Kas ir Bluetooth? Bezvadu protokols — darbība un pielietojumi

Kas ir Bluetooth? Izskaidrojums par bezvadu protokolu, darbību, drošību, 2.4 GHz frekvenci un pielietojumiem — austiņas, peles, tastatūras, printeri un viedierīces.

Bluetooth ir protokols bezvadu saziņai nelielos attālumos, kas radīts 1990. gadu beigās, lai samazinātu kabeļu skaitu un atvieglotu savienojumu starp ierīcēm. Nosaukums cēlies no Dānijas karalim Haraldam Bluetooth. Ar Bluetooth var savienot un apmainīties ar datiem tādas ierīces kā mobilie tālruņi, klēpjdatori, personālie datori, printeri, digitālās kameras un videospēļu konsoles. Savienojums notiek, izmantojot radioviļņus, un tas parasti ir drošs, ja ierīces izmanto mūsdienīgas drošības metodes. Bluetooth paredzēts darbam salīdzinoši īsos attālumos — no pāris metriem līdz desmitiem vai simtiem metru atkarībā no klases un režīma.

Kā Bluetooth darbojas

Bluetooth izmanto bezlicences ISM frekvenču joslu ap 2,4 GHz, ko drīkst izmantot visā pasaulē. Lai samazinātu traucējumus, Bluetooth pielieto frekvenču izkliedes spektru un frekvenču pārlecienu (frequency hopping), sadalot joslu vairākos kanālos un ātri pārlecot starp tiem. Tas padara sakarus izturīgākus pret īslaicīgiem traucējumiem.

Standarti, režīmi un datu ātrums

Ir divas galvenās Bluetooth filiāles:

• Bluetooth Classic (BR/EDR) — paredzēts datu straumēšanai un audio, parasti ar ātrumu līdz aptuveni 2–3 Mbit/s (ar EDR — Enhanced Data Rate). To bieži izmanto austiņām, skaļruņiem un audio straumēšanai.
• Bluetooth Low Energy (BLE) — ieviests kopā ar Bluetooth 4.0, optimizēts zemas enerģijas ierīcēm (viedpulksteņi, sensori, beacon ierīces). BLE sākotnēji nodrošināja ~1 Mbit/s, bet Bluetooth 5 ieviesa LE 2 Mbit/s PHY un kodētās PHY opcijas, kas ļauj palielināt darbības attālumu apmaiņā pret zemāku datu pārraides ātrumu.

Jaunākās Bluetooth 5.x versijas (5.0, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) sniedz uzlabojumus gan ātrumā, gan attālumā, energoefektivitātē, lokalizācijā un audio (piem., LE Audio un LC3 kodeks Bluetooth 5.2), kā arī jaunas iespējas ierīču koeksistencei un tīklu veidošanai (Bluetooth Mesh).

Pāru veidošana un drošība

Bluetooth ierīces pāri veido, izmantojot dažādas metodes: PIN/kods, Secure Simple Pairing (SSP) ar Numeric Comparison, Passkey vai Just Works, vai arī Out-of-Band (OOB). Pāru veidošanas laikā iespējama autentifikācija un datu šifrēšana, taču drošības atšķirības ir atkarīgas no Bluetooth versijas un konfigurācijas. Lai samazinātu risku:

• Atjauniniet ierīces programmaparatūru.
• Izmantojiet drošākas pārošanas metodes (piem., numeric comparison) kur iespējams.
• Nespējojiet “atrodamības” režīmu, ja neveidojat pāri ar jaunu ierīci.

Pielietojumi

Tipiski Bluetooth lietojumi ir austiņu savienošana ar mobilajiem tālruņiem, datora peles, tastatūras vai printera savienošana. Papildus tam Bluetooth izmanto arī:

• bezvadu skaļruņi un automašīnu brīvroku sistēmas;
• viedpulksteņi, veselības sensori un fitnesa ierīces;
• IoT risinājumi, beaconi un atrašanās vietas pakalpojumi;
• Bluetooth Mesh tīkli apgaismojuma un automatizācijas risinājumiem;
• bezvadu spēļu pults savienojumi un mediju kontroles protokoli (piem., AVRCP).

Frekvenču koeksistence un traucējumi

2,4 GHz joslā darbojas arī daudzas citas tehnoloģijas — WLAN (Wi‑Fi), bezvadu kameras, viedtagi ar RFID, bērnu uzraudzības ierīces, mikrovilņu krāsnis u.c. Dažas bezvadu tālruņu tehnoloģijas (piem., DECT) parasti izmanto citas frekvences, tomēr dažādi bezvadu tālruņi un kā arī citi ierīču veidi var radīt traucējumus 2,4 GHz joslā. Bluetooth frekvenču pārleciena tehnika un koeksistences mehānismi palīdz samazināt traucējumus, taču spēcīgs Wi‑Fi vai citādas 2,4 GHz iekārtas izmantošana var ietekmēt veiktspēju.

Darbības attālums un enerģijas patēriņš

Bluetooth ierīču darbības attālums mainās atkarībā no jaudas klases un režīma:

• Class 1 (~100 m, augsta jauda) — reti lietots mobilajās ierīcēs;
• Class 2 (~10 m, visizplatītāk — mobilie telefoni, austiņas);
• Class 3 (~1 m, ļoti zema jauda).

BLE ir optimizēts zemas enerģijas režīmam — sensori un viediekārtas var darboties vairākas nedēļas vai mēnešus uz vienas baterijas, atkarībā no lietošanas intensitātes. Bluetooth 5 un jaunākie varianti piedāvā režīmus, kas ļauj palielināt attālumu vai uzlabot datu ātrumu, atkarībā no vajadzības.

Profili un kodeki

Bluetooth darbībai ir standarti—profili, kas nosaka pakalpojumus un lietojumu: piemēram, HFP (hands‑free), A2DP (audio straumēšanai), AVRCP (tālvadība), HID (peles, tastatūras) un GATT (BLE aplikāciju protokols). Audio kvalitāti ietekmē kodeki: Classic audio ierīces var izmantot SBC, aptX, AAC utt., savukārt LE Audio izmanto jauno LC3 kodeku, kas ļauj labāku skanējumu ar mazāku joslas patēriņu.

Padomi praksē

• Lai uzlabotu savienojuma kvalitāti, pietuviniet ierīces un samaziniet šķērsli starp tām.
• Ja rodas traucējumi, mēģiniet nomainīt Wi‑Fi kanālu vai izslēgt citas 2,4 GHz ierīces.
• Izmantojiet jaunākas Bluetooth versijas, ja vēlaties labāku veiktspēju un drošību.

Bluetooth ir elastīgs un plaši lietots bezvadu risinājums, kas turpina attīstīties — jaunākās versijas uzlabo ātrumu, energoefektivitāti, audio kvalitāti un atbalstu IoT un tīkla scenārijiem.

Bluetooth un bezvadu LAN salīdzinājums

Mūsdienās ir daudz situāciju, kurās var izmantot Bluetooth vai bezvadu LAN. Piemēram, tīklu izveide, drukāšana vai failu un datu pārsūtīšana no PDA uz datoru. Abas ir nelicencētas bezvadu tehnoloģijas versijas. WLAN var pārvarēt lielākus attālumus un nodrošina lielāku caurlaides spēju. Bluetooth nav nepieciešama dārga aparatūra. Tās darbībai ir nepieciešama arī mazāka jauda. ^[]

Abi izmanto vienu un to pašu radiofrekvenču diapazonu, bet to modulācijas metodes ir atšķirīgas. Abas ir izstrādātas, lai aizstātu kabeļu vadus. Bluetooth vēlējās atbrīvoties no perifēro iekārtu kabeļiem, bet WLAN - no kabeļiem, kas vajadzīgi LAN izveidei. ^[]

Bluetooth ierīces

Bluetooth ir daudzos produktos, piemēram, telefonos, Wii vai PlayStation 3. Nesen tas ir iebūvēts arī dažos elektroniskajos pulksteņos, modēmos un austiņās. Šī tehnoloģija ir noderīga, pārsūtot informāciju starp divām vai vairākām ierīcēm, kas atrodas netālu viena no otras, ja ir zems joslas platums. Bluetooth parasti izmanto, lai pārsūtītu skaņas datus ar telefoniem (piemēram, ar Bluetooth austiņām) vai baitu datus ar rokas datoriem (pārsūtot failus).

Bluetooth izmanto protokolus, kas ļauj viegli atrast tuvumā esošās ierīces un izveidot savienojumu starp šīm ierīcēm. Bluetooth ierīces var reklamēt visus savus piedāvātos pakalpojumus. Pakalpojumu lietošana kļūst vienkāršāka; daudzas iestatīšanas, kas saistītas ar drošību, tīklu vai atļaujām, tiek veiktas automātiski.

Bezvadu LAN

WLAN ir vairāk līdzīgi tradicionālajiem LAN. Lai izveidotu tīklu un nodrošinātu resursu pieejamību citām tīkla ierīcēm, ir nepieciešams vairāk konfigurācijas. WLAN ierīces arī patērē vairāk enerģijas nekā Bluetooth ierīces. Dažreiz WLAN sauc par bezvadu Ethernet. WLAN ir nepieciešams vairāk resursu konfigurēšanai, taču tas nodrošina arī lielāku datu pārsūtīšanas ātrumu. Arī drošība ir labāka nekā Bluetooth.

Bluetooth USB dongle ar 100 m diapazonu.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir Bluetooth?

Q: Cik tālu var aizsniegt Bluetooth signālu?

J: Kādi ir daži tipiski Bluetooth lietojumi?

J: Kādu frekvenču joslu izmanto Bluetooth?

J: Kā to var salīdzināt ar WLAN?

J: Vai ir kādas citas ierīces, kas arī izmanto šo frekvenču joslu?

J: Kādas datu pārraides ātruma iespējas pašlaik ir pieejamas ar Bluetooth?

Meklēt pēc burta