Чем отличаются версии блютуз
Обзоры
Bluetooth. Технология, которая двадцать лет тому назад полностью перевернула представления о возможностях передачи данных. В далеком 1998 году группа компаний, специализирующихся на разработке и выпуске мобильных телефонов, мультимедийных гаджетов и программного обеспечения (Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba) представила на суд общественности уникальную технологию экономной и чрезвычайно удобной радиосвязи, позволяющей на небольшом расстоянии обмениваться протоколами данных с помощью компактных персональных устройств.
Технология Bluetooth позволяет передавать изображения, голосовые, видео, аудио, текстовые сообщения (со скоростью до 64 Кбит/сек). Для беспроводной передачи информации используются асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) или же симметричный (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях) методы. По сути, встроенное в гаджет Bluetooth-устройство, представляет собой радиопередатчик (частота 2.4 ГГц), способный устанавливать связь между гаджетами на максимальной дистанции до 100 метров. Чаще всего мощность Bluetooth-чипа рассчитана на 10 метров. Такой радиус действия обеспечивает низкое потребление энергоресурсов аккумулятора или батареи гаджета, что, в свою очередь, гарантирует относительно небольшие габариты устройства и невысокую стоимость его комплектующих.
Передатчик работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Эта технология кластеризирует передаваемые данные в отдельные пакеты, а затем транслирует их по псевдо рендомному принципу, периодически меняя частоту передачи (изменения совершаются до 1,6 тысячи раз в секунду). Передавать и принимать информацию в данном случае могут только те гаджеты, которые настроены на один шаблон, так называемый pattern передачи. При этом любые другие устройства смогут воспринимать передачу данных только лишь как белый шум.
Истоки этой технологии отслеживаются еще в далеком 1994 году. Именно тогда, на заре мультимедиа, ведущий на тот момент производитель технических средств для мобильной связи компания Ericsson предлагает Bluetooth как альтернативу кабельному способу передачи данных. Предполагалось (и не безосновательно), что эта технология будет активно применяться для высокоскоростного обмена данными между персональными компьютерами, а также различными периферийными гаджетами, игровыми терминалами и джойстиками, мобильными телефонами и гарнитурами и т.д.
За всю достаточно долгую историю этой оригинальной беспроводной технологии, появилось немало различных версий, которые каждый раз удивляли своими новыми возможностями. Первая ласточка – технология Bluetooth стандарта 1.0 и 1.0 B, появившаяся еще в 1998 году. В силу того, что эти версии были пионерами в этом направлении, обмен данных был недостаточно корректен в работе. Коммуникабельность между оборудованием от разных компаний-производителей желала лучшего. Обязательное предоставление адреса устройства при установлении контакта не смогла обеспечить безопасность соединения по протоколу.
В 2004 году специально для Bluetooth выходит спецификация Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate). Спецификация
EDR для серии Bluetooth 2.1 позиционируется как защита данных и помощник в идентификации и присоединении сторонних Bluetooth-устройств. Это становится возможным благодаря сокращению количества действий при передаче данных. Производительность используемых устройств при этом увеличивается, а количество потенциальных ошибок при передаче данных уменьшается.
На современном этапе
Основным недостатком для Bluetooth 3.0 является неоправданно большое энергопотребление устройства, поддерживающее эту технологию. Казалось бы, что в предыдущих интерфейсах уже решали вопрос, касающийся энергосбережения. Однако решительный прогресс в скорости для стандарта Bluetooth 3.0, обернулся высокими энергетическими затратами.
При этом в версии Bluetooth 3.0 всё-таки становится возможным скачивать в относительно короткие сроки данные DVD-объема.
В версия 4.0, в отличие от третьего поколения, разработчикам наконец то удалось решить вопрос с уменьшением энергозатрат. При этом данная версия позволяет увеличить скорость до 1 Мб/с, а максимально расстояние стабильной передачи информации увеличилось до отметки в 100 метров. Уровень защиты конфиденциальности обеспечивает стандарт Advanced Encryption с характеристикой в 128 бит.
С помощью использования уникального алгоритма работы, потребление энергии значительно сокращается. Устройство передачи данных активирует свою работу только во время отправления информации. Эта версия позволяет установить соединение устройств менее чем за 0,05 секунд.
Протокол Bluetooth версии 4.0 в первую очередь предназначен для достаточно широкого семейства небольших датчиков и миниатюрных сенсоров. В частности, в этот перечень входят датчики движения, температуры и влажности воздуха. Устройства, работающие на базе Bluetooth версии 4.0, способны беспрепятственно передавать и обмениваться информацией с такими гаджетами, как смартфоны, фаблеты, мобильные телефоны, персональные компьютеры или планшеты.
Следует отметить, что разные гаджеты и девайсы, поддерживающие Bluetooth, при передаче данных используют самую низкую из всех возможных версий и самый простой протокол из предоставленных. Другими словами, смартфон с Bluetooth версии 4.0 и беспроводные наушники стандарта 2.1, при технологии EDR, произведут подключение именно по Bluetooth версии 2.1.
Вследствие увеличения скорости передачи данных, синхронизация отдельных устройств происходит значительно надежнее, чем в предшествующих версиях. Отметим также низкое потребление энергии при работе устройств, обеспеченных Bluetooth версии 5.0. По сравнению с предыдущим поколением, энергозатраты снижены в 2,5 раз.
Увеличенный радиус действия обеспечил эффективную организацию Интернет-соединения в условиях современной квартиры или дома, что позволяет управлять бытовой техникой и любыми электрическими приборами удаленно (в случае их подключения к системе «умный дом») с единого пульта или мультимедийного устройства. Естественно, эта возможность существует только при наличии поддержки нужного протокола и сервера.
Передавать и скачивать данные можно теперь в практически неограниченном объеме в максимально короткие сроки. Такая возможность обеспечивается благодаря наличию широковещательных каналов передачи, устанавливающими и поддерживающими контакт между разными Bluetooth-устройствами со сторонними гаджетами без предварительного подключения.
Еще одно важное преимущество – все, устройство, оборудованные чипами Bluetooth 5.0 совместимы с девайсами, работающими со старыми протоколами и предыдущими версиями этой технологии. Таким образом наличие в новой версии интерфейса определенной программы позволяет продолжать работать с более старым устройством без значительной модификации или перенастройки.
Итак, подытожим. По сравнению со своими предыдущими версиями технология Bluetooth 5.0 обладает целым рядом преимуществ:
В условиях стремительного развития рынка беспроводных гаджетов, Bluetooth 5.0 в течение ближайшего времени может дополняться новыми апгрейдами, направленными на стабилизацию соединения между подключаемыми устройствами.
Ну и напоследок, хотелось бы привести вам сравнительную таблицу версий bluetooth:
Что необходимо знать о разных версиях Bluetooth
В этой статье подробно рассматривают разные версии стандарта беспроводной связи Bluetooth и как они влияют на качество прослушивания музыки.
С момента своего появления основная идея Bluetooth остаётся неизменной. Сама технология при этом продолжает развиваться.
Если говорить только о передаче звука, каждая версия Bluetooth приносит значительные усовершенствования.
В чём именно заключается разница между этими версиями? Необходимо ли покупать новые устройства на последней версии Bluetooth 5.2?
Чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрим усовершенствования разных версий Bluetooth с течением лет. Также мы поговорим о связанных факторах, которые могут повлиять на качество звука в ваших наушниках.
Разные версии Bluetooth
Для начала вкратце познакомимся с историей Bluetooth.
Название Bluetooth взято в честь датского короля Харальда «Блотанда» Гормссона, который объединил Данию и Норвегию. У него было прозвище «Голубой зуб» из-за его единственного зуба голубовато-серого цвета.
По словам основателей организации Bluetooth SIG, это название было временным, пока они не придумают что-то получше.
Разработку технологии Bluetooth начал технический директор компании Ericsson Mobile в 1989 году. Первая версия была стандартизирована в 1994 году инженером и исследователем из этой же компании по имени Яап Хаартсен.
Bluetooth 1.0-1.2 (1999)
Bluetooth разработали на смену серийному порту компьютера RS-232. Этот порт широко применялся для подключения периферийных устройств вроде модемов и принтеров. В последующие годы версия Bluetooth 1.2 вошла в состав разных устройств. Это были беспроводные наушники, мобильные телефоны, ноутбуки, автомобили и цифровые фотоаппараты.
Основная функциональность
Версии Bluetooth 1.0a и 1.0b обладали максимальной скоростью передачи данных около 732,2 Кб/с, а дистанция подключения составляла 10 м. Версия 1.2 повысила скорость передачи данных до 1 Мбит/с. Другие усовершенствования этой версии включали в себя следующее:
Недостатки
Несмотря на усовершенствования версии Bluetooth 1.2, у неё была недостаточная для передачи высококачественного аудио пропускная способность. Причина в том, что в то время стандарт предназначался главным образом для разговоров по телефону, а не для прослушивания музыки.
Bluetooth 2.0-2.1 (2005)
Появление версии Bluetooth 2.0 привело к значительному распространению технологий. Причина связана с повышением глобального спроса на устройства с поддержкой Bluetooth. Среди этих устройств были первые стереонаушники.
Основная функциональность
Наиболее значительным усовершенствованием этой версии стала улучшенная скорость передачи данных (EDR). Она выросла до 3 Мбит/с. Другие улучшения включают в себя следующее:
Недостатки
Качество звука оставалось посредственным. Большинство устройств применяли кодек SBC. Он известен низким качеством сжатия цифровых файлов, что приводило к низкому качеству и задержкам звука.
Bluetooth 3.0 (2009)
Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) получил возможность подключения к Wi-Fi, что позволило повысить скорость передачи данных, в том числе аудиоданных. Заодно появилась возможность передавать большие объёмы таких данных, как видео.
Основная функциональность
Одним из главных изменений Bluetooth 3.0 является возможность подключения к Wi-Fi для передачи данных на скорости до 24 Мбит/с. Среди других усовершенствований были следующие:
Недостатки
Высокое энергопотребление. Продолжительность работы устройств с поддержкой этого стандарта беспроводной связи стала ниже.
Bluetooth 4.0-4.2 (2010)
Bluetooth 4 принёс с собой поддержку Bluetooth Low Energy (BLE) или Bluetooth Smart. Последний позволял небольшим устройствам вроде фитнес-трекеров, слуховых аппаратов и наушников дольше оставаться подключенными при небольшом расходе энергии. Bluetooth Smart Ready даёт устройствам вроде ноутбуков, планшетов и смартфонов возможность действовать как центр подключения, который может принимать и отправлять данные на умные устройства.
Основная функциональность
Было улучшено не только энергопотребление. Поддержка кодека aptX повысила скорость передачи аудиоданных. Причина в более высоком битрейте и эффективности алгоритма сжатия с потерей качества. Другие усовершенствования следующие:
Недостатки
Устройства с поддержкой Smart Ready могли легко подключаться к устройствам с применением старых версий Bluetooth. Однако подключение к другим устройствам с поддержкой Smart Ready давало лучшие результаты за счёт новой функции энергосбережения BLE.
Bluetooth 5.0-5.2 (2016)
Последняя версия Bluetooth была представлена в июле 2016 года и в ней акцент был сделан на обеспечение лучшей среды работы устройств интернета вещей.
Основная функциональность
Пропускная способность выросла до 2 Мбит/с, диапазон действия до 240 м. Поддерживается Complexity Communication Codec (коммуникационный кодек низкой сложности, LC3). Это новый аудиопротокол, который передаёт аудиоданные с пониженным битрейтом без потери качества. Другие улучшения следующие:
Недостатки
Чтобы получить все новые возможности, периферийные устройства также должны поддерживать Bluetooth 5.
Ничего не мешает использовать устройство на Bluetooth 5 с устройством на Bluetooth 4. Однако, если вы хотите получить функцию Dual Audio или расширенный диапазон действия, оба устройства должны обладать поддержкой последней версии Bluetooth. Если этого не будет, будут применяться спецификации более младшей версии.
В январе 2020 года появилась версия Bluetooth 5.2. Наушников на этой версии пока немного.
Что выбрать: Bluetooth 4 или Bluetooth 5?
Первые стереонаушники с поддержкой Bluetooth были представлены в 2004 году. Они не стали качественной заменой проводным наушникам до 2010 года, когда появилась версия Bluetooth 4.
Bluetooth 5 выпустили в 2016 году. Это означает, что у вас с большой долей вероятности наушники с одной из версий Bluetooth 4.
До 10 м в помещениях
До 40 м в помещениях
Любые смартфоны, все возможности только с современными смартфонами
Требования по мощности
Скорость
Разница по скорости между Bluetooth 4 и 5 очевидная. В первом случае максимальная скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с, во втором в два раза больше. Повышенная скорость позволяет быстрее передавать данные и уменьшает задержки, увеличивая скорость отклика при общении двух устройств.
Диапазон действия
Bluetooth 4 имеет диапазон действия до 60 м и 10 м в помещениях. У Bluetooth 5 эти значения составляют 240 м и 40 м. Увеличение дальности действия и более высокие скорости очень кстати при работе беспроводных наушников. Вы сможете наслаждаться музыкой и другим звуком на больших расстояниях от источника с меньшими потерями.
Совместимость
Bluetooth 5 обладает обратной совместимостью с устройствами с поддержкой стандарта Bluetooth 4. Это значит, что можно подключить беспроводные наушники с поддержкой Bluetooth 4.2 к смартфону с поддержкой Bluetooth 5.0.
Правда, некоторые передовые возможности Bluetooth 5 не будут работать с устройствами на Bluetooth 4.2. Среди них функция Dual Audio, которая даёт возможность подключать две пары наушников к одному смартфону. Или воспроизводить музыку со смартфона на двух наборах динамиков.
Если ваше аудиоустройство поддерживает только Bluetooth 4.2, лучше выбирать наушники с такой же версией. Если же у вас смартфон с поддержкой Bluetooth 5 и вы хотите получить все функциональные возможности, нужны периферийные устройства на Bluetooth 5.
Компьютеры Mac 2019 года и новее поддерживают Bluetooth 5. Что касается компьютеров на Windows 10, на них устанавливается отдельный переходник Bluetooth.
Требования по мощности
По сравнению с предыдущими версиями, Bluetooth 4 показывает улучшение в плане энергопотребления. При этом производительность находится между средней и высокой. Bluetooth 5 улучшает её, увеличивая скорость и расстояние передачи данных. В результате устройствам требуется меньше энергии для отправки и получения данных, что повышает продолжительность их работы между подзарядками.
Надёжность
Bluetooth 4 имеет меньшую ёмкость сообщений в 37 октетов, а фактическая полезная нагрузка данных составляет 31 октетов. Для сравнения, Bluetooth 5 обладает ёмкостью сообщений 255 октетов, что означает повышение эффективности передачи данных и уменьшение времени трансляции.
Надёжность сигнала Bluetooth 5 повышена благодаря улучшенному скачкообразному изменению частоты и маске доступности слотов (SAM).
Улучшенное скачкообразное изменение частоты означает, что новый стандарт может использовать более широкий выбор последовательностей каналов вместо 12 последовательностей у Bluetooth 4. Появление SAM задаёт, когда передачу данных осуществляет канал LTE. Также это помогает устройствам с Bluetooth избегать этих каналов. Две эти функции уменьшают помехи и за счёт этого делают подключение более стабильным.
Другие влияющие на производительность Bluetooth факторы
Кроме версий Bluetooth, есть влияющие на работу наушников характеристики.
Профили Bluetooth
Профили Bluetooth представляют собой набор спецификаций или правил, которые определяют возможность использовать устройства. Современные наушники поддерживают широкий спектр функциональных возможностей. Например, они умеют управлять воспроизведением аудио, совершать и принимать телефонные звонки. Чтобы делать всё это, им нужен определённый профиль Bluetooth, поэтому необходимо понимать, что делает каждый профиль.
HFP (Hands-Free Profile). Позволяет наушникам совершать телефонные звонки и получать доступ к функциям телефона вроде повторного набора номера, ожидания вызова и голосового набора.
HSP (Headset Profile). Позволяет пользователям выполнять и принимать телефонные звонки, вешать трубку, менять громкость голоса через наушники.
A2DP (Advanced Audio Distribution Profile). Позволяет транслировать аудио с одного устройства на другое. Например, со смартфона на наушники, со смартфона на стереосистему автомобиля или с микрофона на компьютер.
AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile). Позволяет использовать наушники в качестве пульта дистанционного управления для воспроизведения мультимедиа. С этим профилем можно ставить на паузу, запускать и останавливать воспроизведение звука, пропускать треки.
PBAB (Phone Book Access Profile). Позволяет наушникам получать доступ к списку контактов на смартфоне для работы функции Caller Announce.
Класс Bluetooth
Класс Bluetooth обозначает выходную мощность и диапазон действия беспроводного сигнала устройства с поддержкой Bluetooth. Чем выше выходная мощность, тем больше диапазон действия. К классу 1 и 2 Bluetooth обычно относятся ноутбуки и компьютеры. Более компактные мобильные устройства подпадают под класс 3.
Понимание класса Bluetooth вашего устройства позволяет выжать максимум из диапазона его действия. Если вы хотите слушать музыку в наушниках на расстоянии 100 м от источника звука, наушники и смартфоны должны относиться к классу 1. Если у вас смартфон с Bluetooth класса 1 и наушники с классом 2, диапазон действия будет составлять только 10 м.
Кодек Bluetooth
Кодек Bluetooth представляет собой программу, которая сжимает и распаковывает звуковые данные в определённый формат и передаёт на определённом битрейте.
Кодеки с более высоким битрейтом, такие как Sony LDAC (990 кбит/с), обычно обеспечивают звук более высокого качества. Причина в том, что передаётся больше данных и они меньше сжимаются. Более распространённый кодек SBC в этом плане значительно отличается. SBC передаёт данные на скорости 192–320 кбит/с и предлагает звук более низкого качества.
Сейчас Bluetooth 4 и 5 поддерживают кодеки с высоким битрейтом. Это означает, что при переходе на Bluetooth 5 качество звука в наушниках не станет лучше.
Заключение
Существуют разные типы беспроводного подключения, но Bluetooth остаётся наиболее популярным. Разница между версиями Bluetooth является не единственным фактором качества звука в ваших наушниках. При появлении каждой новой версии звук становился всё лучше. На него влияет сочетание факторов, вроде профилей Bluetooth, кодеков и классов.
Будем надеяться, что данная статья помогла вам разобраться в хитросплетениях Bluetooth. Если вы играете, смотрите телевизор, занимаетесь физической активностью или просто слушаете беспроводные наушники в кресле, теперь вы можете понять, следует обновляться до Bluetooth 5 или нет.
Как выбрать лучший протокол Bluetooth для вашего приложения?
Беспроводная связь становится неотъемлемой частью электроники, так как все больше и больше потребителей требуют возможности отправлять и получать данные, не привязываясь к разъемам и кабелям. Одним из самых популярных протоколов беспроводной связи является Bluetooth, который имеет универсальность для поиска «родственников» в самых разных приложениях.
Среди многих других приложений Bluetooth встроен в автомобили, так что пользователи могут воспроизводить свою любимую музыку со смартфона на автомобильной стереосистеме. Новая область безопасности «умного дома» использует Bluetooth, чтобы позволить людям выполнять такие задачи, как запирание и отпирание входной двери с помощью телефона. Bluetooth также можно использовать для отправки файлов между планшетом и компьютером, отправки уведомлений с фитнес-трекера на компьютер или телефон и многое другое. На рисунке ниже изображены два распространенных устройства с поддержкой Bluetooth, смартфон и ноутбук.
Все эти различные приложения подпадают под общий термин «Bluetooth», но, что удивительно, не все из них используют одни и те же беспроводные протоколы. Некоторые используют Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), в то время как другие используют базовую скорость Bluetooth / повышенную скорость передачи данных (Bluetooth BR / EDR). Более новые приложения даже могут использовать Bluetooth 5.
Большинство людей не знают ни о разнице между Bluetooth BR / EDR и BLE, ни о том, какой из них лучше всего подходит для их конкретных приложений. С появлением Bluetooth 5 все стало более запутанным, что еще больше стирает грань между этими протоколами. Цель этой статьи — объяснить, чем BLE отличается от Bluetooth BR / EDR и как Bluetooth 5 обещает улучшить оба протокола. Это также поможет вам определить версию, наиболее подходящую для вашего приложения.
История
Чтобы лучше понять, чем отличаются Bluetooth с базовой скоростью передачи данных (BR) / повышенную скорость передачи данных (EDR) и BLE, важно изучить историю этих беспроводных технологий. Каждый из них был разработан Специальной группой по интересам Bluetooth (Bluetooth SIG), которая управляет всеми протоколами Bluetooth. По мере разработки Bluetooth SIG выпускает новую спецификацию для внесения улучшений. Временная шкала на рисунке ниже показывает спецификации Bluetooth, которые были выпущены и где Bluetooth BR, Bluetooth EDR, BLE и Bluetooth 5 соответствуют этим спецификациям.
Bluetooth с базовой / повышенной скоростью передачи данных (BR/EDR)
Bluetooth BR был первым разработанным протоколом Bluetooth. В нем реализован уникальный метод использования гауссовой частотно-сдвиговой манипуляции (GFSK) для обмена данными в диапазоне ISM 2,4 ГГц. Эта полоса была выбрана потому, что, в отличие от большинства полос частот, для работы в ней не требуется лицензия, поэтому связь полностью бесплатна. Bluetooth BR быстро завоевал популярность, поскольку он предоставил недорогой и маломощный способ отправки и получения данных по беспроводной сети на короткие расстояния со скоростью передачи данных до 0,7 Мбит / с.
Несколько лет спустя была выпущена новая спецификация Bluetooth 2.0, которая включала опцию Bluetooth EDR. Bluetooth EDR позволяет передавать данные в два-три раза быстрее, чем предыдущая версия. Это стало возможным потому, что он использует дифференциальную квадратурную фазовую манипуляцию (QDPSK) и дифференциальную 8-уровневую фазовую манипуляцию (8DPSK) вместе с GFSK. GFSK передает один бит на символ, тогда как QDPSK передает два бита на символ, а 8DPSK передает три бита на символ.
Когда BLE был впервые разработан, на самом деле это был даже не Bluetooth! Он был разработан Nokia как беспроводная технология под названием Wibree. Данный стандарт был разработан так, чтобы потреблять очень мало энергии (а также быть очень дешевым и простым в настройке), что делает его идеальным решением для устройств, работающих от батарей небольшой емкости.
Wibree включает в себя множество методов, аналогичных Bluetooth BR / EDR, включая работу в диапазоне ISM 2,4 ГГц, модуляцию GFSK, схему канала и скачкообразную перестройку частоты. Параллели между ними привели к тому, что Bluetooth SIG принял Wibree в свою спецификацию. Он был выпущен как новый беспроводной стандарт потребляющий мало энергии для работы под названием Bluetooth Low Energy (BLE). BLE впервые появился в спецификации Bluetooth 4.0.
Bluetooth 4.0 не «уничтожил» полностью стандарты Bluetooth BR / EDR, но вместо этого предлагал BLE в дополнение к Bluetooth BR / EDR. Потребительские устройства с BLE часто назывались Bluetooth Smart, а Bluetooth BR / EDR — Bluetooth Classic; однако эти термины больше не используются для дифференциации каждого протокола. В соответствии с этой спецификацией радиостанции могут быть разработаны для работы в качестве радиомодуля BD / EDR только Bluetooth, радиомодуля BLE или спаренного радиомодуля, который поддерживает Bluetooth BR / EDR и BLE.
Bluetooth 5.0
Bluetooth SIG делает все возможное, чтобы вносить улучшения, соответствующие эволюции технологий, и одним из ключевых достижений, которые, по-видимому, движут электроникой, является Интернет вещей (IoT). BLE сыграл большую роль в развитии IoT, но Bluetooth SIG хотел еще больше расширить возможности Bluetooth в приложениях IoT. Новые достижения в оригинальной технологии BLE были выпущены в Bluetooth 5.0, который называется Bluetooth 5.
Bluetooth BR/EDR vs. BLE
Давайте сравним сходства и различия только между Bluetooth BR / EDR и BLE. Хорошее место для начала — физический уровень (PHY) протоколов. PHY содержит схему, используемую для модуляции и демодуляции аналоговых сигналов и преобразования их в цифровые символы. Различия на физическом уровне — это один из факторов, который делает каждый протокол ориентированным на конкретные приложения. Четыре области PHY, где BR / EDR и BLE различаются, — это схема канала, энергопотребление, задержка и пропускная способность.
Схема канала
И Bluetooth BR / EDR, и BLE обмениваются данными в диапазоне ISM 2,4 ГГц, но различаются по количеству каналов, в которых они делят диапазон частот. Bluetooth BR / EDR делит полосу на 79 каналов, разнесенных на 1 МГц. BLE использует более простой передатчик и приемник, поэтому он разделяет полосу на 40 каналов, разнесенных на 2 МГц.
Одна вещь, с которой должны работать Bluetooth BR / EDR и BLE, независимо от количества используемых каналов, это помехи. Диапазон ISM 2,4 ГГц полон передатчиков, использующих все преимущества нелицензионного диапазона. Чтобы минимизировать помехи, как Bluetooth BR / EDR, так и BLE используют скачкообразную перестройку частоты, когда радиостанция работает на одном канале в течение короткого периода времени, прежде чем перейти на другой канал для продолжения связи.
BLE также добавляет еще один элемент в свою схему канала. BLE резервирует три канала для передатчика BLE, чтобы «заявить», что он доступен для подключения. Частота этих трех рекламных каналов была стратегически выбрана таким образом, чтобы они не мешали трем наиболее часто используемым каналам Wi-Fi, также работающим в диапазоне ISM 2,4 ГГц. После установления соединения радиостанции продолжат свою связь на одном из 37 других каналов. На рисунке ниже изображена схема канала для BLE и показано, где три рекламных канала расположены в полосе частот.
Мощность
Минимизация потребления энергии является ключевым отличием между Bluetooth BR / EDR и BLE, о чем свидетельствует тот факт, что BLE имеет «низкое энергопотребление» в своем названии! Bluetooth BR / EDR использует максимальную выходную мощность 100 мВт для передачи данных примерно до 10-100 м. Это было хорошо в те дни, когда большинство устройств можно было часто заряжать. Однако, поскольку спрос на продукты, которые могут работать от батареи в течение нескольких месяцев или лет без подзарядки, увеличивается, такой уровень выходной мощности будет слишком большим, поскольку это приведет к быстрому разряду батареи.
BLE предлагает идеальное решение. Он уменьшает энергию, включая передатчик и приемник только тогда, когда они необходимы для отправки или получения данных, с максимальной выходной мощностью всего 10 мВт для передачи в одном и том же диапазоне. BLE также отправляет данные короткими пакетами. Когда пакеты не отправляются, радиоприемник бездействует, потребляя мало энергии. Этот процесс помогает BLE соответствовать своему названию.
Задержка
Еще одно преимущество BLE делает его лучше, чем Bluetooth BR / EDR — задержка. Переход Bluetooth BR / EDR в активное состояние (готовность передавать данные) занимает около 100 мс. Существует дополнительная задержка в 100 мс с момента получения данных на передатчике до момента их получения на приемнике. В некоторых случаях это может привести к довольно заметной задержке. Это также приводит к увеличению энергопотребления, поскольку дополнительное время, необходимое для отправки данных, приводит к увеличению потребления энергии от батареи.
BLE предлагает гораздо меньшую задержку. BLE будет готов отправлять данные уже через 3 мс. Кроме того, задержка с момента получения данных на передатчике до момента их доступности на приемнике составляет всего 6 мс. Это позволяет отправлять данные гораздо быстрее и экономит электроэнергию.
Пропускная способность
В этот момент вам может быть интересно, почему кто-то выбрал бы Bluetooth BR / EDR вместо BLE. Хорошо, где BLE отстает от Bluetooth BR / EDR в пропускной способности. И Bluetooth BR / EDR, и BLE используют GFSK, поэтому теоретически максимальный предел пропускной способности составляет 1 Мбит / с. Однако такие факторы, как издержки протокола, ограничения радиосвязи и искусственные программные ограничения, ограничивают фактическую пропускную способность.
На практике Bluetooth BR может достигать пропускной способности до 0,7 Мбит / с, в то время как Bluetooth EDR может достигать пропускной способности 2,1 Мбит / с. Этой пропускной способности достаточно для приложений, таких как потоковое аудио. Поскольку BLE отправляет данные короткими пакетами для экономии энергии, его пропускная способность сталкивается с дополнительными ограничениями. Максимальная пропускная способность может достигать только 0,27 Мбит / с. Хотя этой пропускной способности недостаточно для потоковой передачи звука, более чем достаточно для отправки данных датчика, которые не нужно постоянно передавать.
Из этих четырех разделов становится ясно, что различия на физическом уровне для каждого из этих протоколов вызывают много различий в рабочих параметрах. В таблице ниже приведены основные параметры между Bluetooth BR / EDR и BLE.
BLE 5.0
Bluetooth 5 использует оригинальную технологию BLE с низким энергопотреблением, но включает некоторые новые улучшения. Одним из самых больших улучшений является нововведения на физическом уровне, которые можно выбрать для улучшения максимальной дальности или пропускной способности. Bluetooth 5 также добавляет улучшения, которые улучшают публикацию объявлений в сети.
Первый физический слой (PHY), который предлагает Bluetooth 5, называется LE 1M. Это тот же PHY используется для BLE в спецификации Bluetooth 4.2, поэтому большинство его параметров будут соответствовать параметрам, показанным в таблице 1. LE 1M является единственным физическим слоем, который является обязательным в Bluetooth 5. Другие два PHY являются дополнительными.
Bluetooth 5 интегрирует закодированный физический уровень как один из дополнительных физических слоев, который может расширить диапазон связи. Кодированный PHY достигает большей дальности, вводя избыточность для получения некоторого выигрыша в обработке вместо увеличения мощности передатчика.
Bluetooth 5 вводит дополнительные избыточные биты, которые используются для определения правильного значения бита. Кодированный физический слой существует в двух вариантах: S = 2 и S = 8. S = 2 отправляет два символа на бит, что уменьшает пропускную способность в два раза, но теоретически удваивает диапазон. S = 8 отправляет восемь символов на бит. Хотя это снижает пропускную способность до 125 кбит / с, но примерно в четыре раза увеличивает диапазон. На практике фактический диапазон будет немного ниже теоретических значений, но этот метод все же помогает достичь гораздо большего диапазона.
Радиус действия маловажен для большинства конечных приложений, поэтому Bluetooth 5 обязательно включил что-то для приложений, где пропускная способность важнее дальности. Существует опция двойной скорости передачи данных под названием LE 2M, которая увеличивает скорость передачи необработанных данных до 2 Мбит / с. Это позволяет передавать данные с максимальной фактической пропускной способностью 1,4 Мбит / с. Это означает, что данные могут передаваться даже быстрее, чем Bluetooth BR, но с меньшим энергопотреблением.
Таблица 2 сравнивает три физических уровня, доступные в Bluetooth 5, чтобы показать, как они отличаются с точки зрения скорости передачи данных и диапазона.
Bluetooth 5 предлагает множество улучшений в публикации данных. Он по-прежнему использует ту же схему каналов, что и BLE, но включает опции для рассылки данных на всех 40 каналах вместо трех. В Bluetooth 5 небольшие пакеты данных могут передаваться по трем каналам, используемым в BLE. Однако теперь они могут указывать на большие публикуемые пакеты (до 255 октетов), которые можно отправлять по дополнительным 37 каналам. Это также помогает уменьшить объем контента на трех основных каналах. Bluetooth 5 также включает улучшения для цепочки пакетов, периодической публикации данных и меньшего минимального интервала между передачей сообщений.
Приложения
Различия в PHY являются ключом к определению того, какой протокол лучше всего подходит для каждого приложения. В последних нескольких разделах мы рассмотрели много технических деталей, которые можно применять для лучшего понимания идеального использования каждого протокола.
Давайте начнем с Bluetooth BR / EDR. Он снижает скорость задержки и мощность пакета для более высокой пропускной способности, поэтому он лучше всего подходит для приложений, где пропускная способность является критически важной спецификацией. Это делает его идеальным протоколом для приложений, таких как потоковая передача видео / звука или отправка больших объемов данных. Распространенными приложениями являются беспроводные гарнитуры (рисунок ниже) и приложения типа точка-точка.
BLE лучше всего подходит для приложений, которым необходимо отправлять только небольшие объемы данных, в результате чего устройство может проснуться, передать необходимые данные и затем вернуться в спящий режим. Низкое энергопотребление BLE делает его обязательным для устройств, которые питаются от небольшой батареи. Приложение, которое хорошо подходит для BLE, — это пульсометр. Монитор сердечного ритма не должен часто отправлять данные, но он должен работать в течение длительного периода времени от батареи. Поскольку область IoT продолжает развиваться, мы, вероятно, увидим много новых приложений BLE.
Важно отметить, что когда вы выбираете устройство Bluetooth с поддержкой для своего приложения, вы должны быть уверены, что выбрали интегральную схему (ИС), которая поддерживает протокол, который вы планируете использовать. Вы не можете купить ИС наугад и предположить, что она поддерживает как Bluetooth BR / EDR, так и BLE. Как упоминалось ранее, Bluetooth BR / EDR и BLE используют разные физические уровни, поэтому вам необходимо убедиться, что выбранная интегральная схема поддерживает физический уровень для протокола, который вы планируете использовать, или она поддерживает оба PHY, если вы считаете, что оба могут быть полезны для вашего приложение.
Bluetooth 5, который обещает значительные улучшения, уже начал появляться в популярных технологиях. Многие популярные смартфоны уже предлагают поддержку Bluetooth 5. Как и в случае с большинством беспроводных протоколов, Bluetooth 5 интегрировался в большую часть электроники. Тем не менее, становится очевидным, что настало время Bluetooth 5.
Если вы хотите быть готовым к использованию Bluetooth 5, необходим микроконтроллер, совместимый с Bluetooth 5, для соответствия основным требованиям. Одним из примеров является Maxim MAX32666GWPBT, который имеет два ядра Arm Cortex-M4 и отдельное оборудование, предназначенное для работы стека Bluetooth (рисунок ниже). Это оставляет два ядра полностью бесплатными для вашего приложения. Другим вариантом является маломощный микроконтроллер Arm Cortex-M4 MAX32665 с блоком с плавающей запятой (FPU) и Bluetooth 5. Этот микроконтроллер имеет функции управления питанием, такие как импульсный источник питания с одним индуктором и несколькими выходами (SIMO), и динамическое масштабирование напряжения для минимизации энергопотребления и, следовательно, хорошо подходит для систем с батарейным питанием.
Итоги
Как и в любом хорошем уроке, лучший способ проверить свои знания — это викторина. Испытайте себя, вернитесь к приложениям, перечисленным в начале этой статьи, и посмотрите, сможете ли вы определить, какой протокол Bluetooth используется каждым из них. Если вы не помните, ответы ниже …
Bluetooth BR / EDR хорош для приложений, где критична максимальная пропускная способность. Он может потреблять значительное количество энергии, поэтому он не подходит для приложений, в которых требуется длительное время автономной работы. Он также имеет большую задержку и занимает больше времени для настройки соединения для начала отправки данных. Следовательно, он не предназначен для приложений, которые передают и получают нечастые короткие сообщения. Вы можете найти его используемым для подключения телефона к автомобильной стереосистеме для воспроизведения музыки или отправки файлов между компьютерами или планшетами. Оба приложения требуют высокой пропускной способности и могут позволить себе «потреблять некоторую мощность».
BLE используется тогда, когда критически важно низкое энергопотребление и высокая пропускная способность не требуется. Он может отправлять данные очень быстро и имеет малую задержку. Вы найдете его в приложениях, которые должны работать в течение длительного времени на аккумуляторе или в тех, которым не требуется часто отправлять данные. BLE используется в системах домашней безопасности, таких как интеллектуальные дверные замки и в фитнес-трекерах.
Хотя все эти технологии и называются Bluetooth, они действительно предлагают различные преимущества в мире беспроводной электроники. Чтобы определить, какой протокол лучше всего подходит для ваших приложений, обязательно посмотрите на различия в PHY, перечисленные в таблице 1, чтобы увидеть, где каждый протокол превосходит. Кроме того, следите за тем, как Bluetooth 5 изменит отрасль в ближайшие несколько лет благодаря более высокой пропускной способности, большему диапазону и расширенным возможностям публикации сообщений.