Bluetooth — беспроводная технология для обмена данными на небольшом расстоянии. Она распространилась в начале 2000-х годов, обеспечив мобильным телефонам поддержку беспроводных гарнитур и быструю передачу файлов. Сегодня одна из главных сфер использования Bluetooth — беспроводные наушники. Чем отличаются между собой версии и профили этой технологии?

Bluetooth 1.x

Дебютные версии Bluetooth — 1.0 и 1.0B — презентовали в 1999 году. В мобильных телефонах эта технология впервые появилась в 2000 году. Она предполагала передачу на скорости до 1 Мбит/c. Полезные данные могли занимать полосу до 0.7 Мбит/c. Однако реализация первых версий оставляла желать лучшего. Анонимность при соединении не обеспечивалась, а совместимость между продуктами разных производителей была плохой.

В конце 2001 года представили Bluetooth 1.1. В этой версии исправили множество ошибок и увеличили функционал. Здесь появились индикатор уровня принимаемого сигнала и возможность использования незашифрованных каналов.

Bluetooth 1.2, появившийся в 2003 году, доработали более существенно. Эта версия обеспечивала более быстрое обнаружение и подключение устройств. Кроме того, стандарт лучше использовал доступную полосу передачи. Стабильность работы выросла счет технологий eSCO и AFH. Первая позволяла повторно передавать поврежденные при передаче пакеты. Вторая улучшала устойчивость к помехам, возникающих из-за других устройств в этом же частотном диапазоне.

Bluetooth версии 1.1 и 1.2 поддерживались каждым вторым мобильником начала «нулевых».

Bluetooth 2.x

Вluetooth 2.0 + EDR увидел свет в конце 2004 года. Его главным улучшением стал режим Enhanced Data Rate. В нем пропускная способность увеличивалась втрое — за счет трехбитового кодирования. Скорость соединения составляла до 3 Мбит/с, а полезных данных — до 2,1 Мбит/с. Энергопотребление в режиме EDR было снижено, но этот режим использовался лишь опционально. Без него технология была обратно совместима с предшественниками версии 1.x.

В 2007 году вышел Вluetooth 2.1 + EDR. Его спецификации аналогичны предшественнику. Улучшения коснулись безопасности, надежности и скорости сопряжения устройств. Среди новшеств — функция Sniff Subrating. Она позволяет увеличить интервал подтверждения сигнала. За счет этого заметно сократилось энергопотребление.

Bluetooth 2.0 и 2.1 — одни из самых долгоживущих на рынке версий. Мобильные телефоны (а позже и смартфоны) оснащались такими модулями с 2005 по 2012 год.

Bluetooth 3.0

В апреле 2009 года появился Bluetooth 3.0 + HS. Его особенностью стал новый режим High Speed. Он позволял передавать данные на скорости до 24 Мбит/c. Но для этого задействовался не сам Bluetooth, а канал Wi-Fi. Для передачи на максимальной скорости требовался модуль этой беспроводной сети. Без него новый Bluetooth работал аналогично предшествующей версии 2.1.

Bluetooth 3.0 не снискал большой популярности. В основном им оснащались только флагманские устройства. Многие модели перешли со второй версии технологии сразу на четвертую.

Bluetooth 4.x

Bluetooth 4.0 презентовали в июне 2010 года. Он получил еще один режим — низкого энергопотребления (Low Energy, LE). В первую очередь он предназначался для устройств интернета вещей: различных датчиков и «умных» гаджетов. Устройства с поддержкой Bluetooth 4.0 могут включать свой передатчик только на время отправки данных. Это позволяет в несколько раз продлить их работу от батарей или аккумуляторов.

В декабре 2013 года вышел обновленный Bluetooth 4.1. Теперь любое устройство могло быть и клиентом, и концентратором одновременно. Появилась возможность управлять каждым из сопряженных устройств с помощью другого. Например, смартфоном с умных часов — и наоборот. Также появился фильтр для защиты от помех мобильных сетей LTE, которые к тому времени стали набирать обороты.

Bluetooth 4.2 появился ровно через год, в декабре 2014. Он получил заметные улучшения режима Low Energy. Теперь для устройств интернета вещей поддерживалась сеть IPv6 с уникальными адресами. Реальная скорость обмена данными с ними возросла до 2,5 раз. Все благодаря увеличению емкости переданных пакетов.

Bluetooth 5.x

Bluetooth 5.0 увидел свет в декабре 2016 года. Его ключевые изменения — заметное повышение дальности и скорости обмена данными. В режиме High Speed она выросла с 24 до 48 Мбит/c, а в режиме Low Energy — с одного до двух Мбит/c. К тому же, теперь любые устройства могли без ограничений использовать режим LE, в том числе — беспроводные наушники. Поэтому период их расцвета начался именно с распространением Bluetooth 5.0.

Обновление Bluetooth 5.1 появилось только спустя два года, в январе 2019. Разработчики оптимизировали энергопотребление и надежность соединения. Но главное — они внедрили отслеживание углов получения (AoA) и отправки сигнала (AoD). Это позволяет с высокой точностью определять местоположение сопряженного устройства, концентрируя сигнал в его направлении.

В декабре того же года представили Bluetooth 5.2. Его ключевые улучшения были направлены на передачу звука в режиме LE. Новый механизм Power Control позволяет устройствам «договариваться» о мощности передачи. На близком расстоянии она снижается, на высоком — повышается. А улучшенный протокол передачи атрибутов (EATT) теперь поддерживает параллельные транзакции и управление размерами блоков прямо во время соединения. Это улучшает стабильность работы.

Завершает картину LE Isochronous Channels — функция одновременной синхронной передачи звука на несколько устройств с разными приемниками. Ее стали широко задействовать в 2022 году, с появлением стандарта LE Audio.

LC3

Новый перспективный кодек, разработанный Fraunhofer IIS и Ericsson в качестве замены SBC. Входит в стандарт Bluetooth 5.2 LE, что должно поспособствовать его распространению в новых устройствах в ближайшее время. Битрейт LC3 составляет от 160 до 345 Кбит/с, но за счет более продвинутой технологии кодирования качество по сравнению с SBC выше.

Интересная особенность: кодек поддерживает 32-битную точность звука. При этом он довольно нетребователен к ресурсам, так как нацелен на экономию энергии. Благодаря невысокому битрейту удалось значительно сократить задержку — по этому параметру LC3 сравним с другими кодеками Low Latency.

На передачу более качественного звука рассчитан более продвинутый LC3 Plus. Его битрейт может доходить до 600 Кбит/c, а частота дискретизации увеличена с прежних 48 до 96 кГц. LC3 Plus имеет сертификат Hi-Res Wireless Audio, что намекает на его будущую конкуренцию с LDAC и LHDC.

Bluetooth 5.3 появился в июне 2021 года. Одна из его главных новаций — функция Connection Subrating. Она позволяет менять параметры соединения с минимальной задержкой. Выросли помехозащищенность и дальность. А еще подключенные устройства научились сообщать основному данные о наличии и качестве свободных каналов. В прошлых версиях технологии выбором канала занималось только основное устройство.

Bluetooth 5.4 выпустили в феврале 2023 года. Обмен периодическими уведомлениями между устройствами теперь сопровождается взаимными ответами. Это позволяет тратить меньше энергии на поддержку синхронизации. К тому же, данные в этих уведомлениях могут быть зашифрованы. Это делает соединение более безопасным.

Bluetooth 6.0

В августе 2024 года презентовали Bluetooth 6.0. Он получил функцию Channel Sounding, помогающую очень точно рассчитывать расстояние между гаджетами. Большие объемы данных теперь могут разбиваться на более мелкие пакеты. Это повышает скорость передачи и уменьшает задержки.

Обмен уведомлениями основан на новой системе решений. Получив пакет данных на одном канале, устройство может отказаться от сканирования связанных пакетов на других каналах. Как результат — дополнительная экономия энергии.

Сравнение версий

Объединим основные характеристики различных версий Bluetooth в таблице ниже.

* теоретическое значение для двух пользовательских гаджетов на открытом воздухе. В помещении и в окружении других устройств, работающих в схожем диапазоне, реальное значение может быть меньше в несколько раз.

Основные профили

Когда между Bluetooth-устройствами устанавливается соединение, они получают данные о поддерживаемых профилях друг друга. Только устройства, использующие одни и те же профили, могут обмениваться данными. Чем новее версия, тем больше разных команд «понимают» и могут выполнить устройства.

Существует множество профилей Bluetooth, предназначенных для различной техники. Вот основные варианты для беспроводных наушников и гарнитур.

• HSP (Handset Profile)

Базовый профиль для гарнитуры с микрофоном. Передает монофонический звук с битрейтом до 64 кбит/с. Поддерживает основные функции управления: ответ на звонок и его завершение, регулировку громкости. Это самый первый профиль для передачи звука по Bluetooth. C 2008 года его актуальной версией является 1.2.

• HFP (Hands-Free Profile)

Улучшенная версия HSP. Вдобавок к основным командам поддерживает голосовой набор, повторный набор последнего номера и ожидание вызова. Может использоваться и для гарнитур, и для громкой связи в автомобиле. К версии 1.5 в нем появилась возможность выводить номер вызываемого абонента и отображать статус вызова.

В версии 1.6 добавили широкополосный кодек Wide Band Speech. Он улучшает передачу звука. Добавилась поддержка передачи состояния с помощью индикаторов — например, уровня сигнала и заряда батареи гарнитуры. В версии 1.7 этот функционал доработали. В версии 1.8 улучшилась поддержка голосовых команд. В последней версии 1.9 добавили технологию Super Wide Band Speech. Она делает передачу звука еще более естественной.

• A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)

Профиль для беспроводных наушников. Может передавать стереозвук с помощью разнообразных аудиокодеков. A2DP сам по себе не обеспечивает функций дистанционного управления. Для этой цели используется его связка с профилем AVRCP.

• AVRCP (Audio / Video Remote Control Profile)

Профиль дистанционного управления устройством воспроизведения. Первая версия умела только передавать команды на запуск, остановку и переключение треков. С версии 1.3 подключенные устройства научились «понимать», проигрывается ли дорожка или остановлена. А также получать ее метаданные: имя исполнителя, название трека и т. д.

В современных устройствах встречается как минимум версия 1.4. В ней добавили возможность подключения и управления сразу несколькими источниками звука. Также можно настраивать их абсолютный уровень громкости. Вдобавок подключенные устройства получили доступ к списку воспроизведения.

В более поздней версии 1.5 исправили множество мелких ошибок. Сейчас она используется во многих смартфонах используется по умолчанию. Последние версии 1.6.x позволили передавать обложки треков, а также отображать количество треков в списке без его загрузки. Эти функции не используются наушниками, но пригодятся беспроводным колонкам с дисплеем.

Вспомогательные профили

Помимо основных, беспроводные наушники могут использовать для работы некоторые вспомогательные профили. Их наличие может указываться не для всех моделей.

• GAP (Generic Access Profile)

Базовая основа для других профилей. Определяет, как устройства Bluetooth обнаруживают и устанавливают соединение друг с другом.

• SPP/RFCOMM (Serial Port Profile)

Эмуляция передачи данных с помощью серийного порта. Лежит в основе профиля AVRCP, поэтому иногда указывается в характеристиках наушников отдельно.

• DIP (Device ID Profile)

Общий профиль, позволяющий передавать название и класс устройства. Благодаря ему мы видим на смартфоне название беспроводных наушников.

• SDAP (Service Discovery Application Profile)

Другая разновидность общего профиля, которая отвечает за передачу списка доступных услуг устройства. К примеру, с его помощью наушники могут сообщить смартфону список доступных аудиокодеков.

• PBAP (Phone Book Access Profile)

Профиль доступа к телефонной книге. Позволяет устройству озвучивать или отображать (при наличии дисплея) имя вызывающего абонента.

• TMAP (Telephony and Media Audio Profile)

Общий профиль, определяющий набор функций Bluetooth для телефонии и воспроизведения мультимедиа.

• AVCTP (Audio/Video Control Transport Protocol)

Профиль контроля управления воспроизведением мультимедиа. Тесно связан с AVRCP.

• AVDTP (Audio/Video Distribution Transport Protocol)

Профиль, определяющий согласование параметров соединения и передачи для потоков аудио и видео. Также связан с AVRCP.

• GATT/ATT (Generic Attribute Profile/Attribute Profile)

Связанные между собой профили, предоставляющие службы обнаружения для устройств Bluetooth LE.

• SMP (Security Manager Protocol)

Профиль, использующий протоколы безопасности для подключения устройств с поддержкой Bluetooth LE.

Итоги

Чем новее версия Bluetooth, тем больше в ней различных функций. Но главное, что с обновлениями растет и стабильность соединения при передаче звука между смартфоном и наушниками.

Подбирая модели для прослушивания музыки, обязательно учитывайте это.

Даже название у технологии появилось с историей. Его в 1996 году предложил Джим Кардач из Intel. Он читал книгу про датского короля Харальда Синезубого (по-английски Harald Bluetooth), который в X веке объединил враждующие племена. Идея была в том, что новая технология так же объединит разные миры- мир компьютеров и мир мобильных телефонов. Название сначала было временным, но так всем понравилось, что прижилось. Даже логотип- это не просто закорючка, а руны, составленные из инициалов короля: "H" (Hagall) и "B" (Bjarkan). А сама сеть устройств строилась по простому принципу- есть "мастер", главное устройство, и до семи "рабов", которые его слушают. Такая маленькая сеть называется пиконет.

В Ericsson быстро поняли, что в одиночку такую технологию не раскрутить. Чтобы она стала по-настоящему массовой, нужен был единый стандарт для всех. И они пошли на очень умный шаг- вместо того чтобы держать разработку при себе, они решили поделиться ею со всем миром. 20 мая 1998 года вместе с Intel, Nokia, Toshiba и IBM они основали специальную группу- Bluetooth Special Interest Group (SIG). Это некоммерческая организация, которая не производит устройства, а пишет правила- спецификации, следит за тем, чтобы все гаджеты с логотипом Bluetooth были совместимы друг с другом.

И дело пошло. Клуб по интересам быстро рос- уже через год в нём было 4000 компаний. Позже к основателям присоединились Microsoft, Apple, Google- в общем, все гиганты индустрии. В 1999 году вышла первая официальная спецификация Bluetooth 1.0, и на выставке COMDEX показали первую коммерческую беспроводную гарнитуру, которая сразу же получила награду. В 2001 году появился первый телефон с Bluetooth- Ericsson T39, а затем и ноутбуки, как IBM ThinkPad A30. Цифры росли как на дрожжах- к 2008 году в мире было уже 2 миллиарда Bluetooth-устройств, а сегодня их поставки исчисляются миллиардами в год. Эта открытость и совместная работа и стали ключом к успеху.

Один из самых важных поворотных моментов в истории Bluetooth случился в 2010 году с выходом версии 4.0. Технология как бы разделилась на две разные личности- Bluetooth Classic и Bluetooth Low Energy (BLE). Это не просто "экономный режим", а две совершенно разные архитектуры для разных задач.

Bluetooth Classic- это тот самый, старый добрый Bluetooth, который мы знаем по беспроводным наушникам, колонкам и клавиатурам. Его задача- поддерживать постоянное соединение для передачи больших объёмов данных, например, музыки. Он как марафонец- бежит долго и уверенно, но и энергии потребляет немало. Поэтому для маленьких устройств, работающих от батарейки, он не годился.

А вот Bluetooth Low Energy, или BLE, стал ответом на запросы нового мира- мира Интернета вещей и носимых гаджетов. Его разработала Nokia под названием Wibree, а потом передала в общий стандарт. BLE- это спринтер. Он большую часть времени "спит", потребляя мизерное количество энергии, и просыпается лишь на долю секунды, чтобы отправить небольшой пакет данных- например, показания с фитнес-трекера или датчика температуры- и снова засыпает. Благодаря этому устройства с BLE могут работать от одной маленькой батарейки месяцами, а то и годами. Именно это разделение позволило Bluetooth захватить сразу два огромных рынка- мир высокопроизводительных устройств и мир миниатюрных энергоэффективных датчиков.

Сама технология тоже не стояла на месте, а постоянно развивалась. Первые версии страдали от "детских болезней" и проблем с совместимостью. Настоящий прорыв случился в версии 1.2, когда Bluetooth научился "дружить" с Wi-Fi и не мешать ему, а версия 2.0 + EDR втрое увеличила скорость передачи данных. Затем разработчики взялись за удобство- в версии 2.1 появилось простое и безопасное сопряжение, которое избавило нас от необходимости вводить длинные PIN-коды.

Новая эра началась с версии 4.0 и появления BLE. Это открыло дорогу для фитнес-трекеров, умных часов и систем умного дома. А версия 5.0, вышедшая в 2016 году, стала настоящим подарком для Интернета вещей- скорость выросла вдвое, а дальность действия- в четыре раза, до 240 метров. Bluetooth 5.1 пошёл ещё дальше и научился определять направление, с какой стороны находится другое устройство, что открыло путь для навигации внутри помещений.

Последние годы развитие сосредоточено на звуке и создании "цифрового окружения". Версия 5.2 принесла технологию LE Audio- это настоящая революция. Новый кодек LC3 даёт отличное качество звука при меньшем потреблении энергии, а технология Auracast позволяет транслировать звук с одного источника на неограниченное количество слушателей. Представьте, что в аэропорту объявление о вашем рейсе звучит прямо у вас в наушниках, или в спортбаре вы можете подключиться к звуку любого из телевизоров. Новейшая версия, Bluetooth 6.0, представила технологию Channel Sounding- теперь устройства могут измерять расстояние между собой с точностью до сантиметра. Это идеально для цифровых ключей, которые сработают, только если вы стоите вплотную к двери.

Так и менялась сфера применения Bluetooth. Сначала это была просто удобная замена проводам для гарнитур, мышек и синхронизации телефона с ноутбуком. Потом он стал стандартом для громкой связи в автомобилях, вытеснив CD-плееры. С появлением BLE началась эпоха носимых устройств и умного дома- фитнес-браслеты, умные лампочки, медицинские датчики, которые отправляют данные прямо врачу.

Сейчас мы входим в эру, где Bluetooth становится основой для нашего взаимодействия с окружающим миром. LE Audio с функцией Auracast меняет то, как мы слышим мир в общественных местах, делая его доступнее для всех. Технологии определения местоположения и расстояния позволяют создавать умные пространства, где устройства реагируют на ваше приближение. Например, цифровой ключ от дома или машины, который не нужно доставать из кармана. Bluetooth становится инструментом для создания интеллектуальной, постоянно подключённой среды вокруг нас.

Что ждёт Bluetooth дальше? Технология продолжает двигаться в сторону ещё большей интеллектуальности и точности. Channel Sounding из версии 6.0 откроет двери для безопасных платежей и систем доступа, где важно точное физическое присутствие. Auracast будет всё шире внедряться в общественных местах, от театров до стадионов. Также на подходе массовое использование электронных ценников в магазинах, которые будут обновляться по Bluetooth, что упростит жизнь и продавцам, и покупателям.

Конечно, появляются и конкуренты, например, технология Ultra-Wide Band (UWB), которая предлагает ещё большую точность в определении местоположения. Но пока они скорее дополняют друг друга, чем воюют. У Bluetooth есть огромное преимущество- он есть практически в каждом смартфоне и ноутбуке, это уже устоявшийся глобальный стандарт.