Bluetooth 5.0 и другие: разбираемся с новыми стандартами aptx hd, adaptive и low latency

Какой из вариантов технологии Bluetooth выбрать?

Более новые ИС, как правило, являются двухрежимными, а не классическими, поэтому с точки зрения аппаратного обеспечения в большинстве случаев выбор сделают за вас. Некоторые устройства, привязанные к определенным приложениям, вероятно, останутся только BR или BR/EDR, если их сфера применения не предполагает использования Bluetooth Low Energy. Относительно ПО многие распространенные стеки Bluetooth уже поддерживают Low Energy, но и среди них могут быть продукты, которые его не поддерживают.

Если приходится делать выбор между двухрежимными и однорежимными ИС или микросхемами типа «система на кристалле», следует учитывать, в какой сфере будет применяться устройство. Если вам нужно, чтобы устройство могло соединяться с «классическими» Bluetooth-устройствами, выбор прост: вам необходимо двухрежимное устройство. Если вы можете варьировать типы подключения на обоих концах соединения, то важным критерием отбора является предполагаемый объем данных, который нужно будет передавать по беспроводному соединению. Если объем данных велик или вы хотите организовывать потоковую передачу, вам следует остановить выбор на BR/EDR-решении. Примером такой ИС может служить CC2564 от TI. Эта ИС имеет стек Bluetooth v4.0 до уровня HCI, в то время как остальная часть стека исполняется на хост-контроллере (MCU).

Если вам нужно передавать малые объемы информации, то наилучшим выбором станет Bluetooth Low Energy. Bluetooth Low Energy обеспечивает более длительное время автономной работы, особенно если его использовать в сферах применения, для которых он был изначально разработан. Например, сенсор, соединяющийся с мобильным телефоном каждую секунду, может проработать без перерыва более года, питаясь от батареи-таблетки типа CR2032. Энергопотребление (а следовательно, и время автономной работы) зависит от длительности соединения. Минимальная длительность соединения, поддерживаемая в BLE, составляет 7,5 мс, а максимальная — 16 с. Время 16 с — это максимальное время ожидания. Если необходимо более длительное соединение, можно прервать соединение и переподключаться каждый раз, когда это необходимо. Как уже было сказано, так как только три канала используются для переподключения, само переподключение происходит намного быстрее, чем у «классического» Bluetooth, и исчисляется миллисекундами, а не секундами.

Отраслевой стандарт смещается в сторону ИС, способных обеспечить полную функциональность в устройствах сенсорного типа, за исключением самого элемента сенсорики. TI CC2541 — это пример однорежимного однокристального решения для Bluetooth Low Energy, которое содержит радиопередатчик, MCU и периферийные элементы, а также программируемую встраиваемую флэш-память.

Свою роль могут сыграть и другие факторы. Например, если вы хотите, чтобы ваше устройство могло соединяться с устройствами на базе iOS, для этой цели подойдет Bluetooth Low Energy. В настоящее время Apple требует, чтобы все устройства BR/EDR, поддерживающие профили помимо рекомендованных, проходили сертификацию по программе MFI. Относительно устройств на базе Bluetooth Low Energy таких ограничений нет, поэтому приложения на основе iOS для iPhone 4S, iPhone 5, iPod touch (пятого поколения) или iPad 3 (на базе iOS 5 или старших версий) cмогут использовать API на основе GATT для связи с BLE-устройствами.

Что касается других операционных систем, некоторые смартфоны на Android уже поддерживают Bluetooth v4.0, и количество таких решений будет расти. ОС Windows 8 предлагает полную поддержку Bluetooth v4.0, а соответствующие API уже были представлены на мероприятиях разработчиков Microsoft.

Также имеет смысл принять во внимание простоту внедрения и доступность инструментов и документации для разработчиков. Некоторые производители устройств на основе однорежимного Bluetooth Low Energy предлагают бесплатные программные стеки и документацию в открытом доступе на веб-сайтах

При разработке решений на основе «классического» Bluetooth принято требовать лицензионные выплаты за стек протоколов и предлагать техническую документацию и другие сведения при условии соблюдения политики неразглашения.

Почему стоит обратиться именно к нам

Технические данные различных протоколов

Это описание будет содержать далеко не самый полный перечень версий протоколов, а лишь наиболее значимые для всей технологии в целом. И начать, разумеется, стоит с самой первой, которая была создана без пары лет почти два десятилетия назад – в 1998 году, партнёрской группой SIG или Special Interested Group. Первичная же разработка была учреждена тогда ещё шведской фирмой Ericsson за 4 года до выхода на рынок. В результате успешного исследования был создан достойный аналог проводным технологиям и назвали его в честь датского короля северян-викингов Харальда Первого Синезубого.

Первая версия имела просто ошеломляющую совместимость между устройствами различных изготовителей. Скорость была крошечной, а радиус действия явно не соответствовал установленному стандарту. Если бы не оперативные попытки доработать технологию, вся задумка могла кануть в Лету. И профессиональные качества работников не подвели, ибо вскоре вышла сперва версия 1.1, а затем и 1.2, которая стала вершиной эволюции модулей первого поколения. Общую совместимость подтянули до достаточно высокого уровня, радиус действия задавался честными десятью метрами, скорость передачи сделали просто заоблачной – 721 Кбит/сек, разумеется, теоретически.

Версия 2.1

Второе поколение произвело революцию, но именно версия 2.1 стала той путеводной звездой, которая используется и поныне. Очень многие устройства начального и среднего класса используют именно эту вариацию bluetooth-модуля. Главный упор был сделан на скорость, а решением стала надстройка EDR. Именно благодаря ей стало возможным осуществлять передачу на скоростях, близких к 3 Мбит/с, а уровень энергопотребления был снижен в пять раз. Разумеется, появились различные профили и надстройки, вплоть до возможности осуществлять раздачу доступа к сети.

Третья версия

Высокоскоростная спецификация 3.0 имела много общего с Wi-Fi, но не имела с ней прямой совместимости, а использование SLI-технологии, по которой два bluetooth -модуля соединялись в одну систему, позволило увеличить скорость передачи до 24 Мбит/сек. Причём при перемещении больших файлов использовался более высокоскоростной, но и энергозатратный протокол, а для небольших файлов – весьма экономичный.

В основу четвёртого поколения устройств была положена идея доработать предыдущую технологию, чтобы энергопотребление стало минимальным, а все остальные функции и возможности были увеличены и расширены. Так, помимо скорости, был увеличен и радиус, который теперь мог доходить до сотни метров. Пакеты данных стали более оптимальными по размеру, а также было добавлено их 128-битное шифрование. Габариты передатчика стали просто крошечными, что даёт возможность использовать их повсеместно. Одним из основных моментов было добавление трёх режимов работы.

Передача данных посредством Bluetooth осуществляется на частоте 2.4 ГГц. Данный диапазон разделен на 79 каналов. При этом, каждому из них предоставлена полоса, шириной 1 МГц. Все имеющиеся специализации используют синхронный, либо асинхронный вид связи.

Примеры тестирования приемника EDR

Тестирование приемника Bluetooth EDR требует измерения производительности BER, используя тестовые сигналы, содержащие множество частотных и временных искажений. Все измерения параметров BER приемников рассчитываются для более 16 000 000 бит сравнением принятых данных с оригинальной последовательностью PRBS9, переданной тестовым источником или измерительным оборудованием.

Чувствительность EDR измеряется с помощью трех групп по 20 пакетов, искаженных различными временными ошибками и частотными смещениями (сдвигами) . Первая группа пакетов не содержит искажений (ухудшений). Вторая группа пакетов содержит смещение несущей частоты +65 кГц и символьную временную ошибку +20 ppm. Третья группа пакетов содержит смещение несущей частоты –65 кГц и символьную временную ошибку –20 ppm. Качество приемника BER должно быть быть 10–4 при таких условиях измерений.

Оценка EDR BER представляет собой измерение BER при уровне принимаемой мощности, равной –60 дБм. BER рассчитывается сравнением принятых данных с переданной последовательностью PRBS9. При таких условиях качество BER указывается как 10–5.

Измерения максимального входного уровня EDR показывают параметры BER приемника при условиях, когда уровень входного сигнала равен –20 дБм. Этот тест показывает качество приемника под действием возможных искажений во внешнем интерфейсе, когда имеют место большие уровни входной мощности. Параметр BER указан как 10—3 при этом уровне входной мощности.

Улучшенное соединение

Bluetooth 5.1 включает в себя несколько улучшений в рекламе. Слово «реклама» здесь относится к тому, как устройство Bluetooth транслирует информацию о своем подключении, сообщая о своей доступности другим соседним устройствам Bluetooth. Это должно заставить соединение работать лучше.

Одной из новых функций является «рандомизация индексации рекламных каналов». Bluetooth 5.0 требовал, чтобы устройства проходили по каналам 37, 38 и 39 в строгом порядке. Теперь устройства могут выбирать каналы в произвольном порядке. Это уменьшает вероятность того, что два устройства Bluetooth будут создавать помехи друг другу и «разговаривать» друг с другом на одних и тех же каналах при объявлении о готовности к подключению, и это будет полезно в местах с большим количеством устройств Bluetooth.

Bluetooth 5.0 добавила возможность устройствам синхронизировать их сканирование для связи с «рекламным» расписанием другого устройства. Например, если Вы подключаете свой смартфон к телевизору через Bluetooth, телевизор может точно сказать, когда он будет рекламироваться, с помощью поля данных с именем SyncInfo. Ваш телефон не должен постоянно сканировать телевизор, но точно знает, когда телевизор будет рекламировать себя. Это экономит электроэнергию и потенциально может помочь, если устройства должны обмениваться данными в точное время.

Однако этот обмен «периодической рекламной синхронизацией» использует некоторую мощность, и устройства с низким энергопотреблением могут не захотеть тратить на это свою энергию. Благодаря «периодической передаче синхронизации рекламы» подключенные устройства могут передавать эти данные друг другу — например, Ваш смартфон может передавать информацию о расписании рекламы на телевизоре непосредственно в Ваши умные часы, а не заставлять Ваши умные часы передавать эту информацию на телевизор. Это может сэкономить энергию на устройствах с низким энергопотреблением, что позволит продлить срок службы батарей.

Дополнительные технические подробности о том, как именно работают эти функции, доступны в официальном документе с обзором основных характеристик Bluetooth. В документе также перечислены некоторые небольшие изменения, которые мы не упомянули здесь.

434/868 МГц

Иногда на практике встречаются ситуации, когда ни один из существующих стандартов беспроводной связи Short Range RF не удовлетворяет требованиям приложения разработчика. Специально для таких случаев во всем мире существует группа радиочастотных диапазонов 434/868 МГц, открытых для свободного использования, в которых не существует стандартов беспроводной связи. Устройства для передачи данных на этих РЧ имеют следующие отличительные особенности:

Плюсы и минусы

Бесспорные достоинства Short Range RF 434/868 МГц:

• высокая дальность (до 10 км);
• ультранизкое энергопотребление (возможна автономная работа от батарейки до 10 лет);
• возможность беспрепятственной разработки собственного стека.

Недостатки:

невысокая скорость передачи данных (до нескольких десятков кбит/с).

Области применения

Характерные особенности технологий 434/868 МГц ограничивают их применение следующими областями:

• Системы контроля доступа и безопасности:
  – бесконтактные ключи и карты доступа;
  – автомобильные сигнализации.
• Бытовая электроника:
  – пульты дистанционного управления;
  – беспроводные станции погодного мониторинга;
  – радиоуправляемые игрушки;
  – персональные пейджеры.
• Системы домашней автоматизации.

Устройства для РЧ-диапазона 434/868 МГц

Telit пошла по пути стандартизации радиосвязи в частотных диапазонах 434/868 МГц . Продукция этой компании представляет собой полноценные программно-аппаратные заготовки в виде модулей со встроенным стеком собственной разработки для максимального ускорения и удешевления процесса разработки, производства и вывода на рынок конечного продукта (рис. 3).

Рис. 3. Идеология компании Telit при разработке решений для радиочастотного диапазона 434/868 МГц

В линейке продукции Telit присутствует два основных семейства: Tiny (Pro, Plus, Lite) и XE50 . Семейство Tiny является на данный момент уже устаревшим. Основная концепция данного семейства заключается в возможности свободной загрузки в модули различных разновидностей программного стека, предоставляемого Telit бесплатно по запросу. Модули семейства XE50 отличаются между собой по разновидностям заранее загруженного в них программного стека.

Модули Sim20-A и Sim20-B китайской компании SimCom имеют много общего с модулями Telit (табл. 7). Они поставляются со встроенным программным стеком универсального назначения. Поддерживаются варианты соединения «точка–точка», «звезда», сеть. Выбор конкретного типа соединения и настройка модуля для работы в сети выполняются с помощью встроенного командного интерфейса.

При продвижении своих модулей компания SimCom придерживается традиционно агрессивной ценовой политики. Можно с уверенностью сказать, что Sim20 — это самое бюджетное решение в классе модулей со встроенным программным стеком.

Пол Экман «Психология лжи»

Стек-протоколы BLE

Модули серии BLE112 имеют встроенный стек протоколов Bluetooth BLE, обеспечивающий режимы микропотребления. Структурная схема стека BLE приведена на рис. 2 .

Рис. 2. Структурная схема стека BLE

Стек протокола BLE, состоящий из двух блоков (контроллер и хост), содержит следующие профили:

• GAP (Generic Access Profile);
• GATT (Generic Attribute Profile);
• L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol);
• SM (Security Manager);
• ATT (Attribute Protocol).

Такое разделение, в своем роде, является возвратом к старому стандарту Bluetooth 3 для устройств BR/EDR (Basic Rate/Enhanced Data Rate), в которых эти два блока рассматривались раздельно. На самом верху расположены уровни GAP и GATT. Физический уровень (PHY) соответствует передаче на центральной частоте 2,4 ГГц с использованием гауссовской частотной манипуляции GFSK (Guassian Frequency-Shift Keying).

Канальный уровень (Link Layer) контролирует процесс работы радиоканала и управляет его состоянием. При этом устройство может находиться в одном из пяти состояний: ожидание, сканирование, идентификация, инициализация передачи, процесс передачи. После того как устройство инициализировалось, оно может выступать в роли ведущего или ведомого (master/slave). Устройство, инизиализировав-шее соединение, будет выступать как «мастер». Устройство, разрешившее соединиться с ним, будет выступать в роли «ведомого». В стандарте Bluetooth v.4.0, Single mode устройство «мастер» может одновременно поддерживать от четырех до восьми соединений с «ведомыми» устройствами.

Уровень HCI (Host controller interface) обеспечивает связь между хостом и контроллером, используя стандартные интерфейсы. Он может быть реализован с помощью программного обеспечения интерфейса прикладного программирования (API) или с помощью аппаратной части через интерфейсы UART, SPI или USB. При этом через эти интерфейсы управление модулем реализуется с помощью бинарных команд.

Уровень L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol) обеспечивает инкапсуляцию данных для верхних уровней, в том числе и при логическом соединении «точка-точка». Этот протокол, реализующий логическое соединение поверх соединения по радиоканалу, позволяет протоколам более высокого уровня обмениваться пакетами данных длиной до 64 кбайт. Несколько логических каналов могут одновременно использовать одно и то же радиосоединение. При этом пакет протокола L2CAP, получаемый каналом, перенаправляется к соответствующему протоколу более высокого уровня. Узел L2CAP, как правило, всегда подключается к уровню HCI.

Уровень SM (Security Manager) определяет методы, с помощью которых реализуется соединение между устройствами. Кроме того, на этом уровне вырабатываются инструкции о мерах безопасности при соединении различных устройств и степени конфиденциальности передаваемых данных.

Уровень GAP организует связь с приложениями и внешними устройствами и контролирует их безопасное взаимодействие.

Протокол ATT ограничивает передачу данных и позволяет модулю пересылать другим устройствам только ту часть данных, которые помечены как «атрибуты». В контексте этого протокола устройство, передающее «атрибуты», обозначается как «сервер». Устройство, принимающее «атрибуты», обозначается как «клиент». При этом определенные на уровне LL роли устройств в качестве «мастера» и «ведомого» не зависят от того, как эти устройства определены на уровне ATT. Поэтому и «сервер» и «клиент» могут выступать как в качестве «мастера», так и в качестве «ведомого».

Уровень GATT реализует сервисную службу, которая вырабатывает дополнительные детальные инструкции, как именно должно быть реализовано взаимодействие между устройствами на уровне ATT. Уровень GATT определяет структуру профилей. В стандарте BLE все данные, которые используются профилем или сервисными службами, обозначают как «характеристики». Весь процесс передачи данных между двумя устройствами в стандарте BLE реализуется только через уровень GATT. Поэтому абсолютно все приложения и профили в стандарте BLE, так или иначе, взаимодействуют с профилем GATT. Более подробную информацию о стеке BLE можно найти в работах .

Сфера применения

Беспроводной интерфейс с небольшим радиусом действия, получивший название Bluetooth, был разработан в 1994 году инженерами шведской компании Ericsson. Начиная с 1998-го развитием и продвижением данной технологии занимается организация Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), основанная компаниями Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba. К настоящему времени список членов Bluetooth SIG включает более 13 тыс. компаний.

Внедрение интерфейса Bluetooth в потребительских устройствах для массового рынка началось в первой половине минувшего десятилетия. В настоящее время встроенными адаптерами Bluetooth оснащаются многие модели портативных ПК и мобильных устройств. Кроме того, в продаже представлен широкий ассортимент периферийных устройств (беспроводных гарнитур, манипуляторов, клавиатур, акустических систем и т.д.), оборудованных этим интерфейсом.

Основной функцией Bluetooth является создание так называемых персональных сетей (Private Area Networks, PAN), которые обеспечивают возможность обмена данными между расположенными поблизости (внутри одного дома, помещения, транспортного средства и т.д.) настольными и портативными ПК, периферийными и мобильными устройствами и пр.

Главными преимуществами Bluetooth по сравнению с конкурирующими решениями являются низкий уровень энергопотребления и невысокая стоимость приемопередатчиков, что позволяет встраивать его даже в малогабаритные устройства с миниатюрными элементами питания. Кроме того, производители оборудования освобождены от выплаты лицензионных отчислений за установку в своих изделиях приемопередатчиков Bluetooth.

Как определить версию Bluetooth на устройстве

В течение 20 лет на рынок вышло несколько версий Bluetooth, которые несмотря на то, что совместимы друг с другом, имеют различные возможности и технические параметры. В мобильных устройствах из-за их небольшого размера модуль Bluetooth интегрирован с процессором в рамках одной системы SoC (System on a Chip).

В случае смартфонов с Android можно установить приложение, такое как Aida64 или CPU-Z, которое сообщит о версии Bluetooth.

В случае компьютеров с Windows, необходимо запустить Диспетчер устройств (его можно найти через системный поиск) и перейдите в меню Bluetooth. При выборе модуля следует перейти в раздел «Дополнительно». Там вы увидите строку LMP с числом.

Ниже информация о том, какое число соответствует какому стандарту Bluetooth:

• LMP 9.x – Bluetooth 5.0
• LMP 8.x – Bluetooth 4.2
• LMP 7.x – Bluetooth 4.1
• LMP 6.x – Bluetooth 4.0
• LMP 5.x – Bluetooth 3.0 + HS
• LMP 4.x – Bluetooth 2.1 + EDR
• LMP 3.x – Bluetooth 2.0 + EDR
• LMP 2.x – Bluetooth 1.2
• LMP 1.x – Bluetooth 1.1
• LMP 0.x – Bluetooth 1.0 b

На компьютерах Mac, перейдите в Finder → Об этом Mac → Отчет о системе → Bluetooth. Параметр Bluetooth Core Spec показывает, какую версию Bluetooth имеет компьютер.

Информации о типе используемой версии Bluetooth можно найти в технической спецификации данного устройства. Кроме того, все оборудование с Bluetooth имеет специальный сертификат.

Версии Bluetooth и их различия

Первая версия спецификации (Bluetooth 1.0) была утверждена в 1999 году. Вскоре после промежуточной спецификации (Bluetooth 1.0В) была утверждена Bluetooth 1.1 — в ней исправлены ошибки и устранены многие недостатки первой версии.

В 2003 году была утверждена базовая спецификация Bluetooth 1.2. Одним из ее ключевых новшеств стало внедрение метода адаптивной перенастройки рабочей частоты (Adaptive frequency-hopping spread spectrum, AFH), благодаря которому беспроводное соединение стало гораздо более устойчивым к воздействию электромагнитных помех. Кроме того, удалось сократить время, затрачиваемое на выполнение процедур обнаружения и подключения устройств.

Еще одним важным улучшением версии 1.2 стало повышение скорости обмена данными до 433,9 Кбит/с в каждую сторону при использовании асинхронной связи по симметричному каналу. В случае асимметричного канала пропускная способность составляла 723,2 Кбит/с в одну сторону и 57,6 Кбит/с — в другую.

Также был добавлен усовершенствованный вариант технологии синхронной связи с установлением соединения (Extended Synchronous Connections, eSCO), который позволил улучшить качество передачи потокового звука за счет применения механизма повторной отправки пакетов, поврежденных в процессе передачи.

В конце 2004 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 2.0 + EDR. Наиболее важным новшеством второй версии стала технология Enhanced Data Rate (EDR), благодаря внедрению которой удалось значительно (в несколько раз) увеличить пропускную способность интерфейса. Теоретически использование EDR позволяет достичь скорости передачи данных 3 Мбит/с, однако на практике этот показатель обычно не превышает 2 Мбит/с.

Необходимо отметить, что EDR не является обязательной функцией для приемопередатчиков, соответствующих спецификации Bluetooth 2.0.

Устройства, оборудованные приемопередатчиками Bluetooth 2.0, обратно совместимы с модулями предыдущих версий (1.x). Естественно, что скорость передачи данных ограничивается возможностями более медленного устройства.

В 2007 году была утверждена базовая спецификация Bluetooth 2.1 + EDR. Одним из реализованных в ней новшеств стала энергосберегающая технология Sniff Subrating, позволившая значительно (от трех до десяти раз) увеличить продолжительность автономной работы мобильных устройств. Также была существенно упрощена процедура установления связи между двумя устройствами.

В августе 2008-го были утверждены базовые дополнения (Core Specification Addendum, CSA) к спецификациям Bluetooth 2.0 + EDR и Bluetooth 2.1 + EDR. Внесенные изменения направлены на снижение уровня энергопотребления, повышение уровня защиты передаваемых данных и оптимизацию процедур идентификации и соединения Bluetooth-устройств.

В апреле 2009 года была утверждена базовая спецификация Bluetooth 3.0 + HS. Аббревиатура HS в данном случае расшифровывается как High Speed (высокая скорость). Ее главное новшество — реализация технологии Generic Alternate MAC/PHY, обеспечивающей возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с. Кроме того, предусматривается использование двух модулей приемопередатчиков: низкоскоростного (с невысоким энергопотреблением) и высокоскоростного. В зависимости от ширины потока транслируемых данных (или размера передаваемого файла) задействуется либо низкоскоростной (до 3 Мбит/с), либо высокоскоростной приемопередатчик. Это позволяет снизить уровень энергопотребления в ситуациях, когда не требуется высокая скорость передачи данных.

Базовая спецификация Bluetooth 4.0 была утверждена в июне 2010 года. Ключевая особенность этой версии — применение технологии передачи данных с низким энергопотреблением (low energy technology). Снижение энергопотребления достигается как за счет ограничения скорости передачи данных (не более 1 Мбит/с), так и за счет того, что приемопередатчик не работает постоянно, а включается только на время обмена данными. Вопреки распространенному заблуждению, интерфейс Bluetooth 4.0 не обеспечивает более высокую скорость передачи данных по сравнению с версией Bluetooth 3.0 + HS.

Устройства Bluetooth теперь могут определять Ваше местоположение

Текущие системы приближения Bluetooth могут угадать, насколько далеко находится устройство — например, Ваш умный дом или умные часы — по уровню сигнала. Они могут знать, что Вы в нескольких метрах, но они не знают направления.

Это улучшилось благодаря новой функции определения направления в Bluetooth 5.1, которая была анонсирована специальной группой по интересам Bluetooth (SIG), отраслевой группой, которая осуществляет надзор за Bluetooth. Система позиционирования теперь может определять направление, с которого поступает сигнал Bluetooth. Сочетая расстояние и направление, устройства Bluetooth теперь могут определить точное местоположение устройства вплоть до сантиметра.

Bluetooth 5.1 предлагает два разных метода определения направления: «Угол прибытия» (AoA) и «Угол вылета» (AoD). Одно из двух устройств должно иметь массив из нескольких антенн, и данные, полученные от этих антенн, могут использоваться для определения направления, с которого поступает сигнал Bluetooth.

Если у Вас с собой смартфон с Bluetooth 5.1, система позиционирования может точно определить Ваше точное местоположение. Это может быть использовано для улучшения навигации в помещении, поиска потерянных ключей или включения оборудования умного дома для более точного определения Вашего местоположения.

Wi-Fi

Стандарт беспроводной передачи данных Wi-Fi был создан специально для объединения нескольких компьютеров в единую локальную сеть. Обычные проводные сети требуют прокладки множества кабелей через стены, потолки и перегородки внутри помещений. Также имеются определенные ограничения на расположение устройств в пространстве. Беспроводные сети Wi-Fi лишены этих недостатков: можно добавлять компьютеры и прочие беспроводные устройства с минимальными физическими, временными и материальными затратами. Для передачи информации беспроводные устройства Wi-Fi используют радиоволны из спектра частот, определенных стандартом IEEE 802.11. Существует четыре разновидности стандарта Wi-Fi (табл. 4). 802.11n поддерживает работу сразу в двух частотных диапазонах одновременно на четыре антенны. Суммарная скорость передачи данных при этом достигается 150–600 Мбит/с.

Плюсы и минусы

Сформулируем некоторые ключевые особенности стандарта Wi-Fi. К его достоинствам относятся:

• высокая скорость передачи данных;
• компактность;
• большое разнообразие модулей под разные задачи;
• высокий уровень стандартизации и совместимость между устройствами Wi-Fi разных производителей;
• защита передаваемых данных.

Основные недостатки таковы:

• большое энергопотребление и невозможность работы в течение длительного времени от автономных источников питания;
• относительно высокая стоимость (по сравнению с Bluetooth и ZigBee).

Области применения

Характерные особенности стандарта Wi-Fi диктуют основные области его применения. Это:

• Автомобильная электроника. Модули Wi-Fi могут применяться в системах мониторинга автотранспорта и в бортовых автомобильных системах, поскольку тут практически отсутствуют ограничения по потреблению энергии.
• Системы удаленного управления и телеметрии. Модули Wi-Fi могут применяться наряду с модулями технологий Bluetooth, ZigBee, Short Range RF 434/868 МГц. Главные преимущества — высокая скорость передачи данных и высокий уровень стандартизации.
• Компьютерная и офисная техника. Построение компьютерных сетей для обмена большими потоками данных с высоким уровнем безопасности.

Все перечисленные применения в одинаковой мере актуальны для России и других стран с достаточным уровнем технического оснащения.

Устройства Wi-Fi

Одним из наиболее популярных в России производителей модулей Wi-Fi является тайваньская компания WIZnet. В линейке ее продукции присутствует четыре их основных разновидности (табл. 5). Модуль WIZ610wi  был одной из первых разработок компании. В нем имеется богатый функционал, предоставляемый встроенным стеком Wi-Fi высокого уровня с поддержкой командного интерфейса. Но модуль имел некоторые технические проблемы: очень высокое энергопотребление, сильный нагрев во время работы и большое время загрузки после включения питания. Большинство этих проблем было устранено в модуле WIZ620wi , который, по сути, представляет собой улучшенную и усовершенствованную версию модуля WIZ610wi. Кроме того, WIZ620wi стал поддерживать Wi-Fi 802.11n (2,4 ГГц), на что не был способен его предшественник.

Модуль WizFi210  — самый новый и самый перспективный в линейке. Функционал его ограничен только поддержкой режима работы Serial–Wi-Fi, благодаря чему удалось значительно снизить энергопотребление устройства. Добавлены режимы пониженного энергопотребления (в режиме Standby всего 5 мкА). По этим показателям модуль приближается к некоторым разновидностям модулей Bluetooth и даже ZigBee. Это еще один пример попытки нескольких беспроводных стандартов Short Range RF вступить в конкуренцию.

Модуль WizFi220 — полный аналог модуля WizFi210, но с увеличенной выходной мощностью. Дальность связи может достигать нескольких сотен метров, что позволит ему в ряде случаев конкурировать с модулями, поддерживающими радиосвязь в частотных диапазонах 434/868 МГц и с Bluetooth-модулем WT41 компании Bluegiga (табл. 3).