Що нового в Bluetooth 5

Першим смартфоном, оснащеним чипом Bluetooth 5, став Samsung Galaxy S8

Майже кожна людина використовує Bluetooth: на смартфоні, планшеті, комп'ютері або для підключення аксесуарів, наприклад, бездротових навушників. В найближчому майбутньому ситуація не зміниться: на думку дослідників ринку (компанії ABI Research), в 2021 році буде придбано близько 5 млрд. Bluetooth-пристроїв.

П'яте покоління Bluetooth розроблено якраз для «Інтернету речей». Наступні три інновації застосовуються виключно в енергозберігаючому режимі Low-Energy (LE):

• Підвищена швидкість передачі даних: максимальна швидкість збільшується з 1 до 2 Мбіт / с.
• Збільшений радіус дії: в зоні прямої видимості (без перешкод на шляху) він збільшений з 50 до 200 метрів.
• Покращена передача даних: через т. Н. «Бікона» (маячки) може бути передано в 8 разів більше інформації.

Крім того, в новій специфікації Bluetooth застосовані оптимізують рішення, спрямовані на підвищення стійкості до перешкод. Це дуже важливо, так як Bluetooth працює у вкрай переповненому діапазоні частот 2,4 ГГц.

У той час як Wi-Fi б'є рекорди швидкості в гігабітному діапазоні, Bluetooth LE досі «топчеться» близько 1 Мбіт / с. Проте, Bluetooth 5 в режимі LE збільшує максимальну швидкість передачі даних в два рази. Зрозуміло, від цього Bluetooth LE не стане «ракетою», так як існують деякі обмеження.

Швидкість передачі «нетто» в Bluetooth LE-режимі постійно збільшується. Але швидкість «брутто» 2 Мбіт / с в Bluetooth 5 є лише опціональною.

При значенні 2 Мбіт / с мова йде про швидкість «брутто», максимальна швидкість «нетто» при цьому залишиться на рівні 1,4 Мбіт / с. Крім того, це значення має силу тільки в ближній області дії, так як для передачі більшого обсягу корисних даних в одному пакеті Bluetooth 5 «економить» на корекції помилок.

Однак швидкість 2 Мбіт / с в режимі LE є скоріше опцією, яку виробники можуть реалізувати в своїх пристроях. В якості альтернативи також доступні швидкості 1 Мбіт / с, 500 Кбіт / с і 125 Кбіт / с.

Причому, за замовчуванням у всіх Bluetooth-пристроях встановлена ​​швидкість передачі даних 1 Мбіт / с, інші параметри є опціональними, а право вибору реалізації надано виробникам.

Також не можна сліпо покладатися на те, що всі пристрої, що використовують Bluetooth 5, підтримують більш швидкий LE-режим.

Інтернет речей без помилок

Хоча професійне обладнання та забезпечує передачу даних по Bluetooth-каналу до 500 метрів, стандарт Bluetooth лише в даний час надав можливість енергозберігаючих підключень на відстані до 200 метрів.

Технологія Bluetooth застосовується головним чином в ближній області дії, хоча існує обладнання, що дозволяє передавати дані по Bluetooth на відстань до 500 метрів. Втім, подібні екстремальні радіуси дії вимагають значних витрат, так як для цього необхідно істотно збільшувати потужність передавачів.

Крім LE-режиму стандарт Bluetooth вже досить давно визначає різні класи, в яких пристрої можуть передавати дані з потужністю до 100 мВт. Для таких Bluetooth-модулів, відповідно до параметрів класу 1, потрібно занадто велика потужність, що не підходить для інтернету речей.

Відтепер, з застосуванням Bluetooth LE, це виглядає інакше, так як застосовуються в ньому Bluetooth-модулі збільшують радіус дії завдяки технології Forward Error Correction (FEC, прямий корекції помилок) без значного збільшення потужності передачі. Однак через збільшеної дальності дії доводиться жертвувати швидкістю передачі даних.

Якщо подивитися на стек протоколів Bluetooth, можна побачити, що інновації для збільшення дальності дії Bluetooth 5 відносяться до самого нижнього (фізичній) рівню. Корисні дані передаються двічі і додатково шифруються, таким чином приймаючий пристрій часто може самостійно виправляти помилки. При цьому наріжним каменем для шифрування є швидкість передачі символів.

Структура пакета даних Bluetooth з високою швидкістю.

Bluetooth 5 в енергозберігаючому режимі просто збільшує частку корисних даних в пакеті для досягнення максимальної швидкості передачі 2 Мбіт / с.

У найпростішому випадку кожен біт передається двічі. Кожен нуль відправляється в такому варіанті як «00», одиниця - як «11». Це зменшує вдвічі максимальну брутто-швидкість передачі даних, з 1 Мбіт / с до 500 Кбіт / с. Проте, для ще більшої дальності дії стандарт Bluetooth визначає також розширене шифрування, при якому кожен біт передається не двома, а вісьмома символами. Кожен нуль кодується послідовністю символів «00110011», кожна одиниця - «11001100».

Система корекції помилок передає корисні дані кілька разів і шифрує їх особливим чином, в кінцевому підсумку в кожному пакеті передається менше корисних даних. Завдяки цьому збільшується відстань передачі пакетів даних Bluetooth-LE з 50 до 200 м.

Якщо в приймач надходить послідовність «11001101», можна легко визначити і виправити помилку в останньому бите. Однак швидкість передачі даних при цьому знижується до 125 Кбіт / с.

Бікона і створення мережі

Bluetooth 5 також збільшує довжину повідомлень, переданих без підключення, за допомогою Bluetooth-біконів. Подібним чином можуть відправлятися короткі інформаційні фрагменти. При використанні біконів Bluetooth 4.x забезпечує довжину повідомлення 30 байт, Bluetooth 5 передбачає більш ніж восьмикратне збільшення обсягу переданих даних (256 байт). Пристрої Bluetooth 5 можуть працювати в усіх режимах своїх попередників і завдяки цьому є назад сумісними.

Наступним етапом інтернету речей стане особлива специфікація для спрощеного об'єднання Bluetooth-пристроїв в єдину мережу, яка повинна бути представлена ​​в середині 2017 року. Завдяки цьому Bluetooth-пристрої зможуть в режимі енергозбереження приймати повідомлення від одного пристрою і передавати їх іншому. Подібним чином повинна бути додатково збільшена і дальність дії.

Фото: компанії-виробники, Standardizer / commons.wikimedia.org