Блютуз версия 5.0. Bluetooth v4.2: что же действительно нового и как это работает? В восемь раз больше данных через широковещательные каналы

В Android O имеется полная поддержка Bluetooth 5, поэтому разработчикам устройств не приходится делать всю работу самим.

Основное изменение заключается в том, чтобы включить Bluetooth 5.0 с помощью программного обеспечения без какого-либо изменения оборудования. Исходный код / SW-файл будет поддерживаться ТОЛЬКО корпорацией HTC, и НЕВОЗМОЖНО дать этот исходный код / файл SW любому третьему лицу для включения данной функции.

Изменение произойдет, когда эти телефоны будут обновлены до Android O 8.0 (начало осени), и вам не придется ничего делать. Все будет работать итак.

Все это круто, но почему Bluetooth 5 лучше чем 4.2?

Характеристики Bluetooth очень похожи на характеристики USB. Эти интерфейсы используют цифровую систему для того, чтобы квалифицироваться как совместимые, аппаратное обеспечение должно иметь определенные пороговые значения для скорости передачи и приема, энергопотребления и совместимости.

Это означает, что большее число будет в некотором роде лучше, чем меньшее число, а переход с 4.2 на 5 более значителен, чем с 4.1 на 4.2.

Bluetooth 5 обеспечивает более высокий диапазон, более высокую скорость передачи данных и более быстрый способ подключения.

Bluetooth 5 предлагает в четыре раза больше диапазон и вдвое большую скорость передачи данных. Легко понять, почему более широкий диапазон лучше, но важно знать, что передача данных — это больше, чем просто обмен файлами.

Например, музыка также является цифровыми данными при потоковой передаче через Bluetooth, а более высокая скорость означает, что она может передавать больше аудиоданных для «лучшего» звука (такое уже реализовали Sony со своим кодеком LDAC) и меньше шансов на какие-либо ошибки.

К примеру, используя Bluetooth 5, ваш телефон может передавать музыку на беспроводную колонку на расстоянии до 35 метров (против 10 на старых стандартах Bluetooth), отправлять в два раза больше цифровых данных, чтобы ваша музыка звучала сочнее и не тормозила.

Почему HTC и Motorola ждут Android? Ради правильной работы Bluetooth 5

Мы не можем быть на 100% уверены, что они ждут, но это, скорее всего, из-за дополнительной поддержки Bluetooth 5, которая идет в Android O.

Стандарт Bluetooth 5 был готов в декабре 2016 года, так что все производители знают о новой версии. Когда Android Nougat была завершена, стандарт Bluetooth 5 еще не был закончен, поэтому есть некоторые довольно значительные функции, которые не поддерживаются. В

Android 7.1 Nougat отсутствует одна важная особенность - новый энергоэффективный стандарт передачи данных.

Когда два устройства обмениваются данными по Bluetooth, им необходимо найти лучший и наиболее эффективный способ отправки данных. Каждое устройство имеет набор проверок для поиска «правильного» способа, а Bluetooth 5 не делает такие проверок. Это означает, что устройство вернется к более старому стандарту Bluetooth, а функции Bluetooth 5 не будут использоваться.

Если короче, это означает, что в версиях до Android O телефон с Bluetooth 5 не может должным образом понять, что это такое и что именно оно может делать, а когда соединение наконец будет установлено, оно вернется к более старой версии Bluetooth. Даже если аппаратное обеспечение его поддерживает.

Bluetooth 5 просто не был готов при разработке Android 7.0 Nougat

Например, Samsung Galaxy S8 должен использовать код Bluetooth от самой Samsung, чтобы обойти эти проблемы, потому что Android Nougat не имеет поддержки. Это стоит много денег и занимает много времени, и, в конце концов, все это значительно упроститься с приходом Android O.

Bluetooth очень крутым, когда мы будем использовать Android O и Bluetooth 5

Все преимущества Bluetooth 5 требуют, чтобы оба устройства были совместимы с Bluetooth 5. Если одно устройство, например, Bluetooth 4.x, соединение будет по стандарту 4.x.

Получается, что до тех пор, пока ваши наушники или автомобильная система не будут готовы к работе с Bluetooth 5, все эти преимущества просто не имеют значения.

Два телефона Galaxy S8, подключенные через Bluetooth, могут иметь более быструю передачу файлов, но нет гарантии, что версии Bluetooth от Samsung и от Android 8.0 O на 100% совместимы, поэтому соединение Galaxy S8 8 с HTC U11 может не быть столь быстрым.

Все преимущества Bluetooth 5 требуют, чтобы оба устройства имели эту версию.

Bluetooth становится круче с каждой новой версией, поэтому старайтесь отыскать современные устройства, чтобы пользоваться всеми этими улучшениями. Жаль только, что производители беспроводных наушников уже наделали кучу крутых наушников на базе Bluetooth 4.2 и выпуск новых моделей с Bluetooth во всех ценовых диапазонах займет много времени.

Беспроводные технологии

Здравствуйте.

3 декабря 2014 года Bluetooth SIG официально анонсировала спецификацию bluetooth версии 4.2.
В пресс-релизе указаны 3 главных нововведения:

увеличение скорости приема-передачи данных;
возможность подключения к интернету;
улучшение конфиденциальности и безопасности.

Главный тезис пресс-релиза: версия 4.2 - идеальна для интернета вещей (IoT).
В этой статье я хочу рассказать, как реализованы эти 3 пункта. Кому интересно добро пожаловать.

Все, что описано ниже, относится только к BLE, поехали…

1. Увеличение скорости приема-передачи пользовательских данных.

Самым главным недостатком у BLE была малая скорость передачи данных. Хотя с какой стороны посмотреть, ведь изначально BLE придумывали ради сохранения энергии источника, питающего устройство. А чтобы беречь энергию, надо с перерывами выходить на связь и передавать немного данных. Однако, все равно, весь интернет заполнен возмущениями о малой скорости и вопросами о возможности ее увеличения, а также увеличения размера передаваемых данных.

И вот с появлением версии 4.2, Bluetooth SIG заявил об увеличении скорости передачи в 2,5 раза и размера передаваемого пакета в 10 раз. Как же они этого добились?

Сражу скажу, что эти 2 цифры связаны друг с другом, а именно: скорость увеличилась потому, что увеличился размер передаваемого пакета.

Посмотрим на PDU (protocol data unit) канала данных:

Каждый PDU содержит 16-ти битный заголовок (header). Так вот, этот заголовок в версии 4.2 отличается от заголовка в версии 4.1.

Вот заголовок версии 4.1:

А вот заголовок версии 4.2:

Примечание: RFU (Reserved for Future Use) - поле, обозначенное этой аббревиатурой зарезервировано для будущего использования и заполняется нулями.

Как мы видим, последние 8 бит заголовка отличаются. Поле «Length» - это сумма длин полезных данных и поля MIC (Message Integrity Check), находящегося в PDU (если последнее включено).
Если в версии 4.1 поле «Length» имеет размер 5 бит, то в версии 4.2 это поле размером 8 бит.

Отсюда несложно вычислить, что поле «Length» в версии 4.1 может содержать значения в промежутке от 0 до 31, а в версии 4.2 в промежутке от 0 до 255. Если из максимальных значений вычесть длину поля MIC (4 октета), то получим, что полезных данных может быть 27 и 251 октет для версии 4.1 и 4.2 соответственно. На самом деле максимальное кол-во данных еще меньше, т.к. в полезной нагрузке находятся еще и служебные данные L2CAP (4 октета) и ATT (3 октета), но это мы рассматривать не будем.

Таким образом размер передаваемых пользовательских данных увеличился приблизительно в 10 раз. Что же касается скорости, которая, почему-то, увеличилась не в 10 раз, а всего в 2.5 раза, то тут нельзя говорить о пропорциональном увеличении, потому, что все упирается еще и в гарантированность доставки данных, ведь гарантировать доставку 200 байт немного сложнее чем 20-ти.

2. Возможность подключения к интернету.

Пожалуй, самое интересное нововведение, из-за которого Bluetooth SIG и объявила, что версия 4.2 делает интернет вещей (IoT) лучше именно благодаря этой возможности.

Еще в версии 4.1 в L2CAP появился режим «LE Credit Based Flow Control Mode». Этот режим позволяет управлять потоком данных, используя т.н. схему, основанную на кредите. Особенность схемы в том, что она не использует сигнальные пакеты, для обозначения кол-ва передаваемых данных, а запрашивает у другого устройства кредит на определенный объем данных для передачи, тем самым ускоряя процесс передачи. При этом, принимающая сторона каждый раз при получении фрейма, уменьшает счетчик фреймов, и при достижении последнего фрейма может разорвать соединение.

В списке команд L2CAP появилось 3 новых кода:
- LE Credit Based Connection request – запрос на соединение по схеме кредита;
- LE Credit Based Connection response – ответ на соединение по схеме кредита;
- LE Flow Control Credit – сообщение о возможности получить дополнительные LE-кадры.

В пакете «LE Credit Based Connection request»

есть поле «Initial Credits» длиной в 2 октета, указывающее на кол-во LE-фреймов, которое устройство может отправить на уровне L2CAP.

В ответном пакете «LE Credit Based Connection response»

в том же поле указано кол-во LE-фреймов, которое может отправить другое устройство, а также в поле «Result» указан результат запроса на соединение. Значение 0x0000 говорит об успехе, остальные значения указывают на ошибку. В частности, значение 0x0004 указывает на отказ в соединении из-за отсутствия ресурсов.

Таким образом уже в версии 4.1 появилась возможность передачи большого кол-ва данных на уровне L2CAP.
И вот, практически одновременно с выходом версии 4.2, публикуется:

сервис: «IP Support Service» (IPSS) .
профиль IPSP (Internet Protocol Support Profile) , который определяет поддержку передачи пакетов IPv6 между устройствами, имеющими BLE.

Главным требованием профиля для уровня L2CAP является «LE Credit Based Connection» появившееся в версии 4.1, которое, в свою очередь позволяет передавать пакеты с MTU >= 1280 октетов (надеюсь намек на цифру понятен).

Профиль определяет следующие роли:
- роль маршрутизатора (Router) – используется для устройств, которые могут маршрутизировать IPv6 пакеты;
- роль узла (Node) – используется для устройств, которые могу только принимать или отправлять пакеты IPv6; имеют функцию обнаружения сервисов и имеют сервис IPSS, позволяющий маршрутизаторам обнаруживать данное устройство;

Устройства с ролью маршрутизатора, которым необходимо подключение к другому маршрутизатору могут иметь роль узла.

Как ни странно, но передача пакетов IPv6 не является частью спецификации профиля, и указывается в IETF RFC «Transmission of IPv6 packets over Bluetooth Low Energy» . В этом документе опредлен еще один интересный момент, а именно то, что при передаче пакетов IPv6 используется стандарт 6LoWPAN - это стандарт взаимодействия по протоколу IPv6 поверх маломощных беспроводных персональных сетей стандарта IEE 802.15.4.

Посмотрите на рисунок:

В профиле определено, что IPSS, GATT и ATT используются только для обнаружения сервиса, а GAP используется только для обнаружения устройства и установки соединения.

А вот выделенное красным, как раз говорит о том, что передача пакетов не входит в спецификацию профиля. Это позволяет программисту написать свою реализацию передачи пакетов.

3. Улучшение конфиденциальности и безопасности.

Одной из обязанностей менеджера безопасности (Sequrity manager) (SM) является сопряжение двух устройств. В процессе сопряжения создаются ключи, которые затем используются для шифрования связи. Процесс сопряжения состоит из 3-х фаз:

обмен информацией о способах сопряжения;
генерация краткосрочных ключей (Short Term Key (STK));
обмен ключами.

В версии 4.2 2-я фаза разделилась на 2 части:

генерация краткосрочных ключей (Short Term Key (STK)) под названием «LE legacy pairing»
генерация долговременных ключей (Long Term Key (LTK)) под названием «LE Secure Connections»

А 1-я фаза добавилась еще одним способом сопряжения: «Numeric Comparison» который работает только со вторым вариантом 2-й фазы: «LE Secure Connections».

В связи с этим в криптографическом тулбоксе менеджера безопасности помимо 3-х существующих функций, появилось еще 5 и эти 5 используются только для обслуживания нового процесса сопряжения «LE Secure Connections». Эти функции генерируют:

LTK и MacKey;
подтверждающие переменные;
переменные проверки аутентификации;
6-ти значные числа, используемые для отображения на связываемых устройствах.

Все функции используют алгоритм шифрования AES-CMAC с 128-ми битным ключом.

Так вот, если при сопряжении во 2-й фазе по методу «LE legacy pairing» генерировалось 2 ключа:

Temporary Key (TK): 128-ми битный временный ключ, используемый для генерации STK;
Short Term Key (STK): 128-ми битный временный ключ, используемый для шифрования соединениЯ

то по методу «LE Secure Connections» генерируется 1 ключ:

Long Term Key (LTK): 128-ми битный ключ, используемый для шифрования последующих соединениЙ.

Результатом этого нововведения мы получили:

предотвращение отслеживания, т.к. теперь за счет «Numeric Comparison» есть возможность контролировать возможность подключения к Вашему устройству.
улучшение энерго-эффективности, т.к. теперь не требуется дополнительная энергия для повторных генераций ключей при каждом соединении.
отраслевой стандарт шифрования для обеспечения конфиденциальных данных.

Как это ни странно звучит, но за счет улучшения безопасности мы получили улучшение энерго-эффективности.

4. Есть ли уже возможность пощупать?

Да, есть.
NORDIC Semiconductor выпустил «nRF51 IoT SDK» который включает в себя стек, библиотеки, примеры и API для устройств серии nRF51. Сюда входят:

чипы nRF51822 и nRF51422;
nRF51 DK;
nRF51 Dongle;
nRF51822 EK.

По

Спустя год после утверждения спецификаций Bluetooth 4.1, организация Bluetooth Special Interest Group (SIG) представила обновленный 4.2. В Bluetooth 4.2 была повышена скорость обмена информацией между устройствами Bluetooth Smart: размер пакетов данных был увеличен в 10 раз, а быстродействие поднялось в 2.5 раза. Улучшена работа с устройствами сегмента интернета вещей, благодаря Internet Protocol Support Profile (IPSP) теперь поддерживается соединение с интернетом напрямую по протоколу Ipv6/6LoWPAN и управление устройствами Bluetooth Smart.

Другими словами, устройства смогут подключаться напрямую к интернету через точку доступа или роутер без дополнительных соединений и передатчиков. Помимо этого обещают высокую степень защиты от отслеживания по Bluetooth-соединению и шифрование данных. Процесс отслеживания в одностороннем порядке теперь невозможен, необходимо подтверждение соединения. Само собой, обещают снижение энергопотребления. Первые продукты с Bluetooth 4.2 могут появиться в первой половине 2015 года.

Источник: Bluetooth

Kirkland, WA - December 03, 2014

The Bluetooth Special Interest Group (SIG) officially adopted version 4.2 of the Bluetooth core specification this week. Key updates in 4.2 improve privacy and increase speed, and a soon-to-be ratified profile will enable IP connectivity. Bluetooth 4.2 opens up new opportunities for developers, OEMs and the industry to build a better user experience for consumers while creating use cases never before imagined.

“Bluetooth 4.2 is all about continuing to make Bluetooth Smart the best solution to connect all the technology in your life - from personal sensors to your connected home. In addition to the improvements to the specification itself, a new profile known as IPSP enables IPv6 for Bluetooth, opening entirely new doors for device connectivity,” said Mark Powell, executive director of the Bluetooth SIG. “Bluetooth Smart is the only technology that can scale with the market, provide developers the flexibility to innovate, and be the foundation for the IoT.”

Privacy and Security
Bluetooth 4.2 introduces industry-leading privacy settings that lowers power consumption and builds upon the government-grade security features of the Bluetooth specification. The new privacy features put control back into the hands of the consumer by making it difficult for eavesdroppers to track a device through its Bluetooth connection without permission. For example, when shopping in a retail store with beacons, unless you’ve enabled permission for the beacon to engage with your device, you can’t be tracked.

Speed
Bluetooth 4.2 increases the speed and reliability of data transfers between Bluetooth Smart devices. By increasing the capacity of Bluetooth Smart packets, devices transfer data up to 2.5 times faster than with previous versions. Increased data transfer speeds and packet capacity reduces the opportunity for transmission errors to occur and reduces battery consumption, resulting in a more efficient connection.

Internet Connectivity
Building on the capabilities released earlier with Bluetooth 4.1 and the new features released in 4.2, the Internet Protocol Support Profile (IPSP) will allow Bluetooth Smart sensors to access the Internet directly via IPv6/6LoWPAN. IP connectivity makes it possible to use existing IP infrastructure to manage Bluetooth Smart “edge” devices. This is ideal for connected home scenarios that need both personal and wide area control. This profile will be ratified by the end of the year.

Здравствуйте.

увеличение скорости приема-передачи данных;
возможность подключения к интернету;
улучшение конфиденциальности и безопасности.

Все, что описано ниже, относится только к BLE, поехали…

1. Увеличение скорости приема-передачи пользовательских данных.

Как мы видим, последние 8 бит заголовка отличаются. Поле «Lenght» - это сумма длин полезных данных и поля MIC (Message Integrity Check), находящегося в PDU (если последнее включено).
Если в версии 4.1 поле «Lenght» имеет размер 5 бит, то в версии 4.2 это поле размером 8 бит.

Отсюда несложно вычислить, что поле «Lenght» в версии 4.1 может содержать значения в промежутке от 0 до 31, а в версии 4.2 в промежутке от 0 до 255. Если из максимальных значений вычесть длину поля MIC (4 октета), то получим, что полезных данных может быть 27 и 251 октет для версии 4.1 и 4.2 соответственно. На самом деле максимальное кол-во данных еще меньше, т.к. в полезной нагрузке находятся еще и служебные данные L2CAP (4 октета) и ATT (3 октета), но это мы рассматривать не будем.

Таким образом размер передаваемых пользовательских данных увеличился приблизительно в 10 раз. Что же касается скорости, которая, почему-то, увеличилась на в 10 раз, а всего в 2.5 раза, то тут нельзя говорить о пропорциональном увеличении, потому, что все упирается еще и в гарантированность доставки данных, ведь гарантировать доставку 200 байт немного сложнее чем 20-ти.

2. Возможность подключения к интернету.

сервис: «IP Support Service» (IPSS) .
профиль IPSP (Internet Protocol Support Profile) , который определяет поддержку передачи пакетов IPv6 между устройствами, имеющими BLE.

3. Улучшение конфиденциальности и безопасности.

обмен информацией о способах сопряжения;
генерация краткосрочных ключей (Short Term Key (STK));
обмен ключами.

В версии 4.2 2-я фаза разделилась на 2 части:

генерация краткосрочных ключей (Short Term Key (STK)) под названием «LE legacy pairing»
генерация долговременных ключей (Long Term Key (LTK)) под названием «LE Secure Connections»

LTK и MacKey;
подтверждающие переменные;
переменные проверки аутентификации;
6-ти значные числа, используемые для отображения на связываемых устройствах.

Все функции используют алгоритм шифрования AES-CMAC с 128-ми битным ключом.

Так вот, если при сопряжении во 2-й фазе по методу «LE legacy pairing» генерировалось 2 ключа:

Temporary Key (TK): 128-ми битный временный ключ, используемый для генерации STK;
Short Term Key (STK): 128-ми битный временный ключ, используемый для шифрования соединениЯ

то по методу «LE Secure Connections» генерируется 1 ключ:

Long Term Key (LTK): 128-ми битный ключ, используемый для шифрования последующих соединениЙ.

Результатом этого нововведения мы получили:

предотвращение отслеживания, т.к. теперь за счет «Numeric Comparison» есть возможность контролировать возможность подключения к Вашему устройству.
улучшение энерго-эффективности, т.к. теперь не требуется дополнительная энергия для повторных генераций ключей при каждом соединении.
отраслевой стандарт шифрования для обеспечения конфиденциальных данных.

Как это ни странно звучит, но за счет улучшения безопасности мы получили улучшение энерго-эффективности.

4. Есть ли уже возможность пощупать?

чипы nRF51822 и nRF51422;
nRF51 DK;
nRF51 Dongle;
nRF51822 EK.

Новый стандарт беспроводной связи обеспечивает больший диапазон, более высокую скорость и большую пропускную способность. Но что еще вам нужно знать?

Что с ростом популярности беспроводных наушников и носимых устройств, мы начинаем использовать Bluetooth гораздо чаще, чем раньше. Фактически, согласно Bluetooth Special Interest Group , которая контролирует разработку технологии, к 2020 году будет продано 13,9 миллиарда устройств с поддержкой Bluetooth.

Хорошая новость, что технология от этого только выиграет. Bluetooth 5 является более мощным, чем когда-либо, с огромным потенциалом для Интернета вещей и прослушивания музыки в беспроводном режиме.

Так что же он может сделать? И когда вы можете это схватить? Читайте дальше и узнавайте.

Что такое Bluetooth 5?

Bluetooth 5 — это следующая итерация Bluetooth , беспроводная технология передачи данных, которая находится в смартфонах, планшетах, беспроводных наушниках и динамиках, ноутбуках, настольных компьютерах и т. Д.

Bluetooth позволяет вашим устройствам передавать данные друг другу по беспроводной сети. Когда вы получаете уведомление на своих умных часах или трекере, оно поступает с вашего телефона по Bluetooth.

Он также позволяет подключать беспроводные колонки, чтобы вы могли слушать мелодии дома, в парке или на пляже.

Это последняя версия Bluetooth, она намного мощнее, чем ее предшественники.

Насколько мощный Bluetooth 5?

Новая версия значительно опережает предыдущую по всем параметрам. По сравнению с его предшественником (Bluetooth 4.2 Low Energy) он вдвое быстрее, имеет в четыре раза большую дальность работы и может передавать в восемь раз больше данных.

Если вам нужны точные данные, мы говорим о пропускной способности 2 Мбит/с. На практике это означает быстрое и надежное подключение к сети, что приводит к более быстрым обновлениям прошивки и загрузке данных.

Благодаря большей дальности работы около 240 м, ваши беспроводные динамики и наушники будут работать намного дальше от источника звука, чем с Bluetooth 4.2 Low Energy. Эти нововведения позволят охватить весь дом для интернет-устройств, таких как камеры безопасности, интеллектуальные холодильники, интеллектуальные термостаты и многое другое.

И благодаря более эффективному использованию каналов вещания на полосе частот 2,4 ГГц, он открывает путь для «более лучших беспроводных решений на основе Bluetooth», согласно SIG. Другими словами, ожидайте большего количества беспроводных подключений, куда бы вы ни отправились, от спортивных стадионов до торговых центров.

Вы можете подключить более одной пары беспроводных наушников к одному источнику звука по Bluetooth 5 . Если ваше устройство имеет определенные профили работы, например функцию Bluetooth Dual Audio от Samsung , вы можете самостоятельно регулировать громкость каждого из них. Очень удобно для подключения нескольких наушников для просмотра передач или прослушивания музыки во время поездок на поезде или самолете.

Bluetooth 5 также может обнаруживать существуют ли помехи на частотах 2,4 ГГц и автоматически стараться минимизировать их. Что должно сделать прослушивание музыки с любого беспроводного устройства более стабильным и чётким.

Какие устройства совместимы с Bluetooth 5?

На данный момент не так много. Samsung Galaxy S8 — первый телефон для работы с технологией Bluetooth 5 , но на данный момент он единственный. Без каких-либо наушников или динамиков Bluetooth 5 вы не сможете использовать преимущества большой дальности стабильной работы или более высоких скоростей. Но они должны начать появляться до конца года.

Хорошей новостью является то, что вы можете использовать функцию Dual Audio в Galaxy S8 с любым Bluetooth-динамиком или наушниками . Просто соедините их с телефоном, как обычно, затем выберите «Dual Audio» в меню в правом верхнем углу экрана и настройте необходимый уровень громкости для каждого из устройств.

Будет ли Bluetooth 5 улучшать качество звука для беспроводных динамиков и наушников?

К сожалению нет . Основное внимание уделяется Интернет-вещам и большей связности, но SIG не упоминает об улучшенном качестве звука. Это не значит, что поклонники музыки не получат никаких преимуществ.

Беспроводные наушники и динамики будут работать намного дальше от источника звука, и вы можете передавать один и тот же звук на большее количество наушников / динамиков одновременно.

Bluetooth 5 также может улучшить срок службы батареи . Поскольку он более эффективен, он будет потреблять меньше энергии, что должно означать увеличение срока службы батарей для беспроводных громкоговорителей и наушников. Но нам придется попробовать это в деле, чтобы подтвердить, но пока это невозможно.