ. blue — синий и англ. tooth — зуб; произносится /bluːtuːθ/) — производственная спецификация беспроводных персональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN).

Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 10 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Название и логотип

Слово Bluetooth — перевод на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Так прозвали когда-то короля викингов Харальда I Синезубого, жившего в Дании около тысячи лет назад. Прозвище это король получил за темный передний зуб. Харальд I правил в X веке Данией и частью Норвегии и объединил враждовавшие датские племена в единое королевство.

Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт. Хотя «blå» в современных скандинавских языках означает «синий», во времена викингов оно также могло означать «чёрного цвета».

Логотип Bluetooth является сочетанием двух нордических («скандинавских») рун: «хаглаз» — аналог латинской H и «беркана» — латинская B. Логотип похож на более старый логотип для Beauknit Textiles, подразделения корпорации Beauknit. В нём используется слияние отраженной K и В для «Beauknit», он шире и имеет скругленные углы, но в общем он такой же.

История создания и развития

Работы по созданию Bluetooth начал производитель телекоммуникационного оборудования Ericsson в 1994 году как беспроводную альтернативу кабелям RS-232. Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.

Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG)[5][6], которая была основана в 1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1 (дата опубликования — 14 июня 2002 года).

Принцип действия

Принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (англ.

Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,4835 ГГц)[7][8]. В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты[9] (англ.

Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорого.

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду[6] (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а в Японии, Франции и Испании полоса у́же — 23 частотных канала).

Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую.

Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения.

Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «точка-точка», но и соединение «точка-многоточка»

Особенности

В настоящее время технология Bluetooth представлена различными версиями (от 1.1 до 4.х) и скоростными диапазонами (1…5 Мбит/с).

Причем достижение высоких скоростей последних версий стало возможным не за счет архитектуры построения беспроводной «ad-hoc» сети, а за счет функции «colocation» (две в одном устройстве), реализуемой совместно с другими технологиями, например, совместно с WiFi или UWB.

Если говорить о преимуществах Bluetooth, то, прежде всего, следует отметить ее как высокоскоростную технологию, которую можно смело поставить в ряд с UWB или Wi-Fi. К ее недостаткам, скорее, можно отнести энергоемкость (по сравнению, например, с технологией ZigBee).

Поэтому основная проблема, которая решалась на протяжении последних лет и решается в настоящее время в последних версиях Bluetooth, заключается в увеличении срока службы автономных источников электропитания. Вопросы по созданию технологии Bluetooth в качестве энергосберегающей решаются в т.ч.

за счет специальных алгоритмов работы радиопередающих устройств, которые включаются в сеть лишь на момент пересылки данных (версии 4.0.)

Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) в 1998 г. В нее вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии группа Bluetooth SIG и организация IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1.

Радиосвязь Bluetooth осуществляется в безлицензионном ISM-диапазоне (2,4…2,4835 ГГц) со скоростями 1 Мбит/с (версия 1.2); 3 Мбит/с (версия 2.0); 24 Мбит/с (версия 3.0).

Начиная с версии 1.2, были добавлены возможности адаптивной перестройки рабочей частоты (AFH), что частично решило проблемы сосуществования разных систем в одном частотном диапазоне. Топологии сети: slave, точка-точка; master-slave, точка-Piconet; multi-masters, Scatternet.

Самоорганизующиеся сети на основе Bluetooth

Беспроводная сеть Bluetooth в классическом понимании — это беспроводная одноранговая динамическая сеть с переменным количеством мобильных узлов типа Piconet или Scatternet с децентрализованным управлением, которая может быть развернута в ограниченном пространстве (с количеством узлов до 80). Для организации беспроводной сенсорной сети необходима общая точка доступа в качестве центрального узла управления сетью и обработки информации.

Самоорганизующиеся сети на основе Bluetooth 3.0 состоят из ведущих и ведомых устройств (эти роли могут совмещаться), способных передавать данные как в синхронном, так и в асинхронном режимах.

Синхронный режим передачи предполагает прямую связь между ведущим и ведомым устройствами с закрепленным каналом и временными слотами доступа. Данный режим используется в случае ограниченных по времени передач. Асинхронный режим предполагает обмен данными между ведущим и несколькими ведомыми устройствами с использованием пакетной передачи данных.

Используется для организации пикосетей. Одно устройство (как ведущее, так и ведомое) может поддерживать до 3-х синхронных соединений.

В синхронном режиме максимальная скорость передачи данных равна 64 кбит/с. Максимальная скорость передачи в асинхронном режиме составляем 720 кбит/с.

Основной проблемой самоорганизующиихся сетей на основе Bluetooth 3.0 является относительно высокое энергопотребление узлов сети.

Для решения этой проблемы в 2010 году в спецификацию ядра Bluetooth 4.0 была интегрирована технология с низким энергопотреблением (Bluetooth LE). Спецификация Bluetooth 4.

0 ориентирована на различные мобильные устройства, требующие беспроводного обмена данными.

Подчиненное устройство может быть одновременно подключено только к одному ведущему устройству. Ведущее устройство инициирует соединение в пикосети. В отличие от спецификации Bluetooth 3.0 для спецификации Bluetooth 4.

0 отсутствует воз- можность организации распределенной сети (scatternet), когда ведущее устройство одной пикосети может являться подчиненным в другой.

При организации сети модуль Bluetooth LE может также выполнять роли запра- шивающего устройства (advertiser) или сканера (scanner).

Поскольку имеется возмож- ность программного изменения ролей Bluetooth LE устройства в сети, то появляется возможность ретрансляции сообщения от узла к узлу до достижения требуемого узла в сети.

Такой подход реализуется в беспроводной сети датчиков, причем чаще всего направление передачи сообщений в такой сети фиксировано от датчиков к некоторому центральному устройству, накапливающему и анализирующему данные.

В настоящее время наблюдается тенденция к добавлению дополнительных «интеллектуальных» функций различным датчикам и использование технологии Bluetooth для разнообразных мобильных устройств. Возникает задача построения сети для обмена сообщениями между ее отдельными Bluetooth LE узлами, причем все узлы в сети должны быть равноценны (однородная сеть).

Архитектура самоорганизующейся однородной беспроводной сети на базе модулей спецификации Bluetooth 4.0

Сеть Bluetooth LE устройств обычно состоит из нескольких подсетей. В подсеть объединяются устройства, находящиеся в пределах досягаемости, и имеющие одинаковый идентификатор (номер) подсети. Номер подсети назначается для каждого устройства заранее, исходя из предполагаемого территориального размещения конкретного узла.

После включения электропитания Bluetooth LE устройство должно зарегистрироваться в подсети. Для этого устройство должно переключиться в роль запрашивающего устройства и сформировать широковещательный запрос.

Тип запроса, номер подсети запрашивающего устройства и его адрес (номер устройства в подсети) определяются по информационной части пакета запроса. После регистрации в подсети устройство переходит в состояние сканирования.

Базовым состоянием любого Bluetooth LE устройства в рассматриваемой сети является состояние сканирования. Последовательность действий для обмена данными между парой Bluetooth LE устройств и смена их ролей представлена на рис. 1.

Внутри подсети сообщение может быть передано непосредственно адресату, либо при плохом уровне RSSI (Receiver Signal Strength Indication) с адресатом – через ретранслятор. Между подсетями сообщения передаются через ретранслятор.

Возможность организации предложенной сети проверена на базе модулей BLE 112 Bluegiga.

Нашими специалистами проведены исследования максимальной пропускной способности сети, в результате которых установлено, что максимальная пропускная способность составляет около 12 Кбит/с, что значительно меньше чем у альтернативной технологии ZigBee.

Достоинства сетей на базе Bluetooth:

• возможность быстрого развертывания;

• сравнительно малое энергопотребление абонентских устройств;

• широкий спектр поддерживающих эту технологию устройств.

Недостатки сети:

• небольшой радиус действия (радиус действия одного абонентского устройства составляет 0.1 — 100 м);

• малые скорости передачи данных (для сравнения: в сетях WiFi этот показатель составляет 11 — 108 Мбит/с);

• нехватка частотного ресурса.

Последняя проблема по большей части решена с выходом устройств Bluetooth 3.0, где используются альтернативные протоколы уровней MAC и физического с целью ускоренной передачи данных профилей Bluetooth (AMP). В частности используются протоколы стандарта 802.11.

Заключение

Исходя из вышеприведенного, можно заключить, что сети на основе Bluetooth применимы лишь в местах большого скопления людей (например, в центрах городов, небольших офисах, магазинах). Например подобная сеть может служить для организации видеонаблюдения на небольшом объекте.

Источник: https://crossgroup.su/solutions/data_transfer/bluetooth.html