Журнал `Компьютерра` №725

FERRMA: Bluetooth: версии, профили, классы… И немного метров

Автор: Алексей Стародымов

Сегодня почти не осталось пользователей, не знакомых с технологией Bluetooth. В народе ее называют "синим зубом" или попросту "зубиком" и очень уважают. Многие и вовсе считают "зубастые" чипы, поселившиеся в мобильных телефонах, КПК и прочих гаджетах, чуть ли не важнейшим их преимуществом: еще бы, кто возразит против возможности быстро и бесплатно обмениваться контентом, данными, визитками, подсоединять карманные устройства или же беспроводные клавиатуры и мышки к ПК и болтать по беспроводной гарнитуре.

Веские причины для всенародной признательности, не так ли?

Вспомните времена, когда поддержка Bluetooth была редкостью и приходилось "кидаться" картинками по инфракрасному порту, а чтобы освободить руки, нужно было подключать проводные наушники с микрофоном, вечно выпадавшие из ушей. Теперь же "синезубым" модулем оснащается большинство мобильных телефонов стоимостью от ста долларов, он имеется в каждом сколько-нибудь приличном современном ноутбуке, а уж о КПК и говорить нечего - как же иначе "подцепить" к нему мобильник в качестве GPRS-модема? В этом суть Bluetooth-технологии, призванной соединять совершенно разные на первый взгляд устройства и передавать между ними данные и голос.

А началось все в далеком 1994 году, когда в недрах шведской компании Ericsson было решено разработать новый радиоинтерфейс, предназначенный в первую очередь для связи мобильного телефона и беспроводной гарнитуры. Учитывая, что технологию планировали применять очень широко, в том числе и в массовых продуктах, основных требований к ней было три: чипы должны быть экономичными, недорогими и миниатюрными, дабы как можно меньше влиять на энергопотребление, цену и размеры устройств. В 1998 году к шведам присоединились такие серьезные парт неры, как Intel, Nokia, IBM и Toshiba: рынок нуждался в единой технологии, которую производители могли бы лицензировать и внедрять в свои продукты, чтобы обеспечить их совместимость. Была создана специальная рабочая группа, в которую со временем вошли представители еще нескольких компаний; в ее задачи входила разработка и стандартизация спецификаций Bluetooth, составление документации и в конечном счете продвижение и внедрение технологии на мировом рынке. Первый вариант стандарта - Bluetooth 1.0.b - появился в 1999 году, однако это была всего лишь так называемая бета-версия: модули, поддерживающие ее, в коммерческие устройства не устанавливались. Работа продолжилась, и уже в 2000 году были опубликованы спецификации стандарта Bluetooth 1.1, которые после ряда доработок внутри рабочей группы были одобрены Палатой стандартов IEEE-SA: было объявлено о новом стандарте беспроводных коммуникаций, поименованном IEEE 802.15.1. С тех пор и началось триумфальное шествие Bluetooth по рынку мобильных (и не очень) устройств - сперва соответствующие модули появились в сотовых телефонах Ericsson, эта же компания выпустила первую в мире Bluetooth-гарнитуру, а затем примеру шведов последовали и другие производители.

Одним из выгодных моментов в реализации этой технологии является рабочий диапазон частот - 2,45 ГГц; это так называемый нижний диапазон, обозначаемый аббревиатурой ISM (Industrial, Scientific, Medical) и использующийся для работы промышленного, научного и медицинского оборудования. Он разрешен к свободному использованию по всему миру, и для применения соответствующих устройств не требуется дополнительных лицензий и разрешений - купил устройство с Bluetooth-модулем и эксплуатируй в свое удовольствие. С другой стороны, если учесть, что в ISM-диапазоне уже действует масса других устройств, разработчикам пришлось изобретать защиту от возможных помех: "синий зуб" использует радиосигналы с возможностью изменения спектра путем скачкообразного повышения или понижения частоты по псевдослучайному алгоритму.

На практике это выглядит следующим образом: Bluetooth-модули работают тактами длительностью 625 мкс, и каждому модулю на время одного такта назначаются различные частотные каналы. Всего вариантов 79 - от 2,4 до 2,48 ГГц с шагом 1 МГц, причем скорость перехода от одной частоты к другой по окончании такта может достигать 1,6 ГГц.

Разумеется, львиную долю пользователей интересует не то, как технология "выглядит изнутри", а на что способны устройства, умеющие с ней работать, - скажем, что лучше: телефон, поддерживающий Bluetooth 1.2 или 2.0? А что быстрее? И есть ли смысл присматриваться к моделям, работающим с A2DP-профилем? Что ж, попытаемся ответить на эти и многие другие вопросы, связав рассказы о реальных технических характеристиках, цифрах "на бумаге" и историях версий воедино.

Прежде всего напомним, что все три коммерческие версии протокола - 1.1, 1.2 и 2.0 - обратно совместимы друг с другом: так, телефон с поддержкой Bluetooth 2.0 без проблем соединится с аппаратом, который оснащен модулем версии 1.2. Наличие модуля версии 1.1 подразумевает скорость передачи данных по радиоинтерфейсу до 723 кбит/с для асимметричного канала и до 423 кбит/с для симметричного.

Здесь стоит отметить две вещи: во-первых, для операций, наиболее требовательных к скорости (к примеру, для передачи файлов), устанавливается как раз симметричный канал; во-вторых, теоретически возможная скорость на практике будет заметно ниже. На первый взгляд версия Bluetooth 1.2 не дает большого преимущества - скоростные пределы здесь ровно те же. Однако есть несколько моментов, выделяющих ее на фоне 1.1: лучшая защищенность от помех, что в некоторых случаях может значительно повлиять на скорость и стабильность соединения; более быстрая установка связи между парой устройств; а также добавившаяся поддержка A2DP-профиля (для некоторых устройств), позволяющего задействовать "синий зуб" для передачи стереозвука. Да-да, для работы с беспроводными "стереоушами" устройству вовсе не обязательно иметь на борту Bluetooth-модуль версии 2.0+EDR - те же Sony Ericsson W950i и MOTOROKR Z6 поддерживают лишь 1.2.

О Bluetooth 2.0+EDR (Enhanced Data Rate, расширенная передача данных) расскажем подробнее: эта версия, появившаяся в 2004 году, претерпела кардинальные изменения по сравнению с двумя предыдущими - так, теоретическая скорость передачи данных в случае ассиметричного режима возросла до 2100 кбит/с, а в случае симметричного - до 1430 кбит/с. Следовательно, Bluetooth 2.0+EDR должен быть быстрее 1.x более чем втрое. Заметно ли это на практике? Скажем так: при сравнении реальных устройств прирост скорости виден невооруженным взглядом. Следует упомянуть и о новом механизме защиты от помех, который позволил добиться следующего: во-первых, возросла скорость межсоединения; во-вторых, стало возможным одновременно отправлять одни и те же данные на несколько устройств (теперь можно слушать музыку с помощью одного телефона и пары беспроводных стереогарнитур - эта фишка впервые реализована в телефонах Samsung последнего поколения). Улучшились и средства работы с персональными сетями: Bluetooth-модули версий 1.х предполагают создание довольно-таки сложных и неудобных по структуре пикосетей (до восьми устройств - одно главное и до семи подчиненных), которые соединяются в одну большую сеть, именующуюся scatter net.

Контакт подчиненных устройств одной пикосети с устройствами из других пикосетей происходит только посредством главных устройств, так что выход "главаря" из зоны приема (или, скажем, его выключение) приводит к "краху" всей пикосети и потере доступа к scatter net. Кроме того, главное в пикосети устройство может быть подчиненным в большой сети. В случае Bluetooth 2.0+EDR все проще и надежнее: в сети может быть максимум 256 устройств, то есть одно главное и до 255 зависимых; если же главное устройство "исчезает", его обязанности моментально передаются другому устройству. Ну и, наконец, энергопотребление: пропускная способность канала в версии 2.0 возросла, скорость передачи данных - тоже, а вот энергопотребление выросло незначительно. Следовательно, в сравнении с версиями 1.х количество заряда, требуемое для передачи конкретного количества данных, уменьшилось почти вдвое, что, конечно, дает определенную выгоду пользователям. Да и вообще, если судить прагматично - для чего был нужен протокол Bluetooth 2.0+EDR? В первую очередь для передачи данных большого объема - MP3-файлов, фотографий, видеороликов, то есть актуального на сегодняшний день мультимедийного контента: здесь чем выше скорость, тем лучше. К тому же возможность построения удобных беспроводных сетей выглядит очень перспективно - посчитайте, сколько устройств с Bluetooth-модулями находится в вашей квартире. У меня, например, их одиннадцать: восемь телефонов, два ноутбука и компьютер, причем все эти гаджеты регулярно "перекликаются".

Перейдем к так называемым классам Bluetooth, которые частенько путают с версиями протокола. Всего классов три, и отвечают они за радиус действия адаптера/модуля: class 1 (до 100 метров), class 2 (до 10 метров) и class 3 (до 1 метра). Сразу же отметим, что последние в коммерческих устройствах не встречаются. Почему классы выстроены именно в таком порядке? Ведь изначально версия протокола Bluetooth 1.1 предполагала радиус действия 10 метров - думается, ее и следовало бы величать class 1. Но дело в том, что еще в 1999 году разработчики определили второй порог дальности работы для будущих версий протокола - до 100 метров, и честь называться class 1 выпала именно ему. При этом необходимо учитывать, что дальность действия в случае технологии Bluetooth - понятие весьма абстрактное: стабильная работа спаренных устройств на расстоянии 10 или 100 метров (в зависимости от класса) может быть обеспечена только в идеальных условиях, которые в реальной жизни практически недостижимы. На деле с ростом расстояния между, допустим, телефоном и беспроводной гарнитурой будет ухудшаться качество передачи речи, появятся провалы, пострадает стабильность работы. И еще: если одно устройство поддерживает Bluetooth class 2, а другое - class 1, то функционировать они смогут лишь на расстоянии до 10 метров. Да и то теоретически.

Ну а теперь несколько слов о так называемых профилях Bluetooth, которые отвечают непосредственно за "синезубую" функциональность устройств. Что такое профиль? По сути, это своеобразный механизм, обеспечивающий функционирование связки двух и более Bluetooth-устройств: если каждое из них поддерживает один и тот же профиль, определенный в спецификации Bluetooth, то они смогут взаимодействовать соответствующим образом. Теоретически единственным обязательным профилем, который поддерживается любым Bluetooth-модулем, является GAP (Generic Access Profile) - профиль общего доступа. Однако де-факто к нему в подавляющем большинстве случаев добавляются еще три профиля, необходимые для организации передачи данных: профиль последовательного порта SPP (Serial Port Profile), протокол приложения определения предлагаемых сервисов SDAP (Service Discovery Application Profile) и протокол операции клиент-сервер при обмене объектами GOEP (Generic Object Exchange Profile). Помимо вышеперечисленных профилей, Bluetooth-устройство может (но отнюдь не обязано) поддерживать какиелибо из девяти основных или двенадцати дополнительных профилей. Перечислим основные: профиль беспроводной телефонии, CTP (Cordless Telephony Profile);

протокол связи мобильного устройства со стационарной LAN, LAP (LAN Access Profile); протокол связи ПК с сетью посредством мобильного телефона, DNP (Dial-up Networking Profile); протокол связи мобильного факса с мобильным телефоном, FP (Fax Profile); профиль, отвечающий за работу мобильных телефонов в качестве раций, IP (Intercom Profile); профиль работы беспроводной гарнитуры, HSP (Headset Profile); протокол передачи файлов между устройствами, FTP (File Transfer Profile); протокол синхронизации мобильного устройства с ПК или другими устройствами, SP (Synchronization Profile); протокол, позволяющий эмулировать интерфейс RS-232 либо USB, использующийся профилями более высокого уровня (SPP). Теперь о дополнительных (они предназначены в основном для реализации развлекательных функций): профиль для реализации процедур Plug and Play, ESDP (Extended Service Discovery Profile); профиль передачи стереозвука, A2DR (Advanced Audio Distribution Profile); профиль дистанционного управления воспроизведением музыки/видео, AVRCD (Audio Video Remote Control Profile); профиль базовой работы с изображениями, BIP (Basic Imaging Profile); профиль базовой работы с печатающими устройствами, BPP (Basic Printing Profile); базовый профиль доступа к ISDN, CIP (Common ISDN Access Profile); общий профиль распределения и рассылки аудио/видео, GAVDP (Generic Audio Video Distribution Profile); профиль "свободные руки", HFR (Hands-Free Profile); профиль эмуляции кабеля принтера, HCRP (Hardcopy Cable Replacement Profile); профиль для подключения дополнительных устройств-манипуляторов (к примеру, клавиатур и мышек), HID (Human Interface Device Profile); протокол формирования персональной сети, PAN (Personal Area Networking); протокол доступа к SIM, SAP (SIM Access Profile). На деле, конечно, среднему пользователю может понадобиться реализация шести-семи самых популярных профилей, однако возможности, заложенные в "синий зуб", способны впечатлить даже скептика, не так ли?

Уже к концу 2008 года нам обещают версию Bluetooth 2.1+EDR, которая будет отличаться еще большей защищенностью и еще меньшим энергопотреблением при аналогичных 2.0+EDR скоростных показателях. Как видим, "синий зуб" продолжает совершенствоваться - не за горами новые профили, версии, а то и классы… Кто знает, возможно, через несколько лет на просьбу "Сбрось мне, пожалуйста, этот DVD!" мы будем отвечать "Сейчас, пара секунд… Включай Bluetooth!"