Технология Bluetooth®

Технология Bluetooth предоставляет возможность  удобного и недорогого беспроводного соединения малого радиуса действия.  Использование штатного интерфейса, уже имеющегося в компьютере или мобильном телефоне, во многих случаях оказывается очень удобным.

Сегодня предлагаются недорогие встраиваемые радиомодули, которые реализуют стандартные профили Bluetooth-соединения. Например,  в беспроводных гарнитурах используется профиль HeadSet, для обмена файлами между устройствами разработан  профиль FTP, в мобильных телефонах применяется профиль Dial-up Networking Profile.  В системах сбора данных и управления чаще всего используется профиль последовательного порта SPP.

Оcновные характеристики технологии

Протокол Bluetooth® поддерживает  соединения с топологоиями точка-точка  и точка-многоточка. Два или более использующих один и тот же канал устройства образуют пикосеть (piconet). При этом одно из устройств работает как основное (Master), а остальные - как подчиненные (Slave).

Приемопередатчики Bluetooth работают на частоте 2.45 ГГц  и используют  метод расширением спектра FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum - скачкообразная перестройка частоты).

В зависимости от мощности передатчика, устройства Bluetooth® делятся на три класса:

• класс 1 - до 100 мВт (дальность на открытом пространстве до 100 м)
• класс 2 - до 2,5 мВт (дальность на открытом пространстве до 15 м)
• класс 3 - до 1 мВт (дальность на открытом пространстве до 5 м)

Скорость передаваемых данных зависит от используемой версии  спецификации и профиля Bluetooth. При использовании профиля последовательного порта, скорость передачи данных имеет теоретический предел 704 кбит/c.

Профиль последовательного порта (SPP)

Профиль SPP (Serial Port Profile) позволяет очень просто организовать "прозрачный" беспроводной канал между двумя устройствами, которые ранее были связаны проводным последовательным интерфейсом. Встраиваемый Bluetooth-модуль осуществляет преобразование потока данных, поступающих по проводному асинхронному последовательному каналу, в беспроводной поток в соответствии с профилем SPP (Serial Port Profile). На удаленной стороне в качестве приемопередатчика Bluetooth можно использовать  штатный Bluetooth-адаптер персонального компьютера или второй встраиваемый модуль.

В таком Bluetooth соединении одно из устройств является ведущим (master), а другое - ведомым (slave). На стороне компьютера располагается мастер. Поэтому для встраиваемых систем чаще всего используют Bluetooth-модули, сконфигурированные как ведомые.

Профиль последовательного порта предполагает выполнение следующих операций с  устройствами Bluetooth:

• Обнаружение Bluetooth-устройств
• Установление соединения двух Bluetooth-устройств 
• Передача данных в режиме "прозрачного" канала

Ведомый модуль Bluetooth при включении питания находится в состоянии “доступный для обнаружения”.  Ведущий модуль при включении питания начинает поиск ведомых устройств и при нахождении свободного ведомого устройства пытается присоединиться к нему. Ведомый запрашивает PIN-код, ведущий отвечает. Если PIN-коды совпадают, то устройства обмениваются своими адресами, образуют пару и могут выполнять обмен данными. Таким образом, установление соединения происходит автоматически. 

Ведущее и ведомое устройство по-разному обрабатывают ситуацию, когда удаленный модуль перестает отвечать на запросы. Ведомый в таком случае считает, что соединение утеряно, и вновь становится доступным для обнаружения.  Ведущий модуль оказывается более верным установленным ранее “брачным узам”. Для того, чтобы он забыл своего прежнего партнера ему нужно подать импульс сброса на внешний вывод.

Немного истории

Технология Bluetooth поддерживается и развивается некоммерческой ассоциацией Bluetooth Special Interest Group (SIG), которая была основана в сентябре 1998 г. и насчитывает сегодня около 12 000 членов. Эта организация публикует спецификации Bluetooth, организует сертификацию устройств, защищает торговую марку Bluetooth и пропагандирует технологию.

Спецификация версии 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate) является в настоящее время наиболее распространенной и часто используемой. Эта спецификация по сравнению с предшествующими версиями позволила увеличить скорость передаваемых данных и сократить энергопотребление, упростила процедуру установления связи между двумя устройствами.

Спецификации Bluetooth версии 3.0 High Speed (HS ) была утвержена группа компаний Bluetooth SIG  в апреле 2009 года.  Новая спецификация предписывает использовать в качестве физического уровня беспроводной передачи данных стандарт IEEE 802.15.11, который уже используется известной технологией Wi-Fi. Это позволит реализовать знакомый и простой в использовании классический интерфейс Bluetooth на более высоких скоростях передачи данных. Второй особенностью новой спецификации 3.0 (HS) является введение строгого контроля энергопотребления, что является особенно важным для носимой аппаратуры.
Появление первых устройств, использующих технологию нового высокоскоростного интерфейса Bluetooth, ожидается весной 2010 года.

Технология Bluetooth продолжает развиваться. Ожидается утверждение спецификации  "Bluetooth Low Energy", которая позволит разрабатывать устройства Bluetooth с ультранизким энергопотреблением, способные работать от батарей несколько лет. Стандартизация интерфейса  Bluetooth Embedded Control Interface (BECI) взаимодействия приложения пользователя и верхних уровней стека упростит разработку конечных приложений.

Другие профили Bluetooth

Рабочая группа Bluetooth® SIG определяет множество стандартных профилей, среди них:

• Generic Access Profile (Профиль общего доступа) - основной профиль Bluetooth®, отвечающий за поддержание связи между устройствами, выявление других доступных профилей, а также за безопасность
• Service Discover Application Profile (Профиль приложения обнаружения услуг) - дает возможность определять, какие услуги Bluetooth® доступны при работе с данным устройством.
• Serial Port Profile (Профиль последовательного порта) - позволяет устройствам Bluetooth® эмулировать последовательный порт ПК и используется многими профилями более высокого уровня.
• Dial-up Networking Profile (Профиль беспроводной телефонии) - предназначен для сотовых телефонов с Bluetooth® и позволяет использовать телефон в качестве беспроводной <трубки>; через точку доступа Bluetooth® обеспечивает соединение с телефонной сетью в доме, офисе общественных местах и т.д.
• Fax Profile (Профиль факса) - во многом похож на предыдущий, позволяет эмулировать факс-модем при соединении через Bluetooth® с устройством, имеющим программное обеспечение поддержки факса.
• Generic Object Exchange Profile (Профиль общего обмена объектами) - позволяет приложениям обмениваться данными непосредственно, без использования IP.
• File Transfer Profile (Профиль передачи файла) - позволяет устройству получать доступ к данным, хранящимся на другом устройстве, аналогично тому, как это делается в ftp.
• Headset Profile (Профиль гарнитуры) - обеспечивает беспроводное соединение устройства с гарнитурой, оснащенной динамиком и микрофоном.
• LAN Access Profile (Профиль доступа к локальной сети) - предназначен для создания IP-сетей и позволяет создавать небольшие беспроводные сети Intranet, также используется точками доступа для связи с кабельными сетями, будь то локальные сети или Internet.
• Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) - описывает как аудио стерео поток может быть передан по радиоканалу
• Audio / Video Control Transport Protocol (AVRCP)- определяет стандартный интерфейс беспроводного взаимодействия телевизионной и звуковой аппаратуры класса hi-fi, а также беспроводного управления этой аппаратурой.