Den sanna historien om Bluetooth. Hur det utvecklades och vad som kommer att hända härnäst. Hur man väljer en Bluetooth-enhet för att lyssna på musik Vad är Bluetooth 4.1

Bluetooth 5.0 blev verklighet. Jämfört med Bluetooth 4.0 har den nya versionen två gånger kapaciteten, fyra gånger räckvidden och ett antal andra förbättringar. Låt oss titta på fördelarna med Bluetooth 5.0 jämfört med dess föregångare, inklusive ett exempel CPU CC2640R2F från Texas instrument.

Populariteten för Bluetooth 4-protokollversionen, såväl som några av dess begränsningar, blev skälen till skapandet av nästa Bluetooth 5-specifikation. Utvecklarna satte upp ett antal mål för sig själva: att utöka räckvidden, öka genomströmningen vid sändning av sändningspaket , förbättra brusimmunitet och så vidare.

Nu när de första enheterna med Bluetooth 5 har börjat dyka upp har användare och utvecklare med rätta frågor: vilka av de tidigare angivna löftena har blivit verklighet? Hur mycket har räckvidden och dataöverföringshastigheten ökat? Hur påverkade detta konsumtionsnivån? Hur har tillvägagångssättet för att generera broadcast-paket förändrats? Vilka förbättringar har gjorts för att förbättra bullerimmuniteten? Och, naturligtvis, är huvudfrågan - finns det bakåtkompatibilitet mellan Bluetooth 5 och Bluetooth 4? Låt oss svara på dessa och några andra frågor och överväga de viktigaste fördelarna med Bluetooth 5.0 jämfört med dess föregångare, inklusive att använda exemplet med en riktig processor med Bluetooth 5.0-stöd som producerats av företaget Texas instrument.

Låt oss börja vår recension av Bluetooth 5.0 genom att svara på de vanligaste frågorna om bakåtkompatibilitet med Bluetooth 4.x

Är Bluetooth 5.0 bakåtkompatibel med Bluetooth 4.x?

Ja det gör det. Bluetooth 5 använder de flesta funktionerna och tilläggen av Bluetooth 4.1 och 4.2. Till exempel behåller Bluetooth 5-enheter alla datasäkerhetsförbättringar i Bluetooth 4.2 och stöder LE Data Length Extension. Det är värt att komma ihåg att tack vare LE Data Length Extension, från och med Bluetooth 4.2, kan storleken på datapaketet (paketdataenhet, PDU) under en etablerad anslutning ökas från 27 till 251 byte, vilket gör att du kan öka datautbyteshastighet med 2,5 gånger.

På grund av det stora antalet skillnader mellan protokollversioner bibehålls den traditionella mekanismen för att förhandla parametrar mellan enheter vid upprättande av anslutningar. Det betyder att enheterna innan de börjar utbyta data "lär känna varandra" och bestämmer maximal frekvens för dataöverföring, längden på meddelanden och så vidare. I det här fallet används parametrar för Bluetooth 4.0 som standard. Övergången till parametrar för Bluetooth 5 sker endast om det under parningsprocessen visar sig att båda enheterna stöder en senare version av protokollet.

På tal om verktyg som redan är tillgängliga för utvecklare är det värt att notera den nya CC2640R2F-processorn och den gratis BLE5-Stacken från Texas Instruments. Till utvecklarnas glädje är BLE5-Stack baserad på den tidigare versionen av BLE-Stack, och ändringar i dess användning påverkade bara de nya funktionerna i Bluetooth 5.0.

Hur har dataöverföringshastigheten ökat i Bluetooth 5?

Bluetooth 5 använder en trådlös anslutning med fysiska dataöverföringshastigheter på upp till 2 Mbps, vilket är dubbelt så snabbt som Bluetooth 4.x. Det är värt att notera här att den effektiva dataväxlingshastigheten inte bara beror på överföringskanalens fysiska genomströmning, utan också på förhållandet mellan tjänst och användbar information i paketet, såväl som på de tillhörande "overhead"-kostnaderna, till exempel tidsförlust mellan paket (tabell 1).

Bord 1. Kommunikationshastighet för olika versionerBlåtand

I versionerna Bluetooth 4.0 och 4.1 var kanalens fysiska bandbredd 1 Mbit/s, vilket med en PDU-datapaketlängd på 27 byte gjorde det möjligt att uppnå växelkurser på upp till 305 kbit/s. Bluetooth 4.2 introducerade LE Data Length Extension. Tack vare det, efter att ha upprättat en anslutning mellan enheter, blev det möjligt att öka paketlängden till 251 byte, vilket ledde till en ökning av datautbyteshastigheten med 2,5 gånger - upp till 780 kbit/s.

Bluetooth version 5 behåller stöd för LE Data Length Extension, som tillsammans med en ökning av fysisk genomströmning till 2 Mbit/s gör att datautbyteshastigheter på upp till 1,4 Mbit/s kan uppnås.

Som praxis visar är en sådan acceleration av dataöverföring inte gränsen. Till exempel kan den trådlösa mikrokontrollern CC2640R2F arbeta i hastigheter upp till 5 Mbps.

Det är värt att nämna den vanliga missuppfattningen att ökningen av genomströmningen till 2 Mbit/s uppnåddes genom att minska räckvidden. Fysiskt har naturligtvis transceiver-chippet (PHY) vid en frekvens på 2 Mbit/s 5 dBm mindre känslighet än vid en frekvens på 1 Mbit/s. Men förutom känslighet finns det andra faktorer som bidrar till att öka räckvidden, till exempel övergången till datakodning. Av denna anledning, allt annat lika, visar sig Bluetooth 5 vara mer pålitlig och har en längre räckvidd jämfört med Bluetooth 4.0. Detta diskuteras i detalj i ett av följande avsnitt i artikeln.

Hur aktiverar jag höghastighetsdataöverföringsläge i Bluetooth 5?

När du upprättar en anslutning mellan två Bluetooth-enheter, används Bluetooth 4.0-inställningar initialt. Detta innebär att enheterna i det första steget utbyter data med en hastighet av 1 Mbit/s. När anslutningen har upprättats kan den Bluetooth 5.0-aktiverade mastern påbörja PHY Update Procedure, vars mål är att fastställa en maximal hastighet på 2 Mbps. Denna operation kommer bara att lyckas om slaven också stöder Bluetooth 5.0. Annars förblir hastigheten på 1 Mbit/s.

För utvecklare som tidigare har använt Texas Instruments BLE-Stack är den goda nyheten att den nya BLE5-Stacken tillhandahåller en enda funktion, HCI_LE_SetDefaultPhyCmd(), för att utföra denna procedur. Således, när de byter till Bluetooth 5.0, kommer användare av TI-produkter inte att ha problem med den initiala initieringen. Också användbart för utvecklare kommer att vara ett exempel som publiceras på GitHub-portalen, som låter dig utvärdera driften av två CC2640R2F-mikrokontroller som fungerar som en del av CC2640R2 LaunchPads i höghastighets- och långdistanslägen.

Hur har räckvidden för Bluetooth 5 ökat?

Bluetooth 5.0-specifikationen säger att räckvidden är fyra gånger större än Bluetooth 4.0. Detta är en ganska subtil fråga som är värd att uppehålla sig mer i detalj vid.

För det första är begreppet "fyra gånger" relativt och är inte bundet till ett specifikt avstånd i meter eller kilometer. Faktum är att radiosändningsräckvidden starkt beror på ett antal faktorer: miljöns tillstånd, störningsnivån, antalet enheter som sänder samtidigt, och så vidare. Som ett resultat ger inte en enda tillverkare, såväl som utvecklaren av själva Bluetooth SIG-standarden, specifika värden. Ökningen i räckvidd mäts i jämförelse med Bluetooth 4.0.

För ytterligare analys är det nödvändigt att utföra några matematiska beräkningar och uppskatta radiokanalens effektbudget. När du använder logaritmiska värden är radiokanalbudgeten (dB) lika med skillnaden mellan sändareffekten (dBm) och mottagarens känslighet (dBm):

Radiokanalbudget = effektT X(dBm) – känslighetR X(dBm)

För Bluetooth 4.0 är standardmottagarens känslighet -93 dBm. Om vi ​​antar att sändareffekten är 0 dBm, så är budgeten 93 dB.

En fyrdubbling av intervallet skulle kräva en 12 dB ökning av budgeten, vilket resulterar i ett värde på 105 dB. Hur ska detta värde uppnås? Det finns två sätt:

• öka sändareffekten;
• öka mottagarnas känslighet.

Om du följer den första vägen och ökar sändareffekten kommer detta oundvikligen att orsaka en ökning av förbrukningen. Till exempel, för CC2640R2F, leder byte till en uteffekt på 5 dBm till en ökning av strömförbrukningen till 9 mA (Figur 1). Vid 10 dBm kommer strömmen att öka till 20 mA. Detta tillvägagångssätt är inte attraktivt för de flesta batteridrivna trådlösa enheter och lämpar sig inte alltid för IoT, vilket är det område som Bluetooth 5.0 främst var inriktat på. Av denna anledning förefaller den andra lösningen att föredra.

För att öka mottagarens känslighet föreslås två metoder:

• minskning av överföringshastighet;
• användning av kodad PHY-datakodning.

Att minska datahastigheten med en faktor åtta ökar teoretiskt mottagarens känslighet med 9 dB. Det önskade värdet är alltså endast 3 dB kort.

De erforderliga 3 dB kan uppnås med ytterligare kodad PHY-kodning. Tidigare, i Bluetooth 4.x-versioner, var bitkodningen entydig 1:1. Detta betyder att dataströmmen skickades direkt till differentialdemodulatorn. I Bluetooth 5.0, när du använder kodad PHY, finns det ytterligare två överföringsformat:

• med 1:2-kodning, där varje databit är associerad med två bitar i radiodataströmmen. Till exempel representeras en logisk "1" som en sekvens av "10". I det här fallet förblir den fysiska hastigheten lika med 1 Mbit/s, och den verkliga dataöverföringshastigheten sjunker till 500 kbit/s.
• Med 1:4-kodning. Till exempel representeras en logisk "1" av sekvensen "1100". Dataöverföringshastigheten reduceras till 125 kbit/s.

Det beskrivna tillvägagångssättet kallas Forward Error Correction (FEC) och gör det möjligt att upptäcka och korrigera fel på den mottagande sidan, snarare än att kräva att paket återsänds, som var fallet i Bluetooth 4.0.

På pappret ser allt bra ut. Det återstår bara att ta reda på hur dessa teoretiska beräkningar motsvarar verkligheten. Som ett exempel, låt oss ta samma CC2640R2F mikrokontroller. Tack vare olika förbättringar och nya Bluetooth 5.0-modulationslägen har denna processors transceiver en känslighet på -97 dBm vid 1 Mbps och -103 dBm vid användning av Coded PHY och 125 kbps. I det senare fallet saknas alltså endast 2 dBm från nivån 105 dB.

För att utvärdera räckvidden för CC2640R2F genomförde ingenjörer från Texas Instruments ett fältexperiment i Oslo. Samtidigt, ur ljudnivåsynpunkt, kan miljön i detta experiment inte kallas "vänlig", eftersom affärsdelen av staden låg i närheten.

För att få en effektbudget större än 105 dB beslutades att öka sändareffekten till 5 dBm. Detta gjorde det möjligt för oss att uppnå ett imponerande slutvärde på 108 dBm (Figur 2). När experimentet utfördes var räckvidden 1,6 km, vilket är ett mycket imponerande resultat, särskilt med tanke på minimiförbrukningen av radiosändare.

Hur har inställningen till Bluetooth 5-sändningsmeddelanden förändrats?

Tidigare använde Bluetooth 4.x tre dedikerade datakanaler för att upprätta anslutningar mellan enheter (37, 38, 39). Med deras hjälp hittade enheter varandra och utbytte serviceinformation. Det var också möjligt att överföra broadcast-datapaket över dem. Detta tillvägagångssätt har nackdelar:

• med ett stort antal aktiva sändare kan dessa kanaler helt enkelt överbelastas;
• Fler och fler enheter använder broadcast-meddelanden utan att upprätta en punkt-till-punkt-anslutning. Detta är särskilt viktigt för Internet of Things IoT;
• det nya kodade PHY-kodningssystemet kommer att kräva åtta gånger mer tid för att upprätta en anslutning, vilket dessutom kommer att ladda sändningskanaler.

För att lösa dessa problem i Bluetooth 5.0 beslutades det att gå över till ett schema där data överförs på alla 37 datakanaler och servicekanalerna 37, 38, 39 används för att överföra pekare. Pekaren hänvisar till den kanal över vilken sändningsmeddelandet kommer att sändas. I detta fall överförs data endast en gång. Som ett resultat är det möjligt att avsevärt lätta på belastningen på servicekanaler och eliminera denna flaskhals.

Det är också värt att notera att nu kan datalängden för ett sändningspaket nå 255 byte istället för 6...37 byte PDU i Bluetooth 4.x. Detta är oerhört viktigt för IoT-applikationer, eftersom det gör det möjligt att minimera överföringskostnader och eliminera anslutningar och därigenom minska förbrukningen.

Stöder Bluetooth 5 Mesh-nätverk?

Texas Instruments lösningar för Bluetooth 5

En av de allra första mikrokontrollerna med Bluetooth 5.0 var den högpresterande CC2640R2F-processorn tillverkad av Texas Instruments.

CC2640R2F är byggd på en modern 32-bitars ARM Cortex-M3-kärna med en arbetsfrekvens på upp till 48 MHz. Radiosändarens funktion styrs av den andra 32-bitars ARM Cortex-M0-kärnan (Figur 3). Dessutom har CC2640R2F rik digital och analog kringutrustning.

Fördelen med mikrokontrollern CC2640R2F är också dess låga förbrukningsnivå (tabell 2). Detta gäller för alla driftlägen. Till exempel, i aktivt läge, när du tar emot data över en radiokanal, är förbrukningen 5,9 mA, och vid sändning - 6,1 mA (0 dBm) eller 9,1 mA (5 dBm). Vid övergång till viloläge sjunker matningsströmmen helt till 1 µA.

Kombinationen av tre viktiga egenskaper som Bluetooth 5.0-stöd, låg förbrukning och hög toppprestanda gör CC2640R2F till en mycket intressant lösning för Internet of Things. Samtidigt, med hjälp av denna mikrokontroller, kan du skapa hela utbudet av IoT-enheter: autonoma sensorer som fungerar i flera år på ett enda batteri, bryggor mellan en extra kontrollprocessor och en Bluetooth 5.0-kanal, komplexa applikationer som kräver hög datorkraft .

Tabell 2. Förbrukning av trådlös mikrokontrollerCC2640 R2 Fmed stödetBluetooth 5

För att snabbt komma igång med CC2640R2F har Texas Instruments förberett ett traditionellt utvecklingspaket (Figur 4). Med hjälp av ett par sådana enheter kan du utvärdera hastigheten och räckvidden för radioöverföring via Bluetooth 5.0. För att göra detta kan du använda färdiga exempel eller skapa din egen applikation baserat på det kostnadsfria BLE 5 stack 1.0-protokollet (www.ti.com/ble).

Slutsats

Den nya versionen av Bluetooth 5.0-protokollet är fokuserad på maximal överensstämmelse med behoven hos Internet of Things (IoT). Jämfört med Bluetooth 4.0-versionen har den ett antal kvalitativa förbättringar:

• dataöverföringshastigheten har fördubblats och nått 2 Mbit/s;
• överföringsräckvidden har ökat fyrfaldigt på grund av kodad PHY och Forward Error Correction (FEC) datakodning;
• Genomströmningen av sändningsmeddelanden ökade 8 gånger.

Dessutom ger Bluetooth 5.0 bakåtkompatibilitet med Bluetooth 4.x-enheter och stöder även de flesta tilläggen av senare versioner av protokollet.

Du kan nu utvärdera funktionerna i Bluetooth 5.0 med hjälp av verktyg som produceras av Texas Instruments. Företaget producerar en högpresterande och lågeffektmikrokontroller CC2640R2F, tillhandahåller en gratis BLE 5 stack 1.0 och många färdiga exempel för LAUNCHXL-CC2640R2 felsökningskit.

Litteratur

1. Bluetooth Core Specification 5.0 FAQ. 2016. Bluetooth SIG.

Ett år efter att Bluetooth 4.1-specifikationerna godkändes, har organisationenBluetooth Special Interest Group (SIG) introducerade uppdaterad 4.2. I Bluetooth 4.2 ökades hastigheten för informationsutbyte mellan Bluetooth Smart-enheter: storleken på datapaket ökades med 10 gånger och prestandan ökade med 2,5 gånger.

Ett år efter att Bluetooth 4.1-specifikationerna godkändes, har organisationen Bluetooth Special Interest Group (SIG) introducerade uppdaterad 4.2. I Bluetooth 4.2 ökades hastigheten för informationsutbyte mellan Bluetooth Smart-enheter: storleken på datapaket ökades med 10 gånger och prestandan ökade med 2,5 gånger. Förbättrat arbete med Internet of Things-enheter tack vare Internet Protocol Support Profile (IPSP) stöder nu anslutning till Internet direkt via protokollet Ipv6/6LoWPAN och Bluetooth Smart enhetshantering.

Med andra ord, enheter kommer att kunna ansluta direkt till Internet via en åtkomstpunkt eller router utan ytterligare anslutningar och sändare. Dessutom utlovar de en hög grad av skydd mot spårning via Bluetooth-anslutning och datakryptering. Den ensidiga spårningsprocessen är inte längre möjlig, anslutningsbekräftelse krävs. Naturligtvis lovar de att minska energiförbrukningen. De första produkterna med Bluetooth 4.2 kan dyka upp under första halvåret 2015.

Källa: Bluetooth

Kirkland, WA - 3 december 2014

Bluetooth Special Interest Group (SIG) antog officiellt version 4.2 av Bluetooth-kärnspecifikationen denna vecka. Viktiga uppdateringar i 4.2 förbättrar integriteten och ökar hastigheten, och en snart ratificerad profil kommer att möjliggöra IP-anslutning. Bluetooth 4.2 öppnar nya möjligheter för utvecklare, OEM-tillverkare och industrin att bygga en bättre användarupplevelse för konsumenter samtidigt som man skapar användningsfall som man aldrig tidigare kunnat föreställa sig.

"Bluetooth 4.2 handlar om att fortsätta att göra Bluetooth Smart till den bästa lösningen för att ansluta all teknik i ditt liv - från personliga sensorer till ditt uppkopplade hem. Förutom förbättringarna av själva specifikationen, möjliggör en ny profil känd som IPSP IPv6 för Bluetooth, vilket öppnar helt nya dörrar för enhetsanslutning, säger Mark Powell, verkställande direktör för Bluetooth SIG. "Bluetooth Smart är den enda tekniken som kan skala med marknaden, ge utvecklare flexibiliteten att förnya sig och vara grunden för IoT."

Sekretess och säkerhet
Bluetooth 4.2 introducerar branschledande sekretessinställningar som sänker strömförbrukningen och bygger på de statliga säkerhetsfunktionerna i Bluetooth-specifikationen. De nya integritetsfunktionerna återför kontrollen i händerna på konsumenten genom att göra det svårt för avlyssnare att spåra en enhet via dess Bluetooth-anslutning utan tillstånd. Till exempel, när du handlar i en butik med beacons, såvida du inte har aktiverat tillstånd för beacon att interagera med din enhet, kan du inte spåras.

Fart
Bluetooth 4.2 ökar hastigheten och tillförlitligheten för dataöverföringar mellan Bluetooth Smart-enheter. Genom att öka kapaciteten för Bluetooth Smart-paket överför enheter data upp till 2,5 gånger snabbare än med tidigare versioner. Ökade dataöverföringshastigheter och paketkapacitet minskar möjligheten för överföringsfel och minskar batteriförbrukningen, vilket resulterar i en effektivare anslutning.

Internetanslutning
Bygger på de funktioner som släppts tidigare med Bluetooth 4.1 och de nya funktionerna som släpptes i 4.2, Internet Protocol Support Profile (IPSP) kommer att tillåta Bluetooth Smart-sensorer att komma åt Internet direkt via IPv6/6LoWPAN. IP-anslutning gör det möjligt att använda befintlig IP-infrastruktur för att hantera Bluetooth Smart "edge"-enheter. Detta är idealiskt för uppkopplade hemscenarier som behöver både personlig och bred områdeskontroll. Denna profil kommer att ratificeras i slutet av året.

Sandlåda

Bluetooth 4.0 - en berättelse av standarden

• Timmerrum *

Bluetooth eller "Bluetooth", som många först bekantade sig med som skolbarn eller studenter, har en ganska kort biografi bakom sig.

1994 bestämde sig två ingenjörer som arbetade i Sverige för det då kända Ericsson-företaget för att lösa kabelproblemet en gång för alla och uppfann sin egen trådlösa kommunikationsstandard, baserad på metoden för distribuerad frekvensändring av radiovågor. Fyra år senare skapades Bluetooth Special Interest Group, eller Bluetooth SIG, som formaliserade den första enhetliga trådlösa standarden. Den bestod av anställda från Ericsson, Nokia, Toshiba och Intel. För närvarande omfattar koncernen mer än 13 000 olika företag.

Standarder

Den fjärde versionen av Bluetooth, som jag skulle vilja prata om i detalj i det här inlägget, fick sin slutgiltiga form och blev tillgänglig för allmänheten i slutet av juni 2010. Under nästan ett helt år dök inte tekniken upp i massenheter, förrän i slutet av juli 2011 tillkännagav Apple lanseringen av uppdaterade modeller av den bärbara datorn MacBook Air och Mac Mini-systemenheten, där en av nyckelfunktionerna var utseende av Bluetooth 4.0. Tekniken väckte ännu mer uppmärksamhet från media efter presentationen av iPhone 4S, som även hade ett chip med 4:e versionsstandard installerad.

Bluetooth 4.0

• Klassisk Bluetooth. Den introducerades för kompatibilitet med alla befintliga enheter som kör tidigare versioner av standarden. Stöder alla grundläggande funktioner i tidigare protokoll, såsom överföring av alla typer av data, arbete som modem, trådlös datasynkronisering, kommunikation med andra typer av anslutningar, såsom NFC, etc.
• Höghastighets Bluetooth-protokoll. Det introducerades tillbaka i den tredje versionen, dess essens är baserad på användningen av ytterligare dataöverföringsnivåer. Det hela ser ut så här: Vid normal användning arbetar chippet med grundläggande teknik med en metod som involverar radiovågor. Så fort enheten behöver överföra en relativt stor fil växlar den till andra nivåer av informationsöverföring, nämligen Wi-Fi-dataöverföringsnivån. Detta sparar både enhetsenergi (ytterligare nivåer kräver mer energi, men detta sparas på grund av mycket kortare filöverföringstider) och användartid.
• Energisparprotokoll. Detta är huvudskillnaden mellan den fjärde specifikationen och dess föregångare; den är avsedd att användas i enheter med låg strömförbrukning, med en räckvidd på upp till 50 meter. Tanken är lägre strömförbrukning när enheten är i standbyläge. Enligt utvecklarna kommer enheter som använder detta protokoll att fungera betydligt längre än deras motsvarigheter som arbetar med det klassiska Bluetooth-protokollet: enligt teknologer kommer systemet att kunna hålla i mer än ett år utan att laddas på bara ett "knapp"-batteri. Detta protokoll är inte kompatibelt med den klassiska implementeringen av Bluetooth och det har vissa skillnader med dess stamfader: till exempel är den trådlösa dataöverföringshastigheten begränsad till 1 MB/s (för den klassiska 3 MB/s), och applikationer kan överföra uppåt till 0,25 MB/s (2,1 MB/s). Protokollet använder också mer avancerad 128-bitars kryptering.

  Bluetooth SIG föreslår att du använder detta protokoll för små pekenheter (inte att förväxla med enheter med pekskärmar). Exempel inkluderar olika handledsmonterade blodtrycksmätare, pulsmätare och stegräknare.

Slutsats

Det uppdaterade protokollet för trådlöst datautbyte Bluetooth 4.1 bör släppas i år. Den nya versionen av den "blå tanden" kommer att tillåta enheten att direkt interagera med denna standard och molntjänsten. Om den nuvarande versionen av Bluetooth 4.0 har en räckvidd på 30 m, vilket inte tillåter mobila enheter och datorer att utbyta filer på ett avstånd som överstiger detta värde, kommer den trådlösa Bluetooth 4.1-anslutningen att kunna avsevärt använda molnfunktioner för sina egna syften (om än indirekt) utöka gränsströmområdet.

Vad är egentligen fördelen med denna innovation? Med tanke på den växande populariteten för träningsprylar och bärbara enheter, genom att utrusta deras enhet med en modul som stöder Bluetooth 4.1, kommer tillverkaren att kunna ta bort mittlänken i kedjan "gadget - smartphone/surfplatta - tillgång till molntjänst" och implementera anslutning direkt, förbikoppling av ytterligare gränssnitt, etc. .

I princip är det tekniskt möjligt att implementera en anslutning till molninfrastrukturen idag, men för detta är det nödvändigt att använda olika typer av nätverksenheter och så kallade hubbar med ett fullfjädrat operativsystem, dvs. som kan tas på av mobil elektronik.

Det är planerat att det nya Bluetooth-nätverket ska bli en verkligt enorm infrastruktur med ett helt nytt tillvägagångssätt för samspelet mellan alla typer av bärbar elektronik och konventionell utrustning. I slutändan kommer detta att möjliggöra implementeringen av en uppdaterad princip för fjärrövervakning och hantering. Till exempel kan data direkt från en bärbar medicinsk enhet omedelbart gå till molnsystemet och därifrån går den till din behandlande läkares mobila enhet. Och en patient som äger en bärbar gadget som stöder Bluetooth 4.1-teknik behöver inte befinna sig i närheten av läkaren.

En modul med Bluetooth 4.1 kommer att kunna ta rollen som ett nav och ta emot signaler från andra Bluetooth-enheter. De slutliga specifikationerna för Bluetooth 4.1-protokollet bör vara klara i slutet av detta år, och utvecklare bör fokusera på två nyckelområden: Low-Power-komponenten i den uppdaterade tekniken med fokus på populära bärbara enheter, såväl som fullfjädrade Bluetooth 4.1 med och fokus på användningen av modulen i persondatorer och bärbara datorer.

Hallå.

Den 3 december 2014 tillkännagav Bluetooth SIG officiellt bluetooth-specifikationen version 4.2.
Pressmeddelandet identifierar tre huvudinnovationer:

• öka hastigheten för datamottagning och överföring;
• förmåga att ansluta till Internet;
• förbättra integritet och säkerhet.

Allt som beskrivs nedan gäller endast BLE, låt oss gå...

1. Öka hastigheten för att ta emot och överföra användardata.

Och med tillkomsten av version 4.2 tillkännagav Bluetooth SIG en ökning av överföringshastigheten med 2,5 gånger och storleken på det överförda paketet med 10 gånger. Hur uppnådde de detta?

Låt mig berätta att dessa 2 nummer är relaterade till varandra, nämligen: hastigheten har ökat eftersom storleken på det överförda paketet har ökat.

Låt oss titta på PDU (protokolldataenhet) för datakanalen:


Varje PDU innehåller en 16-bitars header. Så denna rubrik i version 4.2 skiljer sig från rubriken i version 4.1.

Här är version 4.1-huvudet:

Och här är rubriken för version 4.2:

Obs: RFU (Reserved for Future Use) - fältet som anges med denna förkortning är reserverat för framtida användning och är fyllt med nollor.

Som vi kan se är de sista 8 bitarna i rubriken olika. Längdfältet är summan av nyttolastlängderna och MIC-fältet (Message Integrity Check) som finns i PDU:n (om den senare är aktiverad).
Om "Längd"-fältet i version 4.1 har en storlek på 5 bitar, så har detta fält i version 4.2 en storlek på 8 bitar.

Härifrån är det lätt att beräkna att "Längd"-fältet i version 4.1 kan innehålla värden i intervallet från 0 till 31, och i version 4.2 i intervallet från 0 till 255. Om vi ​​subtraherar längden på MIC-fältet (4 oktetter) från maxvärdena får vi att nyttolasten kan vara 27 och 251 oktetter för version 4.1 respektive 4.2. Faktum är att den maximala mängden data är ännu mindre, eftersom Nyttolasten innehåller också tjänstedata för L2CAP (4 oktetter) och ATT (3 oktetter), men vi kommer inte att överväga detta.

Således har storleken på överförda användardata ökat cirka 10 gånger. När det gäller hastigheten, som av någon anledning inte ökade 10 gånger, utan bara 2,5 gånger, då kan vi inte prata om en proportionell ökning, eftersom allt också beror på garantin för dataleverans, eftersom att garantera leveransen av 200 byte är en lite svårare än 20.

2. Möjlighet att ansluta till Internet.

Tillbaka i version 4.1 lade L2CAP till läget "LE Credit Based Flow Control Mode". Detta läge låter dig styra dataflödet med hjälp av den sk. kreditbaserat system. Det speciella med schemat är att det inte använder signaleringspaket för att indikera mängden data som överförs, utan begär från en annan enhet en kredit för en viss mängd data som ska överföras, vilket påskyndar överföringsprocessen. I det här fallet, varje gång den mottagande sidan tar emot en ram, minskar den bildräknaren, och när den sista bilden nås kan den bryta anslutningen.

3 nya koder har dykt upp i listan över L2CAP-kommandon:
- LE Credit Based Connection request – begäran om anslutning enligt kreditschemat;
- LE Credit Based Connection response – svar på anslutning baserat på kreditschemat;
- LE Flow Control Credit – meddelande om möjligheten att ta emot ytterligare LE-ramar.

I paketet "LE Credit Based Connection request"


det finns ett "Initial Credits"-fält 2 oktetter långt, vilket indikerar antalet LE-ramar som enheten kan skicka på L2CAP-nivå.

I svarspaketet "LE Credit Based Connection response"


samma fält indikerar antalet LE-ramar som en annan enhet kan skicka, och "Resultat"-fältet indikerar också resultatet av anslutningsbegäran. Ett värde på 0x0000 indikerar framgång, andra värden indikerar ett fel. Specifikt anger värdet 0x0004 att anslutningen nekades på grund av brist på resurser.

Redan i version 4.1 blev det alltså möjligt att överföra en stor mängd data på L2CAP-nivå.
Och nu, nästan samtidigt med releasen av version 4.2, publiceras följande:

• tjänst: "IP Support Service" (IPSS).
• IPSP-profil (Internet Protocol Support Profile), som definierar stöd för överföring av IPv6-paket mellan enheter som har BLE.

Profilen definierar följande roller:
- routerroll - används för enheter som kan dirigera IPv6-paket;
- nodroll (Node) – används för enheter som bara kan ta emot eller skicka IPv6-paket; har en tjänstupptäcktsfunktion och har en IPSS-tjänst som gör att routrar kan upptäcka den här enheten;

Enheter med routerrollen som behöver ansluta till en annan router kan ha värdrollen.

Märkligt nog är överföringen av IPv6-paket inte en del av profilspecifikationen, och specificeras i IETF RFC "Transmission of IPv6-packets over Bluetooth Low Energy". Detta dokument identifierar en annan intressant punkt, nämligen att vid överföring av IPv6-paket används 6LoWPAN-standarden - detta är en standard för interaktion med IPv6-protokollet över lågeffekts trådlösa personliga nätverk enligt IEE 802.15.4-standarden.

Titta på bilden:


Profilen anger att IPSS, GATT och ATT endast används för tjänstupptäckt, och GAP används endast för enhetsupptäckt och anslutningsetablering.

Men den som är markerad i rött betyder bara att paketöverföring inte ingår i profilspecifikationen. Detta tillåter programmeraren att skriva sin egen implementering av paketöverföring.

3. Förbättrad integritet och säkerhet.

• utbyte av information om parningsmetoder;
• generering av kortsiktiga nycklar (Short Term Key (STK));
• nyckelbyte.

• generering av korttidsnycklar (Short Term Key (STK)) som kallas "LE legacy pairing"
• generering av långsiktiga nycklar (Long Term Key (LTK)) som kallas "LE Secure Connections"

I detta avseende, utöver de 3 befintliga funktionerna, har ytterligare 5 funktioner dykt upp i säkerhetshanterarens kryptografiska verktygslåda, och dessa 5 används endast för att betjäna den nya parningsprocessen "LE Secure Connections". Dessa funktioner genererar:

• LTK och MacKey;
• bekräftande variabler;
• autentiseringskontrollvariabler;
• 6-siffriga nummer som används för visning på anslutna enheter.

Så om under parning i den andra fasen med "LE legacy pairing"-metoden genererades 2 nycklar:

• Temporary Key (TK): 128-bitars temporär nyckel som används för att generera STK;
• Short Term Key (STK): 128-bitars temporär nyckel som används för att kryptera anslutningen

• Long Term Key (LTK): En 128-bitars nyckel som används för att kryptera efterföljande anslutningar.

• förhindra spårning, eftersom Nu, tack vare "Numeric Comparison", är det möjligt att styra möjligheten att ansluta till din enhet.
• förbättra energieffektiviteten, eftersom kräver inte längre extra energi för att återskapa nycklar på varje anslutning.
• Branschstandardkryptering för att säkerställa känslig data.

4. Går det redan att röra?

• nRF51822 och nRF51422 chips;
• nRF51 DK;
• nRF51 dongel;
• nRF51822 EK.