Bluetooth low energy — что это такое?

Пользователи ноутбуков и смартфонов знают: Bluetooth-связь потребляет очень много энергии. Приходится постоянно держать в уме этот факт при планировании расхода батареи. Производители создали энергетически экономичный вариант еще в 2011 году, но покупатели гаджетов до сих пор интересуются: что это за аббревиатура такая – Bluetooth le (BLE)? Ее вместе с термином «Bluetooth 4.0» используют профессионалы.

Технология BLE использует те же модули, протоколы аутентификации, шифрования, настройки безопасности, что и обычный Блютус. Настраивать устройства с такими коннекторами не сложнее, чем гаджеты с Bluetooth предыдущего поколения. Однако и различия имеются, причем существенные. Так что есть необходимость разобраться в том, чем инновация отличается от предыдущих поколений технологии.

Bluetooth low energy: что это за технология

BLE работает в том же промышленном диапазоне (2,4 ГГц), что и стандартный Bluetooth, а также использует другие каналы. BLE состоит из 40 каналов по 2 МГц, которые применяются для передачи данных с гауссовой частотной модуляцией (метод, подходящий для более плавных переходов между импульсами данных), благодаря чему скачкообразная перестройка частоты создает меньше проблем с помехами, если сравнивать со стандартной связью Bluetooth.

Стандартные технологии Bluetooth используют метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS); метод применяется для передачи радиосигналов, создавая более значительные помехи по сравнению с BLE. То есть Bluetooth low energy – не только энергосберегающая технология, она еще и меньше создает помех другим устройствам.

В чем состоят ключевые различия между BLE и Bluetooth?

Новая энергосберегающая технология не так сильно похожа на предшественницу. Она более надежная и безопасная, чем старый вариант Bluetooth. Есть, как минимум, шесть ключевых различий, которые в практике применения бросаются в глаза.

1. Потребление энергии.
2. Радиус действия.
3. Производительность.
4. Скорость соединения.
5. Количество соединений.
6. Стоимость.

Каждая из характеристик заслуживает отдельного рассмотрения.

Энергопотребление

Датчик BLE потребляет меньше энергии, чем предыдущая версия технологии Bluetooth, хотя и работает в том же диапазоне (2,4 ГГц). Достигается это за счет постоянного пребывания в спящем режиме. Устройство «просыпается», если установлено соединение. То есть BLE работает не постоянно, а только при использовании соединения, что позволяет датчику не потреблять энергию аккумулятора в момент ожидания. Все более ранние версии Bluetooth постоянно используют энергию для поддержания своей функциональности.

Потребление энергии устройствами BLE настолько незначительное и низкое, что мелкие устройства способны работать от 5 до 10 лет на крошечной батарейке типа «таблетка». Фактическое установление соединения длится считанные секунды. Для простоты можно сказать, что Bluetooth low energy потребляет в 10 раз меньше энергии, чем Bluetooth-датчики старого поколения.

Радиус действия

Радиус действия у стандартной технологии Bluetooth намного больше, чем у BLE. Все просто: эти технологии создавались для разных целей. Bluetooth low energy разрабатывалась для низкого потребления энергии и долгой службы без подзарядки. А стандартный Блютус проектировался для комфортного использования, больше подходящего для стационарных объектов.

Если радиус действия критичен, нужно позаботиться о том, чтобы в приобретаемом устройстве были датчики стандартного блютуса. Есть модели гаджетов, которые содержат оба вида датчиков.

Внимание! При покупке электроники надо настраиваться на то, что не всегда датчики стандартного Bluetooth и BLE смогут работать параллельно. Иногда придется включать их по очереди.

Чередование использование датчиков двух типов позволяет оптимально решить задачи по расширению радиуса действия и долгой работы аккумулятора. Производительность (или пропускная способность) – еще один довод в пользу этой идеи.

Производительность

Технология Bluetooth low energy подходит для передачи небольших пакетов данных, которые отправляются время от времени. Стандартный Bluetooth-порт отлично справляется с непрерывной передачей больших объемов информации.

Что нужно знать о различии в пропускной способности?

• BLE-порты имеют пропускную способность на уровне 100-250 кбит/с.
• Bluetooth-устройства классического типа передают информацию со скоростью 2 Мбит/с.
• 2 Мбит/с равны 2048 Кбит/с.
• Вывод: устройства Bluetooth примерно в 10 раз быстрее передают информацию.

Зная это, легко предположить, что потоковая передача звука или видео через BLE – не самая лучшая идея.

Скорость соединения

По скорости соединения BLE превосходит стандартный Bluetooth в десятки раз. У Bluetooth low energy эта скорость находится на уровне нескольких миллисекунд, а у старых блютус-датчиков она составляет около 100 миллисекунд.

Количество соединений

У BLE намного больше число возможных подключений сторонних устройств, чем у Bluetooth.

Важно помнить! Количество «ведомых устройств», или подсоединяемых гаджетов, у разных моделей датчиков BLE разное. До покупки устройства важно выяснить этот вопрос у продавца или изучить его на сайте производителя.

Количество ведомых устройств зависит от встроенной памяти и других параметров конфигурации. За счет этой особенности BLE больше стандартного блютуса подходит для систем отслеживания местоположения устройств внутри помещения, для разметки географических зон.

Сетку слежения внутри здания или открытого ландшафта можно успешно выстроить и на классическом Bluetooth. Потребуется меньше устройств за счет большего радиуса действия, качество отправляемых сигналов (например, видео с камер слежения) будет улучшенным.

Стоимость

Нечасто бывает так, что новая технология стоит дешевле старой. Но в ситуации с Bluetooth low energy все именно так.

Стандартный Bluetooth-канал потребляет больше энергии аккумуляторов для поддержания работоспособности, его протокол работы немного более сложный и комплексный, чем у BLE. За счет этого устройства с классическим блютусом обходятся дорого. И в использовании, и при покупке. Но это так, если говорить о «средней температуре по палате».

Сравнительная дороговизна Bluetooth компенсируется за счет того, что к таким устройствам проще подбирать батарейки и аккумуляторы.

Исключения бывают. Если изначально устройство приобретается для узких задач, то BLE позволит сэкономить на аккумуляторах и обслуживании. За счет этого в некоторых ситуациях цена таких устройств будет сравнимой с Bluetooth. А при грамотном планировании IT-инфраструктуры крупного предприятия Bluetooth low energy может выйти даже дешевле.

Каков радиус действий Bluetooth low energy

Радиус действий BLE-устройств – их слабое место, как уже упоминалось выше. Но производители работают над этим.

Кроме того, сами пользователи способны повлиять на этот фактор. В помещениях с большим количеством помех и физических препятствий радиус будет меньше. Что мешает BLE-сигналу? То же самое, что и другим радиосигналам.

• Люди.
• Машины или станки.
• Стены.
• Иные физические препятствия (мебель, перегородки).
• Другие сигналы (их частота и интенсивность).

Если устройства на базе Bluetooth low energy используются в открытых ангарах или ландшафтах, они могут иметь огромный радиус действия: до 100 метров. Например, на часто пустующей подземной парковке или в саду особняка без особой растительности такие датчики могут оказаться не менее эффективными по радиусу действия, чем классический Bluetooth.

На практике, когда производители замеряют, где и как пользователи используют устройства, выясняется, что за счет помех радиус действия BLE обычно находится в границах 25 метров.

Читайте также: Bluetooth 5.1: большой шаг вперед для лучшей навигации в помещении

Это важно! При планировании инфраструктуры передачи данных в офисе или на производстве нужно учесть, что любые виды Bluetooth-соединений – не самые эффективные по дальности действия.

В ситуации, когда сигнал нужно передавать дальше, чем на 25 метров, поддерживая стабильность трансляции, лучше выбрать Wi-Fi-технологии или сверхширокополосную связь (UWB).

Для домашнего пользования подойдут любые блютус-датчики: хоть новые, хоть старые. Разница в радиусе действия тут не такая существенная, чтобы на эту тему долго размышлять.

Чем BLE отличается от других способов радиосвязи

Технологию Bluetooth low energy часто сравнивают не только с классическим Bluetooth, но и с такими способами радиосвязи, как сверхширокополосная (UWB) или Wi-Fi. Есть немало ситуаций и вариантов использования связи, которые делают BLE оптимальным выбором.

Главное отличие и преимущество BLE заключается в том, что она использует гораздо меньше электроэнергии по сравнению с Wi-Fi и UWB.

Wi-Fi или BLE?

Обе технологии (и BLE, и Wi-Fi) оперируют частотой 2,4 ГГц. Во многих совместно используемых устройствах есть и тот, и другой датчик. Обе технологии определяют местоположение человека или материального объекта при помощи технологии RSSI. То есть использование внутри помещений и той, и иной технологии – это выбор между практически равными позициями, если говорить о функциональности.

Но в открытом пространстве у BLE больше аппаратных и программных возможностей, чем у Wi-Fi, поскольку такие датчики и маячки потребляют меньше энергии, обладают большей точностью в определении местоположения объекта.

Внутри предприятий Wi-Fi-технологии используются чаще, чем Bluetooth low energy. Причин тому несколько.

1. Wi-Fi – более ранняя технология, чем BLE. Когда-то давно ее внедрили и оставили, как есть.
2. Wi-Fi обладает большей пропускной способностью, что важно для предприятий.
3. Внедрение BLE под многие нынешние задачи может требовать больше инвестиций, чем Wi-Fi, бизнес экономит деньги.

В корпорациях беспроводный интернет на базе Wi-Fi выстроен при помощи закупленных аппаратных и программных средств. Если кому-то захочется внедрить еще и Bluetooth low energy, потребуется отдельная инфраструктура. При меньшей функциональности и пропускной способности, чем у Wi-Fi, BLE до сих пор остается решением для узких проблем, а не для всех задач бизнеса. Технология Bluetooth low energy не универсальна.

UWB или BLE?

Сверхширокополосная связь (UWB) и Bluetooth low energy очень похожи между собой. Они являются самыми энергетически экономичными и дешевыми способами отслеживания точного местоположения человека или объекта.

При этом UWB существенно точнее, чем BLE. UWB – самое высокоточное определение местоположения, потому что технология использует время пролета, как показатель. Измеряя время прохождения сигнала между устройствами сверхширокополосной связи, датчик устройства UWB определяет расстояние до других устройств.

В технологии BLE, как уже упоминалось, используется RSSI-метод. Точность его работы зависит от силы или слабости сигналов датчиков и маяков системы. Однако для большинства задач бизнеса BLE подходит лучше. У этой технологии больше вариантов датчиков и маяков, чем у UWB. Сверхширокополосная связь требует более дорогостоящего оборудования и более квалифицированного обслуживающего персонала, чем это необходимо для Bluetooth low energy.

Организации, которым необходимо высокоточное определение местоположения, должны сделать выбор в пользу UWB. Этот вид связи генерирует данные о местоположении объектов с точностью менее 50 сантиметров. Точность измерения BLE определяется метрами. Трекинг передвижения в динамике у UWB также более точный: задержка в передаче данных составляет 1 миллисекунду против 2-5 секунд у BLE.

Где используется Bluetooth low energy?

Технология BLE используется многими приложениями, но преимущественно теми, где другие способы отслеживания местоположения ограниченны. К примеру, спутниковый сигнал имеет значительные помехи в помещении, во многих зданиях GPS-приемники не срабатывают.

Самый распространенный способ использования Bluetooth low energy – системы определения местоположения внутри помещений. С помощью таких датчиков и маячков отслеживаются позиции людей, имущества, передвижение объектов на производстве или в складских комплексах. BLE-технологии облегчают навигацию людей и улучшают системы обмена информацией.

Системы BLE также применяются в продвижении продукции, они могут подсчитывать пешеходов, прошедших мимо рекламного стенда или плаката, посчитать посетителей магазина, вошедших в торговый зал.

В музеях и выставочных центрах при помощи BLE гости могут получить информацию о картине, скульптуре, антиквариате.

В системе умных домов BLE-метки можно ставить на вещи, чтобы они быстрее находились. А в местах большого скопления людей технология позволяет изучать точки интересов, определять, к примеру, к какому стенду на выставке подошло больше всего посетителей.

Все эти полезные функции позволяют технологии все шире распространяться в таких индустриях, как рынок безопасности и охранных услуг, здравоохранение, туризм, шоу-бизнес, реклама, образование.