Трудно представить современный мир без беспроводных технологий. Управлять музыкой на смартфоне, отправлять файлы на принтер или синхронизировать данные с фитнес-трекером — всё это стало возможным благодаря Bluetooth, который незаметно вошёл в повседневную жизнь.
Но как появилась эта революционная разработка, и что вдохновило её создателей? В этой статье мы рассмотрим историю Bluetooth, его развитие и влияние на нашу жизнь.
Предыстория. Научные открытия
История Bluetooth начинается с фундаментальных открытий в области физики. В начале XIX века Ганс Христиан Эрстед и Майкл Фарадей выдвинули идею существования электромагнитных волн. В 1864 году Джеймс Клерк Максвелл сформулировал теорию, утверждающую, что электромагнитные волны могут распространяться не только по проводам, но и по воздуху. В 1887 году Генрих Герц подтвердил теорию Максвелла экспериментально. Затем были изобретения Александра Степановича Попова и Гульельмо Маркони. Так радиоволны стали основой для развития беспроводной связи.
Еще одно важное для технологии Bluetooth открытие было сделано, как это ни странно, в Голливуде во время Второй мировой войны.
Актриса Хеди Ламарр совместно с композитором Джорджем Антейлом разработала инновационную систему наведения для торпед. Используя валик механического пианино, они создали технологию, позволяющую передавать сигналы на разных частотах.
Ламарр и Антейл успешно запатентовали свое открытие и передали его армии США в 1942 году.
Патент стал основой для метода FHSS (псевдослучайная перестройка рабочей частоты). Этот метод лег в основу множества современных беспроводных технологий.
Создание и развитие технологии
В начале 1990-х годов, когда мобильные телефоны начали набирать популярность, шведская компания Ericsson Mobile решила расширить функциональность своих устройств.
Идея Bluetooth родилась у технического директора компании — Нильса Ридбека. Он представлял себе мир, в котором пользователи могли бы свободно общаться, не доставая телефоны из карманов. И поручил своей команде инженеров воплотить эту идею в жизнь.
Работал над этим проектом инженер Яап Хаартсен. В 1994 году Ридбек поручил ему разработать концепцию радиосвязи ближнего действия между сотовым телефоном и близлежащими электронными устройствами, поддерживающими передачу голоса и данных.
В то время в компании уже существовал проект «Cornelius», который исследовал беспроводную связь между телефоном и гарнитурой. Однако он был основан на аналоговой технологии и не поддерживал передачу данных.
Хаартсен изучал и другие технологии, такие как стандарт DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) и беспроводную сеть WLAN 802.11. Но они не соответствовали требованиям однорангового подключения, поддержки голоса и данных, а также не вписывались в рамки низкого энергопотребления.
Переломный момент произошел на конференции IEEE в Гааге. Хаартсен посетил симпозиумы по персональной, внутренней и мобильной радиосвязи, а также беспроводным компьютерным сетям. Он так рассказывал об этом:
На конференции я узнал больше об использовании промышленного, научного и медицинского (ISM) радиодиапазона 2,4 ГГц в качестве глобального спектра для связи и понял, что это будет путь вперед.
Кроме того, поскольку это был безлицензионный диапазон, работающая в нем радиосистема должна была иметь дело с помехами от других пользователей, начиная от открывателей гаражных ворот и заканчивая радионянями. Чтобы справиться с этими помехами, я выбрал частотный скачок.
В 1995 году к Хаартсену присоединился Свен Маттиссон, инженер по технологиям беспроводной связи.
После почти четырех лет интенсивных исследований и разработок в области радиосвязи, компания Ericsson приняла решение о создании нового бизнеса, сосредоточив внимание на концепции радиосвязи ближнего действия. Однако обеспечить совместимость и распространение технологии можно было, только сотрудничая с другими отраслями и компаниями.
Одним из первых крупных партнеров, заинтересовавшихся проектом Bluetooth, стала компания Intel. В рамках сотрудничества с Intel к команде присоединились Джим Кардах и Саймон Эллис из мобильного подразделения Intel. Они вместе с другими инженерами из Intel, IBM, Nokia и Ericsson помогли создать Bluetooth Special Interest Group (SIG) в 1998 году для стандартизации технологии.
Позже к разработке подключились компании Nokia, Toshiba и IBM. Nokia привнесла свой опыт в области мобильной связи, помогая улучшить интеграцию Bluetooth с мобильными устройствами. Toshiba сосредоточилась на аппаратной части, обеспечивая совместимость технологии с компьютерами и другими устройствами. IBM, в свою очередь, внесла вклад в разработку логического слоя и стандартизацию протоколов, что помогло Bluetooth стать универсальной платформой для беспроводной передачи данных.
Согласно данным Ericsson, технология Bluetooth защищена множеством патентов, большая часть из которых принадлежит самой компании Ericsson. Последний патент был зарегистрирован в 2024 году.
Патент, который сделал имя Яапа Хаартсена известным в мире технологий, получил название «Frequency Hopping Piconets in an Uncoordinated Wireless Multi-User System» (частотная перестройка в пикосетях в нескоординированной беспроводной многопользовательской системе).
Заявка на этот патент была подана в сентябре 1997 года, а официально выдан он был Патентным ведомством США в июле 2003 года. В патенте Хаартсен указан как главный изобретатель, а компания Ericsson выступает в качестве правопреемника.
Название и логотип
Название технологии предложил Джим Кардах, руководитель технологического развития Intel. По его словам, он выбрал «Bluetooth» в качестве временного названия, вдохновившись историей датского короля Харальда I «Синезубого» Гормссона.
«Так же, как Харальд объединил Скандинавию, мы стремились объединить индустрию ПК и мобильной связи с помощью беспроводной связи ближнего действия», — объяснял Кардах.
Название Bluetooth взяли как временный вариант, пока маркетинговые команды не придумают что-то более запоминающееся и эффектное. Однако судьба распорядилась иначе. Когда пришло время выбирать окончательное название, на первый план вышли два варианта: «RadioWire» и «PAN» (Personal Area Networking). Но тщательный анализ показал, что в интернете уже существовало огромное количество упоминаний этих терминов.
В итоге выбор пал на «Bluetooth» — имя, которое быстро прижилось, распространилось по всей индустрии и стало синонимом беспроводной технологии ближнего действия.
Логотип Bluetooth представляет собой связанную руну, объединяющую инициалы Харальда. Этот символ тоже отражает изначальную идею разработчиков: объединение различных устройств в единую беспроводную сеть.
Bluetooth SIG
В 1998 году компании Ericsson, Intel, Nokia, Toshiba и IBM создали Bluetooth SIG для разработки стандарта беспроводной связи, который соединял бы различные устройства.
Bluetooth SIG — некоммерческая организация, базирующаяся в Киркленде, штат Вашингтон, которая отвечает за лицензирование технологий и товарных знаков. Она не производит устройства, а контролирует внедрение технологии Bluetooth. Сегодня в Bluetooth SIG состоит более 30 000 компаний.
В 1999 году была выпущена первая спецификация Bluetooth 1.0. Первым устройством с этой технологией стала гарнитура hands-free. А уже в 2000 году появился мобильный телефон Ericsson T36 с поддержкой Bluetooth, что стало следующим важным шагом в развитии технологии.
В 2001 году на рынок вышли первые принтеры и ноутбуки, которые также поддерживали Bluetooth.
К 2012 году объем поставок продуктов с поддержкой Bluetooth достиг 2 миллиардов единиц по всему миру. К концу 2014 года проникновение Bluetooth на рынок мобильных телефонов достигло 90%.
Как работает Bluetooth
Принцип работы Bluetooth схож с другими стандартами беспроводной связи, такими как радио или Wi-Fi: одно устройство преобразует информацию в сигнал и передает его на определенной частоте, другое — улавливает и преобразует сигнал обратно в данные.
Технические основы
Bluetooth использует радиочастоты 2,4 ГГц и протокол Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), переключаясь между 79 каналами до 1600 раз в секунду, чтобы избежать помех.
Когда несколько устройств (например, смарт-часы и трекеры активности) подключены к одному смартфону, они формируют пикосеть (PAN). В такой сети одно устройство является ведущим, а остальные — ведомыми. В одной пикосети могут быть до семи подчиненных устройств. Несколько пикосетей вместе образуют распределенную сеть (scatternet).
Bluetooth часто воспринимается как технология ближнего действия, но может использоваться для соединения устройств на расстоянии.
Дальность связи зависит от класса датчиков:
I класс: 100–200 метров. Промышленные устройства, такие как системы автоматизации производства и системы связи для складов или фабрик.
II класс: 10–20 метров. Используется в мобильных устройствах, например, в смартфонах.
III класс: менее 5 метров. Идеален для носимых устройств с низким потреблением энергии. Например, умных часов.
Дальность связи обратно пропорциональна скорости передачи данных: чем дальше устройства, тем медленнее обмен информацией.
Сопряжение устройств
Сопряжение — это процесс, при котором устройства Bluetooth регистрируют друг друга, создавая безопасное соединение. Каждое устройство получает ключи безопасности и автоматически подключается, когда находится в зоне действия.
Идентификация устройств
Устройства Bluetooth имеют уникальный 48-битный адрес (BD_ADDR), представленный в шестнадцатеричном виде. Верхние 24 бита идентифицируют производителя, а нижние — уникальны для конкретного устройства. Устройства также могут иметь понятные пользователю имена для облегчения идентификации.
Различные версии Bluetooth и их особенности
На данный момент вышло 6 основных версий Bluetooth. Подробные описания и спецификации каждой версии Bluetooth можно найти на официальном сайте Bluetooth SIG.
Bluetooth 1.0
В 1998 году был анонсирован Bluetooth 1.0. Эта версия имела проблемы со стабильностью сигнала и совместимостью устройств. Обновленная версия Bluetooth 1.0(B) улучшила ситуацию, но ограничила анонимность пользователей, так как требовала обязательную передачу адреса устройства.
В 2000 году вышел Bluetooth 1.1. Добавили определение уровня сигнала и передачу данных по незашифрованным каналам.
В 2003 году выпустили версию Bluetooth 1.2. Она увеличила скорость передачи до 1 Мбит/с и улучшила помехоустойчивость, а также поддерживала профиль A2DP для передачи стереозвука.
Bluetooth 2.0
В 2004 году вышла версия Bluetooth 2.0 с поддержкой режима «увеличенной скорости передачи данных» (EDR). Это увеличило максимальную скорость соединения до 2,1 Мбит/с и улучшило производительность. Также появилась возможность для более простого синхронного подключения нескольких устройств и снизилось энергопотребление.
В 2007 году вышло следующее обновление. Bluetooth 2.1 упростил сопряжение устройств. С этой версией также представили технологию Sniff Subrating, значительно снизившую энергопотребление.
Bluetooth 2.1 улучшил защиту соединений.
Bluetooth 3.0
В апреле 2009 года был принят стандарт Bluetooth 3.0. Он повысил скорость передачи данных до 24 Мбит/с. Использовал две версии радиосистемы: стандартную 2.0 (до 3 Мбит/с) и высокоскоростную (до 24 МБ/с) на базе Wi-Fi 802.11, что позволяло адаптировать передачу в зависимости от размера файла.
Bluetooth 4.0
В 2010 году был запущен Bluetooth 4.0, который стал прорывом в беспроводных технологиях благодаря низкому энергопотреблению и функциональности.
Была введена технология «низкого энергопотребления» — Bluetooth Low Energy (BLE). Bluetooth 4.0 и более поздние версии фактически представляют две беспроводные технологии: BR/EDR (классический Bluetooth, который продолжает развиваться с первой версии стандарта), и BLE.
Классический Bluetooth (BR/EDR) обеспечивает высокую скорость передачи данных и подходит для приложений, требующих постоянного соединения, таких как передача аудио или данных между устройствами.
В то время как Bluetooth Low Energy (BLE) ориентирован на устройства с низким энергопотреблением, что позволяет им работать от батареи значительно дольше. Также Bluetooth 4.0 обеспечил радиус действия до 100 метров. После вышли обновления Bluetooth 4.1 и 4.2, улучшившие совместимость с LTE и увеличившие пропускную способность в 2,5 раза.
Bluetooth 5.0
В 2016 году была представлена версия Bluetooth 5.0, которая предложила значительные улучшения по сравнению с предыдущими версиями. Скорость передачи данных увеличилась в два раза по сравнению с версией 4.2. Также была улучшена дальность соединений, что сделало технологию более подходящей для умных бытовых приборов.
Версия 5.1 добавила поддержку ячеистых сетей для подключения к нескольким устройствам и функцию определения угла прихода сигнала, что улучшило отслеживание местоположения.
Bluetooth 5.2 представил профиль LE Audio для качественной потоковой передачи звука с меньшим потреблением энергии и протокол Auracast для трансляции звука на множество устройств.
В 2021 году вышел Bluetooth 5.3. Он обеспечил быстрое переключение между режимами производительности, улучшил управление радиоканалами и позволил устройствам самостоятельно обнаруживать радиопомехи.
7 февраля 2023 года Bluetooth SIG представила спецификацию Bluetooth 5.4, которая включает поддержку периодических оповещений с ответами. Также в версии 5.4 добавлены зашифрованные данные оповещений и новые характеристики безопасности общего профиля атрибутов (LE GATT), что повышает защиту передаваемой информации и добавляет гибкость в настройках передачи данных.
Bluetooth 6.0
3 сентября 2024 года Bluetooth SIG опубликовал официальные заявления относительно версии Bluetooth 6.0. Ключевым моментом этого обновления является Bluetooth Channel Sounding. Эта технология позволяет измерять расстояние между устройствами с точностью до одного сантиметра.
Технология ISOAL позволяет передавать большие объемы данных более эффективно, что полезно для потоковой передачи и приложений виртуальной реальности. Ожидается, что первые устройства с поддержкой Bluetooth 6.0 появятся на рынке в 2025 году.
Роль технологии Bluetooth
Bluetooth-технология прочно вошла в нашу повседневную жизнь, обеспечивая беспроводное соединение между множеством устройств. Она позволяет наслаждаться музыкой через беспроводные наушники, управлять умными устройствами в доме и обмениваться данными между телефонами без лишних проводов.
Альтернативы
Bluetooth популярный, но не единственный стандарт беспроводной связи. Существуют различные альтернативные технологии, каждая из которых обладает своими преимуществами и недостатками.
NFC (Near Field Communication) — это технология беспроводной связи, которая позволяет двум устройствам обмениваться данными на очень коротком расстоянии (обычно до 10 см). NFC требует прямого контакта или очень близкого расположения устройств. Одним из главных достоинств NFC является быстрое время соединения (менее чем за одну десятую секунды).
ZigBee — сетевая технология малого радиуса действия, аналогичная Bluetooth LE. Она работает на частоте 2,4 ГГц, потребляет мало энергии и поддерживает до 65 000 устройств, что больше, чем у Bluetooth LE. Применяется в домашней автоматизации (умное освещение, термостаты) и промышленной автоматизации.
Z-Wave — запатентованная технология, конкурирующая с ZigBee и BLE, использует диапазон ниже 1 ГГц (908 МГц в США, 868 МГц в Европе), что обеспечивает больший диапазон и меньше помех. Однако скорость передачи данных у Z-Wave ниже.
6LoWPAN — технология, основанная на IP, которая также конкурирует с ZigBee и Z-Wave, и используется для домашних автоматизаций и интеллектуальных счетчиков.
NearLink — беспроводная технология от Huawei. В шесть раз быстрее Bluetooth, с задержкой в 30 раз меньше и на 60% меньшим энергопотреблением. Радиус действия увеличен в два раза, а количество подключений — в десять. Технология уже внедрена в смартфон Mate 60 и будет интегрирована в HarmonyOS и другие устройства Huawei. Более 300 китайских компаний поддерживают проект, но Intel, Qualcomm, AMD и NVIDIA пока не участвуют.
Преимущества
Bluetooth отличается низким энергопотреблением. Устройства работают на мощности всего 2,5 мВт, что значительно меньше, чем стандартные 100 мВт для Wi-Fi. Это позволяет наушникам, умным часам и фитнес-браслетам работать от небольшой батареи. Периферийные устройства, такие как компьютерные клавиатуры и мыши, могут использовать батареи среднего размера.
Bluetooth обеспечивает легкость подключения. Достаточно нажать кнопку и, при необходимости, ввести PIN-код. Устройства автоматически сообщают о своих возможностях, что упрощает использование.
Bluetooth поддерживает более 30 профилей, позволяя использовать его в различных сценариях — от передачи звука (A2DP) до передачи данных (OPP).
Широкий спектр совместимых устройств Bluetooth позволяет пользователям легко подключать и обмениваться данными между множеством гаджетов — от мобильных телефонов и планшетов до телевизоров и ноутбуков.
Будущее
Технологии не стоят на месте и могут появиться новые способы передачи данных. Например, в 2023 году исследователи из Университета Сассекса предложили новый способ передачи данных на близком расстоянии с помощью модуляции низкочастотного электрического поля.
Этот метод потребляет меньше энергии и менее подвержен внешним воздействиям, чем Bluetooth. Хотя идея находится на ранней стадии, она вызывает интерес в научном сообществе. Ученые надеются, что их технология станет новым стандартом для передачи данных на близком расстоянии и заменит Bluetooth.
Тем не менее на данный момент технология Bluetooth старается соответствовать передовым технологиям, постоянно обновляется и улучшается. Она преобразилась до неузнаваемости по сравнению с ее первоначальным состоянием. Диапазон беспроводной связи расширился с 10 метров в первых версиях до впечатляющих 240 метров в пятой. Если более старые версии потребляли много энергии от главных устройств, то сейчас используют Bluetooth Low Energy (LE), что значительно экономит заряд батареи.
Считается, что стремительный рост Интернета вещей (IoT) сделает Bluetooth еще более востребованным. Уже к 2026 году поставки устройств достигнут 7 миллиардов. Также Bluetooth может стать основой для новых приложений в сфере дополненной и виртуальной реальности, где требуется быстрая и надежная передача данных между устройствами.
Если задуматься, сколько устройств с Bluetooth есть в обычной городской квартире, то проще назвать те, где его нет. Эта технология буквально проникла во всё — от игрушек до холодильников. А какое устройство, на ваш взгляд, стоило бы оснастить Bluetooth?
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
Автор: klimensky
