Bluetooth — изобретение человечества, которое изменило наш мир. С помощью технологии мы можем подключать различные устройства друг с другом — клавиатуры, мыши, наушники. Название Bluetooth происходит от прозвища датского короля Харальда I Синезубого (Harald Bluetooth), объединившего Скандинавию. Обычно технологию называют «синий зуб» — от слова «blue» и «tooth» от перевода с английского на русский.
В 1996 году компании Ericsson, Intel, Nokia, IBM и Toshiba создали Bluetooth Special Interest Group (SIG) для разработки единого стандарта беспроводной связи. Логотип Bluetooth — это сочетание рунических символов H (ᚼ) и B (ᛒ) — инициалов короля.
Как развивалась технология?
Протокол изобрел инженер в 1994 году Яап Хаартсен из компании Ericsson, который разработал протокол MC-Link — именно он стал основой протокола Bluetooth. Но прошло целых 5 лет, и мир увидел Bluetooth 1.0 в 1999 году. Интересно то, что скорость первой версии протокола уже составляла 1 Мбит/сек, но на практике были проблемы с интерференцией. В 1.1 и 1.2 версии улучшилась стабильность и внедрена система защиты от помех.
Следующая версия 2+ — увеличилась скорость до 3 Мбит/сек, улучшилась технология сопряжения: устройства быстро «связываются» друг с другом. Также уменьшилось энергопотребление, а в 2007 году с версии 2.1 технология стала поддерживать NFC для быстрого коннекта. Скорость при этом составляла до 2.1 Мбит/сек, но на практике была меньше.
Третья версия Bluetooth дала технологии более высокие скорости (до 24 Мбит/сек в теории), в целом улучшилось качество соединения.
Но настоящим прорывом стала четвертая версия протокола, которую мир увидел в 2010 году. Если раньше Bluetooth потреблял очень много энергии, то с 4-ой версии появилась поддержка Bluetooth Low Energy, которая позволяла работать модулю от батарейки таблетки CR2032 много времени, что позволяло использовать технологию не только в смартфонах и компьютерах. А в 2021 году Apple придумала метку AirTag — с ее помощью можно найти потерянную вещь в крупном городе, где рядом есть смартфоны или планшеты с Bluetooth. Дальность действия увеличилась до теоретических 100 метров в идеальных условиях. Улучшилась безопасность и появилась поддержка IPv6 и LoWPAN.
На сегодняшний день актуальна версия 5+, которая улучшилась по сравнению с другими версиями во много раз. Увеличилась скорость до 48 Мбит/сек и дальность до 240 метров (в идеальных условиях). Усилилась безопасность, появилась возможность подключать несколько устройств, улучшилась энергоэффективность. В 2020 году с версией 5.2 появилась поддержка LE Audio — данный формат позволил беспроводным наушникам работать дольше. Помните, как быстро раньше они разряжались?
Сейчас мы поговорим о том, как работает данная технология, и перейдем к самой последней ныне разрабатываемой версии протокола.
Как работает Bluetooth?
Bluetooth — беспроводная технология, которая использует частоту 2.4 ГГц. Кстати, ту же частоту, что использует Wi-Fi, но с гораздо меньшей мощностью передатчика. В классическом протоколе 79 каналов, и технология быстро переключается с шагом с 1 Мгц, чтобы избежать помех и найти самое оптимальное качество связи. Интересно то, что модуляция сигнала (логические 1 и 0) кодируются на разных частотах — это нужно для того, чтобы работа устройств не пересекалась.
Дальность действия зависит от условного класса устройства. Промышленные Bluetooth адаптеры (1 класс) имеют мощность до 100 мВт, что дает дальность действия до 100 метров (помните выше написано про идеальные условия, так это не про то), смартфоны и наушники мощностью 2.5 мВт работают в радиусе 10 метров, это 2 класс протокола. А вот 3 класс — всего 1 мВт предназначен для миниатюрных устройств: датчиков умного дома, Bluetooth меток.
Для того чтобы два устройства были соединены друг с другом им нужно пройти процесс сопряжения. В зависимости от настроек Bluetooth устройство может быть видимым (Discoverable) и отвечать на все запросы от других и невидимым (Non-discoverable), доступ к которому невозможен без MAC адреса. Есть еще мастер устройство, например, смартфон, который ищет беспроводные наушники.
Процесс сопряжения включает в себя запрос на подключение, аутентификацию (с помощью PIN, NFC, кнопки, подтверждения на экране) и обмен ключами шифрования. Протокол BT использует алгоритм ECDH для шифрования данных. Далее уже процесс установки соединения совершается и может быть двух видов:
- ACL (Asynchronous Connection-Less) – для передачи данных (файлы, HID-устройства, например мышь или клавиатура).
- SCO (Synchronous Connection-Oriented) – для голоса (гарнитура, звонки).
Bluetooth использует несколько уровней связи, как слои в бутерброде. Самый нижний слой — это радиосигнал (RF), который физически передает данные по воздуху. Над ним работает Baseband — он разбивает данные на пакеты и переключает частоты, чтобы избежать помех.
Управляет соединением протокол LMP — он отвечает за установку и поддержание связи между устройствами. Более высокий уровень, L2CAP, собирает данные из разных приложений (например, музыку и управление наушниками) и передает их вместе. А SDP помогает устройствам находить друг друга и понимать, какие функции они поддерживают (например, передачу музыки или голоса).
Кроме того, Bluetooth использует специальные профили — это как языки общения для разных задач. Например, A2DP нужен для музыки в ваших наушниках, HFP — для разговоров по гарнитуре, HID — для беспроводных клавиатур и мышей, а AVRCP позволяет управлять воспроизведением. Отдельно есть BLE (Bluetooth Low Energy) с профилем GATT — он используется в умных часах и датчиках, где важно сэкономить заряд батареи.
Проще говоря, Bluetooth — это многослойная система, где каждый уровень выполняет свою часть работы, а профили определяют, как именно девайсы будут общаться между собой.
Пример процесса соединения с наушниками:
Когда вы включаете Bluetooth-наушники, они переходят в «режим видимости». Телефон их обнаруживает и предлагает подключиться — иногда нужно ввести PIN-код вроде «0000». После подтверждения активируется профиль A2DP для передачи музыки.
Чтобы избежать помех, сигнал 1600 раз в секунду переключается между каналами.
Звук разбивается на пакеты — если какой-то теряется, система отправляет его снова и снова. Всё это происходит за секунды, позволяя вам слушать музыку без проводов и без помех.
Чем Bluetooth отличается от Wi-Fi?
Bluetooth предназначен для небольших по расстоянию беспроводных соединений между устройствами вроде наушников и мышек, работая на расстоянии до 10-30 метров с минимальным энергопотреблением. В отличие от него, Wi-Fi обеспечивает высокоскоростной доступ в интернет на больших расстояниях (до 100 метров), но требует значительно больше энергии.
Если Bluetooth можно сравнить с беспроводной заменой кабеля для периферийных устройств, то Wi-Fi — это полноценная замена проводному интернет-подключению. Wi-Fi потребляет много энергии, в то время как у Bluetooth потребление очень маленькое.
Что в итоге?
Bluetooth — технология, которая подарила нам возможность соединять устройства друг с другом. Технология, как и все другие, стремительно развивалась — от полнейшего примитива с большими проблемами (связь у первых гарнитур часто рвалась) до протокола Bluetooth 6.0. Данный протокол был анонсирован, но пока еще не вышел — в ближайшие месяцы или год (2025-2026) он станет доступен всем.
Главные «фишки» Bluetooth 6.0:
- Сверхточное позиционирование. Главное нововведение — технология Channel Sounding, которая позволяет определять расстояние между устройствами с точностью до 1 см даже на дистанциях до 200 метров.
- Улучшение безопасности. Включает в себя дополнительный уровень аутентификации для защиты от атак «человек посередине» и шифрование AES-128 бит с генераций случайных ключей (DRBG) для безопасного обмена данными.
- Фильтрация только нужных данных для экономии заряда, а также уменьшение задержки сигнала, что делает Bluetooth 6 лучшим решением для беспроводных геймпадов и наушников;
- Полная обратная совместимость модуля BT 6.0 с предыдущими современными версиями (пока известно про совместимость с 5.0).
Что можно сказать? Протокол развивается семимильными шагами. Не исключено, что скоро Bluetooth перейдет на более высокие частоты, как это стало с Wi-Fi. А пока — наблюдаем.
