Как работает Bluetooth и откуда взялось такое название

Почти вся современная техника оснащена модулем, без которого наша жизнь была бы совсем другой.

Bluetooth используется не только в смартфонах, умных часах или наушниках. Его можно найти в компьютерных мышках, клавиатурах, холодильниках, колонках, умных дверях, телевизорах, принтерах, весах и многих других устройствах. Как же работает Bluetooth и откуда взялось такое необычное название? Благодарить за это стоит Nokia и... викингов! Все эти устройства используют короткий диапазон электромагнитных волн, схожий с тем, что применяется в Wi-Fi. И даже если в одной комнате работает несколько устройств одновременно, мы можем слушать музыку через Bluetooth-наушники или управлять беспроводной мышкой без каких-либо помех!

В этой статье разберём:

▪︎ Как происходит передача данных через Bluetooth ▪︎ Почему несколько устройств могут работать одновременно в одном пространстве ▪︎ Как обеспечивается безопасность передачи данных

А начнём с самого интересного: почему технология получила такое название и что означает её символ.

Откуда появились название и логотип

Bluetooth был разработан в 1990-х годах как единый стандарт беспроводной связи на короткие расстояния. Над его созданием работали три технологических гиганта: Intel, Ericsson и Nokia.

Один из инженеров Intel вдохновился историей о Харальде I Синезубом (Harald Blåtand), короле викингов, который объединил враждовавшие датские племена в единое королевство. Прозвище "Синезубый" (Bluetooth) король получил из-за больного зуба, который имел тёмный оттенок.

Инженеру настолько понравилась эта история, что для новой технологии, объединяющей разные устройства, было решено использовать именно это название.

Логотип Bluetooth также имеет скандинавские корни. Он представляет собой сочетание двух рун: Hagall (ᚼ) и Berkanan (ᛒ), которые соответствуют инициалам Харальда Синезубого — HB.

Теперь давайте разберём, как работает эта технология.

Как устройства передают информацию по Bluetooth

Для примера рассмотрим связь между смартфоном и беспроводными наушниками.

Устройства обмениваются данными с помощью импульсов света, но не обычного, а невидимого для человеческого глаза.

Мы видим лишь небольшую часть светового спектра, который начинается с фиолетового (длина волны около 400 нм) и заканчивается красным (около 700 нм).

❗️ Если длина волны превышает 700 нм, человеческий глаз её не воспринимает.

Однако антенны Bluetooth способны улавливать такие волны. Они работают в диапазоне радиоволн от 121 до 124 мм, что соответствует частоте 2,4 ГГц.

Дальность и проникновение сигнала

Bluetooth обеспечивает связь на расстоянии до 150 метров благодаря тому, что радиоволны могут проходить сквозь стены, подобно тому, как свет проходит через стекло.

Чем длиннее волна, тем легче ей проникать через плотные материалы.

Смартфон генерирует около миллиона радиоволн в секунду — каждая волна передаёт бит информации (0 или 1) на наушники.

Как несколько устройств работают одновременно без помех

Возникает вопрос: как несколько пар устройств (например, смартфонов и наушников) в одной комнате не мешают друг другу, если все они работают в одном диапазоне?

Bluetooth использует технологию частотного сканирования (FHSS). Устройства постоянно переключаются между 79 каналами в диапазоне 2,4 ГГц, чтобы избежать пересечения сигналов. Каждое соединение имеет уникальную последовательность переключения, что позволяет нескольким устройствам работать одновременно без помех.

Таким образом, даже в одной комнате с множеством Bluetooth-устройств, вы можете слушать музыку или управлять мышкой без каких-либо проблем.

Почему несколько Bluetooth-устройств не мешают друг другу

Bluetooth работает в диапазоне волн длиной от 121 мм до 124 мм, что соответствует 79 частотам в диапазоне от 2,402 ГГц до 2,48 ГГц.

Смартфон отправляет данные на наушники 1600 раз в секунду, каждый раз меняя частоту на одну из 79 доступных.

Каждая из этих частот использует две волны: более длинная волна интерпретируется как 0, а более короткая — как 1.

Благодаря такому подходу вероятность наложения сигналов значительно снижается. Однако, если конкретная частота оказывается занята, наушники отправляют смартфону сообщение об ошибке, и данные передаются повторно. Это предусмотрено стандартом Bluetooth.

Что такое Piconet

Связь между главным устройством (например, смартфоном) и ведомым (например, наушниками) называется Piconet.

Чтобы устройства знали, в каком диапазоне передавать и принимать данные, главное устройство отправляет ведомому последовательность частот, по которым они будут взаимодействовать.

Как обеспечивается безопасность Bluetooth

Чтобы предотвратить перехват данных (например, музыки или телефонных разговоров), в Bluetooth используются два уровня защиты.

1. Парная связь с идентификаторами При первом подключении смартфон и наушники обмениваются уникальными идентификаторами. После этого они будут взаимодействовать только с устройствами, которые предоставляют эти идентификаторы. Все остальные сигналы игнорируются.
2. Шифрование данных Даже если злоумышленник узнает идентификаторы, он не сможет расшифровать данные. Вот как это работает:
   • Устройства обмениваются идентификаторами.
   • Наушники отправляют смартфону первый ключ для расшифровки.
   • Смартфон отправляет данные, зашифрованные этим ключом.
   • Наушники меняют ключ и отправляют новый смартфону. Этот процесс повторяется 1600 раз в секунду, что делает перехват данных практически невозможным.

Таким образом, даже если ваши наушники случайно совпадут по частоте с другим устройством, они не смогут расшифровать чужие данные.

Принцип, похожий на AirDrop

По аналогичному принципу работает функция AirDrop в iPhone. Устройства обмениваются зашифрованными данными, используя уникальные идентификаторы и динамически меняющиеся ключи, что обеспечивает высокий уровень безопасности.

Почему такая нагрузка не разряжает гаджеты моментально

Встроенные в наши устройства чипы Bluetooth — это не просто простые дешифраторы сигналов. Они представляют собой сложные микросхемы, которые оптимизированы для минимального энергопотребления.

Например, Bluetooth-чипы выполняют следующие задачи:

• Отсекают лишние частоты, чтобы снизить нагрузку на обработку данных.
• Приписывают каждому пакету данных адрес и информацию о его содержимом, что позволяет эффективно управлять передачей.
• Распознают ошибки и мгновенно отправляют отчёты для их исправления.
• Координируют смену частот, чтобы избежать помех и обеспечить стабильное соединение.

Технологический прогресс и энергоэффективность

Благодаря развитию техпроцесса, который сейчас измеряется в нанометрах (например, 5 нм или 7 нм), современные чипы стали не только мощнее, но и значительно энергоэффективнее.

Это позволяет устройствам генерировать до миллиона радиоволн в секунду без существенного влияния на автономность.

Сравнение с другими задачами

Если вам кажется, что Bluetooth потребляет много энергии, просто вспомните, что смартфону также нужно:

• 120 раз в секунду обновлять изображение на экране.
• Управлять почти четырьмя миллионами пикселей (например, в iPhone 16 Pro Max), каждый из которых должен быть ярким и чётким.

На этом фоне энергопотребление Bluetooth выглядит незначительным.

Итог

Современные Bluetooth-чипы благодаря своей сложности и оптимизации потребляют минимум энергии, что позволяет устройствам работать долго даже при активном использовании беспроводных технологий. А если добавить к этому общий прогресс в энергоэффективности гаджетов, то вопросы к автономности и вовсе отпадают.