Редкие профили Bluetooth, о которых вы даже не догадывались

Раздел Технологии выходит при поддержке

В предыдущем материале мы рассмотрели Bluetooth аудиокодеки, которые применяются для прослушивания музыки. Однако кодеки лишь небольшая часть того «айсберга» технологий, которые нужны не только для воспроизведения музыки пользователя. Поэтому сегодня рассмотрим профили Bluetooth не только без которых мы даже не слышали наших близких и родных, но и не смогли бы видеть данные вашего сердцебиения в фитнес трекере.

Содержание

1 Что такое Bluetooth профиль?
2 Каналы соединения между Bluetooth-устройствами
3 Механизмы обмена данными Bluetooth
4 Профили Bluetooth

Что такое Bluetooth профиль?

Bluetooth профиль — это набор функций, которые определяют как именно устройства Bluetooth взаимодействуют между собой. То есть, как определяется их подключение, сигналы друг к другу и передача данных между ними. Все приведенные ниже в соответствующем разделе профили разработаны для выполнения различных функций. Например, для воспроизведения музыки в гарнитуре используется один профиль (A2DP), тогда как для передачи вашего и голоса собеседника применяется совершенно другой (HSP или HFP).

Каналы соединения между Bluetooth-устройствами

Поскольку два устройства физически никак с собой не соединены, необходимо обеспечить их соединение между собой. Поэтому применяются два вида каналов для передачи:

ACL или Asynchronous Connection-Less — применяется для передачи данных без необходимости гарантированной доставки в реальном времени;
SCO или Synchronous Connection-Oriented — использование для передачи данных в реальном времени, то есть с минимальной задержкой.

Для подключения по ACL характерны следующие особенности: поддержка двустороннего обмена данными, исправление потенциальных ошибок при передаче, непостоянные задержки. Применяется ACL в достаточно широком круге интересов: передача файлов через Bluetooth, потоковое аудио, взаимодействие с Bluetooth-клавиатурами и мышами.

В отличие от ACL, соединению через SCO необходимы четко определенные временные рамки ради получения минимальных задержек при применении профиля. Прежде всего это необходимо для передачи голосов при телефонном разговоре. Именно поэтому отсутствует функция исправления ошибок в ситуациях, когда собеседнику было плохо вас слышно.

Грубо говоря, использование SCO необходимо для быстрой передачи информации, тогда как ACL — обеспечение качества.

Приведем краткую сравнительную таблицу обоих типов передачи данных. Как можете увидеть, все достаточно понятно когда и как нужно использовать тот или иной тип канала.

	ACL	SCO
Типы данных для передачи	Обычные файлы, аудио, контроль управления приборами	Голос (телефонные звонки)
Синхронизация	Асинхронная	Синхронная (фиксированные временные интервалы)
Повтор передачи	Возможный	Фактически невозможно (во избежание задержек)
Задержка	Переменная	Стабильно низкая

Механизмы обмена данными Bluetooth

Передача данных между устройствами существует в двух похожих вариациях:

Bluetooth BR/EDR или Basic Rate / Enhanced Data Rate;
Bluetooth Low Energy. Часто применяют аббревиатуру BLE или еще как Bluetooth Smart.

Начнем с BR/EDR и ради большей понятности со схемы ниже. Сначала Устройство А (смартфон) должно как-то найти Устройство B (наушники). Для этого необходимо начать процедуру Выявление (Inquiry), в котором одно из устройств инициирует поиск «своих соседей» с применением специальных пакетов данных. В нашем случае роль инициатора выполняет Устройство А. После обнаружения инициатор отправляет соответствующие Запросы (Paging) на подключение и начинается процесс Сопряжение (Pairing) с установлением уровня доверия, кода проверки, аутентификации и, при необходимости, шифрования. После выполняется Формирование связи (Link Establishment) через логические каналы и определяются роли устройств: Master (главный, инициатор соединения, Устройство А) или Slave (второстепенный, Устройство В).

Потом в ход вступают каналы передачи данных, о которых упоминали ранее. А именно, выбирается необходимость между ACL- или SCO-соединением. Как сказано выше, для разных целей необходимо применять разные методы: передача аудио или файлов (ACL) или голоса во время звонков (SCO).

Далее мы увидим нечто похожее на OSI-модель, где применяются стеки внутренних Протоколов (Protocols) и Слоев (Layers), среди которых:

Профили, описывающие логику взаимодействия между устройствами: A2DP, AVRCP, OBEX и другие. В следующем разделе дойдем до них;
Сервисный уровень — обнаружение и при необходимости эмуляция поддерживаемых протоколов уровня выше. Например, SDP (Service Discovery Protocol);
Управление по каналам передачи через L2CAP;
Baseband и Link Manager для управления соединением, ролями Master/Slave и мощностью энергопотребления;
Физический уровень (Physical Layer), который будет передавать все необходимое по радиоканалу.

Потом идет сама Передача данных (Data Transfer) между Устройствами А и В в соответствии с необходимым протоколом. Если необходимо передавать звук пользовательского трека с Устройства А, тогда цифровые данные передаются в A2DP (именно здесь происходит кодирование и декодирование), через стек Bluetooth попадают в L2CAP, делятся на части и отправляются благодаря ACL по радиоканалу. Устройство В получает эти данные во внутреннюю программу и начинает воспроизводить их в динамики.

Конечно, после всех этих действий наступает момент Завершение соединения (Disconnection) которое может инициировать любое из обоих устройств. В этот момент отключаются логические и физические каналы передачи. Для увеличения дальнейшей скорости подключения, они должны оставаться спаренными (помнить друг о друге).

По достаточно новому стандарту Bluetooth Low Energy можно сказать, что механизмы похожи, но используют разные протоколы и терминологию. Именно поэтому имеем большой минус — отсутствует совместимость между устройствами обоих поколений. Однако существует большой плюс — уменьшение энергопотребления благодаря новому режиму работы. После непосредственной работы, все еще подключенные устройства значительно уменьшают «контакты» между собой, что позволяет сильно экономить батареи обоих приборов. Особенно актуальной она является для различных умных часов, бизнес-трекеров и слуховых аппаратов (поддержка профиля TMAP).

Профили Bluetooth

Перейдем к перечню самих профилей Bluetooth. Каждый из них создан для выполнения конкретной цели. Просматривая профили выбранного вами прибора, можно сразу понять его потенциальные функциональные возможности. О них также скажем несколько слов.

Профиль A2DP (Advanced Audio Distribution Profile), пожалуй, самый известный из всех профилей в мире. Именно благодаря ему человечество уже много лет слышит музыку или подкасты в свои беспроводных наушниках. Поддерживает многие стандартные кодеки, такие как SBC, AAC. Однако как вы могли не замечать, работает профиль только в одну сторону: от Master (смартфон, на котором запущен трек) до Slave (наушники, в которых звучит трек).

Если вам необходимо остановить песню, переключить на другую или увеличить/уменьшить громкость, в этот момент профиль AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile) вступает в работу. Судя по названию, также позволяет управлять при просмотре видео.

А вот для звонков применяется другой известный профиль с давних времен — HFP или Hands-Free Profile. Он используется для голосовых вызовов, набора номера, приема или отклонения вызовов, проверки уровня сигнала и тому подобное. Самая главная из его функций, передача звука самого звонка.

В 2022 г. на замену A2DP, HFP и AVRCP был представлен новый профиль, о котором упоминали выше — TMAP (Telephony and Media Audio Profile). Как можете увидеть, он должен объединить в себе стек профилей, что обеспечит совместимость между устройствами нового поколения с поддержкой Bluetooth LE. Поддерживается новый кодек LC3, который также должен заменить SBC и AAC. С возросшим распространением этого профиля в мире (необходима аппаратная поддержка Bluetooth версии 5.2 и выше) может произойти ситуация, что ваши крутые и дорогие наушники (купленные более 5 лет назад) просто не будут работать с новым смартфоном. Однако вряд ли это произойдет в ближайшее время.

В старые времена еще кнопочных телефонов для передачи контактов адресной книги применялся PBP (Phone Book Access Profile). Сейчас о нем не забыли, потому что он применяется при беспроводном подключении смартфона к автомобилю и показа контактов уже на большем дисплее.

Приведем также несколько других важных профилей Bluetooth, которые вы используете, даже не зная об их существовании.

Если HFP применяется для голосовых вызовов, то кто же позволяет передавать SMS/MMS и показывать уведомления на умные часы или дисплеи авто? Это работа для MAP (Message Access Profile). Для соединения мыши, клавиатуры или гейпадов через Bluetooth также необходим свой профиль. А именно, HID или Human Interface Profile.

Помните как во времена Sony Ericsson K750i и Siemens M65 передавали всевозможную музыку или изображения на телефоны друг друга? Для выполнения этой операции применялись профили OBEX (Object Exchange) и OPP (Object Push Profile).

Возможно вы сталкивались с проблемой резкой необходимости в интернете? Ethernet-кабеля или домашнего WiFi нет. Однако рядом лежит смартфон с мобильным интернетом. Почему бы не создать точку-доступа Bluetooth между двумя устройствами? За это отвечает PAN (Personal Area Networking Profile).

При работе в продуктовых сетях часто применяют приборы для печати этикеток. Эти и другие изделия (POS-терминалы, в автомобилестроении) применяют COM-порты в своей деятельности. Профиль SPP (Serial Port Profile) позволяет эмулировать этот порт по Bluetooth соединению, тем самым заменяя кабельное подключение.

Профиль SIM Access Profile (SAP или rSAP) позволяет встроенным в авто устройствам с GSM-передатчиком, подключаться к SIM-карте в смартфоне с поддержкой Bluetooth. Таким образом исчезает необходимость отдельной SIM-карты и можно начать использовать внешнюю антенну автомобиля.

Если вы носите с собой фитнес-трекеры или другие устройства для отслеживания своего здоровья, для них также существует свой собственный профиль. Точнее, их несколько: FMP (Fitness Machine Profile), HDP (Heart Device Profile), HRP (Heart Rate Profile) и PAMP (Physical Activity Monitor Profile). Каждый из них необходим для различных активностей пользователя.

Как видите, существует много Bluetooth профилей для самых разнообразных задач пользователя. Некоторым из них уже много лет (первая версия A2DP официально принята в мае 2003 года), однако они до сих пор выполняют свою главную функцию — радовать пользователей.