Что нового в Bluetooth 5

Почти каждый человек использует Bluetooth: на смартфоне, планшете, компьютере или для подключения аксессуаров, например, беспроводных наушников. В ближайшем будущем ситуация не изменится: по мнению исследователей рынка (компании ABI Research), в 2021 году будет приобретено около 5 млрд. Bluetooth-устройств.

При этом особенно большой потенциал роста будет наблюдаться у устройств, использующих технологию «Интернет вещей»: наручные часы, осветительные приборы или системы автоматического поддержания температуры.

Пятое поколение Bluetooth разработано как раз для «Интернета вещей». Следующие три инновации применяются исключительно в энергосберегающем режиме Low-Energy (LE):

• Повышенная скорость передачи данных: максимальная скорость увеличивается с 1 до 2 Мбит/с.
• Увеличенный радиус действия: в зоне прямой видимости (без преград на пути) он увеличен с 50 до 200 метров.
• Улучшенная передача данных: через т. н. «биконы» (маячки) может быть передано в 8 раз больше информации.

Кроме того, в новой спецификации Bluetooth применены оптимизирующие решения, направленные на повышение устойчивости к помехам. Это весьма важно, так как Bluetooth работает в крайне переполненном диапазоне частот 2,4 ГГц.

Основные нововведения Bluetooth 5 — высокая скорость передачи данных и увеличенный радиус действия — ограничиваются в энергоэффективном режиме Low Energy. В нем вас ждет небольшой подвох: одновременно можно использовать только одно из преимуществ.

Максимальная скорость передачи данных лишь при необходимости

В то время как Wi-Fi бьет рекорды скорости в гигабитном диапазоне, Bluetooth LE до сих пор «топчется» около 1 Мбит/с. Тем не менее, Bluetooth 5 в режиме LE увеличивает максимальную скорость передачи данных в два раза. Разумеется, от этого Bluetooth LE не станет «ракетой», так как существуют некоторые ограничения.

При значении 2 Мбит/с речь идет о скорости «брутто», максимальная скорость «нетто» при этом останется на уровне 1,4 Мбит/с. Кроме того, это значение имеет силу только в ближней области действия, так как для передачи большего объема полезных данных в одном пакете Bluetooth 5 «экономит» на коррекции ошибок.

Однако скорость 2 Мбит/с в режиме LE является скорее опцией, которую производители могут реализовать в своих устройствах. В качестве альтернативы также доступны скорости 1 Мбит/с, 500 Кбит/с и 125 Кбит/с.

Причем, по умолчанию во всех Bluetooth-устройствах установлена скорость передачи данных 1 Мбит/с, иные параметры являются опциональными, а право выбора реализации предоставлено производителям.

Также нельзя слепо полагаться на то, что все устройства, использующие Bluetooth 5, поддерживают более быстрый LE-режим.

Интернет вещей без ошибок

Технология Bluetooth применяется главным образом в ближней области действия, хотя существует оборудование, позволяющее передавать данные по Bluetooth на расстояние до 500 метров. Впрочем, подобные экстремальные радиусы действия требуют значительных расходов, так как для этого необходимо существенно увеличивать мощность передатчиков.

Помимо LE-режима стандарт Bluetooth уже довольно давно определяет различные классы, в которых устройства могут передавать данные с мощностью до 100 мВт. Для таких Bluetooth-модулей, согласно параметрам класса 1, требуется слишком большая мощность, что не подходит для интернета вещей.

Отныне, с применением Bluetooth LE, это выглядит иначе, так как применяемые в нем Bluetooth-модули увеличивают радиус действия благодаря технологии Forward Error Correction (FEC, прямой коррекции ошибок) без значительного увеличения мощности передачи. Однако из-за увеличенной дальности действия приходится жертвовать скоростью передачи данных.

Если посмотреть на стек протоколов Bluetooth, можно увидеть, что инновации для увеличения дальности действия Bluetooth 5 относятся к самому нижнему (физическому) уровню. Полезные данные передаются дважды и дополнительно шифруются, таким образом принимающее устройство часто может самостоятельно исправлять ошибки. При этом краеугольным камнем для шифрования является скорость передачи символов.

В простейшем случае каждый бит передается дважды. Каждый ноль отправляется в таком варианте как «00», единица — как «11». Это уменьшает вдвое максимальную брутто-скорость передачи данных, с 1 Мбит/с до 500 Кбит/с. Тем не менее, для еще большей дальности действия стандарт Bluetooth определяет также расширенное шифрование, при котором каждый бит передается не двумя, а восемью символами. Каждый ноль кодируется последовательностью символов «00110011», каждая единица — «11001100».

Если в приемник поступает последовательность «11001101», можно легко определить и исправить ошибку в последнем бите. Однако скорость передачи данных при этом снижается до 125 Кбит/с.

Биконы и создание сети

Bluetooth 5 также увеличивает длину сообщений, передаваемых без подключения, с помощью Bluetooth-биконов. Подобным образом могут отправляться короткие информационные фрагменты. При использовании биконов Bluetooth 4.x обеспечивает длину сообщения 30 байт, Bluetooth 5 предусматривает более чем восьмикратное увеличение объема передаваемых данных (256 байт). Устройства Bluetooth 5 могут работать во всех режимах своих предшественников и благодаря этому являются обратно совместимыми.

Следующим этапом интернета вещей станет особая спецификация для упрощенного объединения Bluetooth-устройств в единую сеть, которая должна быть представлена в середине 2017 года. Благодаря этому Bluetooth-устройства смогут в режиме энергосбережения принимать сообщения от одного устройства и передавать их другому. Подобным образом должна быть дополнительно увеличена и дальность действия.

Фото: компании-производители, Standardizer/commons.wikimedia.org