Определите сервис Bluetooth
А теперь самая сложная часть – Bluetooth Service. Мы собираемся определить класс, расширяющий Service, в котором мы определим функции, позволяющие привязывать Service и управлять потоками Bluetooth-соединения:
class BluetoothSDKService : Service() {
// Service Binder
private val binder = LocalBinder()
// Bluetooth stuff
private lateinit var bluetoothAdapter: BluetoothAdapter
private lateinit var pairedDevices: MutableSet<BluetoothDevice>
private var connectedDevice: BluetoothDevice? = null
private val MY_UUID = "..."
private val RESULT_INTENT = 15
// Bluetooth connections
private var connectThread: ConnectThread? = null
private var connectedThread: ConnectedThread? = null
private var mAcceptThread: AcceptThread? = null
// Invoked only first time
override fun onCreate() {
super.onCreate()
bluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter()
}
// Invoked every service star
override fun onStartCommand(intent: Intent?, flags: Int, startId: Int): Int {
return START_STICKY
}
/**
* Class used for the client Binder.
*/
inner class LocalBinder : Binder() {
/*
Function that can be called from Activity or Fragment
*/
}
/**
* Broadcast Receiver for catching ACTION_FOUND aka new device discovered
*/
private val discoveryBroadcastReceiver = object : BroadcastReceiver() {
override fun onReceive(context: Context, intent: Intent) {
/*
Our broadcast receiver for manage Bluetooth actions
*/
}
}
private inner class AcceptThread : Thread() {
// Body
}
private inner class ConnectThread(device: BluetoothDevice) : Thread() {
// Body
}
@Synchronized
private fun startConnectedThread(
bluetoothSocket: BluetoothSocket?,
) {
connectedThread = ConnectedThread(bluetoothSocket!!)
connectedThread!!.start()
}
private inner class ConnectedThread(private val mmSocket: BluetoothSocket) : Thread() {
// Body
}
override fun onDestroy() {
super.onDestroy()
try {
unregisterReceiver(discoveryBroadcastReceiver)
} catch (e: Exception) {
// already unregistered
}
}
override fun onBind(intent: Intent?): IBinder? {
return binder
}
private fun pushBroadcastMessage(action: String, device: BluetoothDevice?, message: String?) {
val intent = Intent(action)
if (device != null) {
intent.putExtra(BluetoothUtils.EXTRA_DEVICE, device)
}
if (message != null) {
intent.putExtra(BluetoothUtils.EXTRA_MESSAGE, message)
}
LocalBroadcastManager.getInstance(applicationContext).sendBroadcast(intent)
}
}Чтобы сделать суть более читабельной, я закомментировал части о потоках, которые вы можете получить из официальной документации.
Как вы видите, в LocalBinder можно определить функции, которые будут видны действиям после привязки к ним. Например, мы можем определить функции для операций обнаружения, отправки сообщения или соединения, которые затем будут выполняться операции внутри сервиса.
/**
* Class used for the client Binder.
*/
inner class LocalBinder : Binder() {
/**
* Enable the discovery, registering a broadcastreceiver {@link discoveryBroadcastReceiver}
* The discovery filter by LABELER_SERVER_TOKEN_NAME
*/
public fun startDiscovery(context: Context) {
val filter = IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_FOUND)
filter.addAction(BluetoothDevice.ACTION_ACL_DISCONNECTED)
registerReceiver(discoveryBroadcastReceiver, filter)
bluetoothAdapter.startDiscovery()
pushBroadcastMessage(BluetoothUtils.ACTION_DISCOVERY_STARTED, null, null)
}
/**
* stop discovery
*/
public fun stopDiscovery() {
bluetoothAdapter.cancelDiscovery()
pushBroadcastMessage(BluetoothUtils.ACTION_DISCOVERY_STOPPED, null, null)
}
// other stuff
}Затем в потоках, управляющих сокетами, вы можете использовать функцию pushBroadcastMessage() для генерации событий и добавления информационного наполнения, такого как удаленное устройство и сообщение. Например:
private inner class ConnectedThread(private val mmSocket: BluetoothSocket) : Thread() {
private val mmInStream: InputStream = mmSocket.inputStream
private val mmOutStream: OutputStream = mmSocket.outputStream
private val mmBuffer: ByteArray = ByteArray(1024) // mmBuffer store for the stream
override fun run() {
var numBytes: Int // bytes returned from read()
// Keep listening to the InputStream until an exception occurs.
while (true) {
// Read from the InputStream.
numBytes = try {
mmInStream.read(mmBuffer)
} catch (e: IOException) {
pushBroadcastMessage(
BluetoothUtils.ACTION_CONNECTION_ERROR,
null,
"Input stream was disconnected"
)
break
}
val message = String(mmBuffer, 0, numBytes)
// Send to broadcast the message
pushBroadcastMessage(
BluetoothUtils.ACTION_MESSAGE_RECEIVED,
mmSocket.remoteDevice,
message
)
}
}
// Call this from the main activity to send data to the remote device.
fun write(bytes: ByteArray) {
try {
mmOutStream.write(bytes)
// Send to broadcast the message
pushBroadcastMessage(
BluetoothUtils.ACTION_MESSAGE_SENT,
mmSocket.remoteDevice,
null
)
} catch (e: IOException) {
pushBroadcastMessage(
BluetoothUtils.ACTION_CONNECTION_ERROR,
null,
"Error occurred when sending data"
)
return
}
}
// Call this method from the main activity to shut down the connection.
fun cancel() {
try {
mmSocket.close()
} catch (e: IOException) {
pushBroadcastMessage(
BluetoothUtils.ACTION_CONNECTION_ERROR,
null,
"Could not close the connect socket"
)
}
}
}Мы закончили!
Беспроводной звук. часть 1. препарируем bluetooth
Иногда, бывает, натыкаешься на какой-то баг впервые, списываешь все на обстоятельства и забываешь о нем. Затем он повторяется снова и снова, вынуждая тебя приступить к поиску проблем и, по возможности, их устранению. И вот когда ты обнаруживаешь себя в глубокой ночи за анализом дампом/дебагом/чтением_мануалов, то становится понятно, дело на полпути бросать уже нельзя и дело принципа — довести его до конца.
Такая история со мной приключилась в момент обзора с коллегой r3s потребительской беспроводной Bluetooth-акустики Klipsch KMC 3. Я столкнулся с ситуацией, когда «беспроводной» аудиопоток начинал безбожно прерываться, стоило лишь мне расположить источник звука у себя за спиной. Пищи для размышлений мне подкинула другая Bluetooth-аудиосистема, которая в тех же условиях вела себя куда лучше. Такая простая проблема выродилась в нырок с головой во внутренности протокола Bluetooth и детали передачи аудио с его помощью.
Под катом первой части цикла статей мы в легкой и непринужденной форме познакомимся с основными протоколами стека Bluetooth, покопаемся в дампе соединения источника и приемника звука, разберемся в причинах конфликта Bluetooth и Wi-Fi и обнаружим корень моей проблемы — прерывающегося звука.
Оставим за кадром (или перенесем в комментарии) полемику на тему “зачем нам беспроводная передача аудио, если можно обойтись православными проводными решениями, сэкономив кучу денег и выиграв в качестве”. Условимся, что беспроводной стриминг аудио с любых устройств, как портативных, так и не очень, нам интересен, ведь с ним мы можем:
- Проигрывать аудио с мобильных устройств (Google Music iTunes Match = вся медиатека в облаке и доступна с любого устройства) на беспроводные аудиосистемы и ресиверы. Не будем забывать, что именно телефоны сейчас завоевывают пальму первенства среди носителей музыкальных треков пользователей;
- Озвучивать пространства, в которых установка проводных решений по ряду причин затруднена (кухня, террасы, балконы, outdoor-зоны вашего загородного поместья);
- Позволять гостям “ставить их компакт-диск”;
- Забыть о кредлах, т.к. расставание с телефоном для многих становится мучительным процессом.
Таким образом, на момент чтения этой статьи забываем о холиваре wired vs wireless и окунаемся в мир беспроводных технологий, в которых, как оказалось, есть много интересных деталей, стоит только копнуть глубже.
King Bluetooth
Виновница торжества — технология Bluetooth, получившая жизнь благодаря инициативе Ericsson в далеком 1994 году, затем стандартизованная IEEE (802.15-1) и по настоящее время развиваемая целой группой по интересам Bluetooth Special Interest Group (SIG). На текущий момент альянс Bluetooth SIG насчитывает порядка 18 000 компаний, среди которых, естественно, есть и те, кто занимается производством аудио компонентов, способных принимать без проводов стерео сигнал.
Недавно я обзавелся одним из таких устройств. Cистема Klipsch KMC 3, обзор которой есть на Хабре, удовлетворяла всем, кроме одного: при определенных условиях начинала воспроизводить звук, ужасно прерываясь. Юзкейс был следующим: в качестве источника аудиосигнала выступал Macbook Air 2023, и стоило расположить его за собственным телом в 4 метрах от системы (читай “сесть спиной к колонке с ноутбуком на коленях), как звук начинал прерываться. Второй участник Bluetooth-состязания (обзор которого вас ждет в конце поста) — Edifier Spinnaker E30, тоже страдал замиранием сигнала, но при этом в куда меньшей степени. Возник вопрос, в чем могла крыться причина столь разного поведения двух систем в одинаковых условиях?
Налицо проблема с распространением сигнала, но стоило в тех же условиях воспользоваться мобильным телефоном для воспроизведения аудио, как проблема становилась куда менее заметной. Так было решено разобраться в причинах и следствиях, что и привело меня к самым истокам — чтению Bluetooth Core Specification, анализу дампов сетевого соединения и модификации важных для аудиокодеков значений. Для начала, впрочем, требовалось исключить возможность интерференции между Bluetooth и Wi-Fi.
Одна кухня и несколько поваров
Не секрет, что и Bluetooth, и Wi-Fi (и еще множество систем) работают в одном диапазоне частот — ISM диапазоне — в границах 2.400 GHz — 2.4835 GHz. Использование одного частотного диапазона для передачи информации разных систем неминуемо приведет к интерференции сигналов, а значит — к потере данных. Именно на интерференцию сигналов Wi-Fi и Bluetooth я изначально и грешил.
Модуляция
Для эффективной передачи сигнала (цифрового, аналогового) посредством радио необходимо пройти процедуру модуляции. Позволим себе опустить тонкости различных процессов модуляции сигналов и сконцентрируемся на фактах, которые помогут представить картину спектра в среднестатистическом доме юзера наших дней.
Стандарт 802.11n (а я верю, что у 90% пользователей Хабра дома развернут именно он, хотя все нижеизложенное справедливо и для 11g) предусматривает использование OFDM модуляции сигнала с организацией 13 каналов шириной 20 МГц.
При этом стандартом 802.11b/g/n предусмотрено использование одного канала на протяжении всего времени работы, если его состояние считается удовлетворительным (читай “нет чередования каналов”).
Bluetooth же использует иной подход: в спектре ISM организуется 79 каналов шириной в 1 МГц, а затем по технологии расширения спектра Frequency-hopping Spread Spectrum (FHSS) радиоприемник и радиопередатчик синхронно меняют частоту несущей по определенному шаблону с частотой 1600 раз в секунду. Сделано это как раз для уменьшения вероятности наложения сигналов в крохотном ISM диапазоне.
Если бы у вас дома был спектральный анализатор, то процесс смены несущей по всему 2.4ГГц диапазону выглядел бы следующим образом:
Случайным образом разбросанные красные точки — это и есть сигнал Bluetooth, постоянно меняющий частоту. Зеленые области — это три активных канала Wi-Fi.
Борьба с интерференцией
Однако техника скоростной смены несущей не избавляет от интерференции, а всего лишь снижает вероятность ее возникновения. Шансы у Bluetooth-сигнала попасть в 20 МГц диапазон канала Wi-Fi по-прежнему ненулевые:
Поэтому в арсенале стека Bluetooth есть технология адаптивной смены частоты — Adaptive Frequency Hopping (
AFH
). Принцип работы AFH состоит в следующем: из 79 доступных 1 МГц каналов исключаются каналы, попадающие в занятый Wi-Fi сигналом диапазон:
На рисунке выше видно, как алгоритм AFH скорректировал карту доступных для “перескакивания” каналов, исключив те, что попали в уже занятый вайфаем 6-й канал.
Но мне не повезло, дело было не в интерференции сигнала, т.к. я перенес WLAN в “безопасный” для Bluetooth диапазон 5 ГГц (это, кстати, самый действенный метод для исключения возможных проблем), а прерывания аудио так никуда и не исчезли. Пришлось копать глубже.
Разбор дампа Bluetooth
Раз проблема была не в интерференции с Wi-Fi, то потребовалось более глубокое погружение в матчасть. Напомню, что интересным с точки зрения анализа был тот факт, что в одинаковых условиях две Bluetooth аудиосистемы (Klipsch KMC 3 и Edifier Spinnaker) вели себя по-разному. Klipsch захлебывался раньше, и для достижения эффекта нужно было просто заслонить телом прямой путь к колонке на расстоянии нескольких метров. Edifier же мог хрюкнуть пару раз, но после продолжал уверенно воспроизводить звук, изредка прерываясь.
Симптомы косвенно намекали на автоподстройку неких параметров со стороны Эдифаеров и отсутствие оной у Клипша при деградации качества радиосигнала. Чтобы проверить эту теорию, было решено снять дамп соединения двух устройств с целью поиска источника проблем.
Для чистоты эксперимента я выключил модуль Bluetooth, удалил из списка сопряженных устройств Klipsch, включил “синий зуб”, и, нажав кнопку записи дампа, прошел процедуру от поиска устройства и соединения с ним до передачи аудио.
Инициализация устройства
После активации Bluetooth-модуля, дамп наполняется записями сообщений HCI, которые в большинстве своем дают модулю понять, как его зовут, какой у него MAC адрес, к какому классу устройств он относится и включает непосредственно радио модуль.
Происходит это в форме диалога HCI Command -> HCI Event.
Стек блютуса лишь косвенно напоминает привычный TCP/IP, поэтому лицезрение дампа без предварительного прочтения спецификации не увенчалось успехом.
К чести группы Bluetooth SIG отмечу, что документация на корневую спецификацию и всевозможные профили находится в свободном доступе на
портале для разработчиков
, при этом написана простым и понятным языком.
Архитектура Bluetooth
Так моей настольной книгой на энное количество времени стала Bluetooth Core Specification. 13 мегабайтная пдф-ка о шести томах только сперва кажется необъятной, но для понимания базовых операций и принципов взаимодействия подсистем достаточно будет и нескольких глав.
Core System
В процессе поиска источника проблем я шел сверху вниз: встречая в дампе высокоуровневые протоколы, пытался понять логику их работы и назначение передаваемых параметров.
Безусловно, православный путь — снизу вверх: от азов установления физических и логических управляющих каналов Bluetooth к базирующимся на их основе высокоуровневым протоколам. Этим путем я вас и попробую провести.
Ядро блютуса — Bluetooth Core System Specification — описывает четыре базовых нижних уровня архитектуры и соответствующие протоколы, причем три нижних уровня, как правило, выделяют в отдельную подсистему — Bluetooth Controller, а все, что находится выше — относится к Bluetooth Host.
Структурная схема архитектуры Bluetooth Core System показывает расположение основных блоков архитектуры на уровнях модели, обозначает user-plane и control-plane трафик между блоками и, самое главное, дает представление об иерархичности стека.
На схеме не сделан акцент на очень важной части архитектуры — Host to Controller интерфейсе (HCI), обеспечивающем взаимодействие софтовой подсистемы Host с железной подсистемой Controller. Всё взаимодействие верхних уровней Bluetooth системы с ее аппаратной частью происходит через HCI-команды, инициируемые драйвером. Эти команды в дампе будут нам встречаться постоянно.
Пройдемся по основным блокам архитектуры, чтобы понять их основное назначение:
RF
Блок Radio (он же PHY), как и подобает резиденту физического уровня, занимается преобразованием битовой последовательности в радио сигналы. Вопросы модуляции, спектральных характеристик и физики процессов обеспечения битовой скорости — все это решается на нижнем уровне модели.
Baseband Layer = Link Controller Baseband Manager Device Manager
Уровень Baseband представлен в виде трех блоков, совместная задача которых состоит в управлении физическими каналами (Phy channels), поверх которых устанавливаются физические соединения (Phy links). Bluetooth-адресация, синхронизации генераторов устройств, управление кодами доступа к физическим каналам, поиск устройств и установление физического канала между ними — все это задачи Baseband-уровня.
Link Manager
После того, как два нижних уровня обеспечили нас физическим соединением между master-slave устройствами, дело становится за организацией логических каналов, которые впоследствии и станут базой для передачи трафика приложений. Link Manager в ответе за установление, изменение и освобождение логических соединений между устройствами, а так же за обновление параметров физических соединений. Для этих целей Link Manager использует Link Management протокол (LMP).
L2CAP Layer = Channel Manager L2CAP Resource Manager
Переваливаемся в высокоуровневый блок Bluetooth Host, оккупированный L2CAP уровнем. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) — протокол, работающий поверх созданных логических соединений, обеспечивающий инкапсуляцию, сегментацию и восстановление пакетных данных от всех вышележащих приложений.
Транспортная архитектура
В процессе знакомства с блоками архитектуры у вас уже могла выстроиться картина общей транспортной архитектуры Bluetooth, которая представляет собой трехуровневую модель:
В дальнейшем в тексте я буду использовать слово “каналы” для обозначения Channels и “соединения” для Links.
На картинке выше представлен путь юникастного асинхронного трафика по транспортной архитектуре. Именно этот тип трафика характерен для передачи “пакетного” аудио.
SCO vs ACL
Если внимательно посмотреть на предыдущий рисунок, то на уровнях Logical Links и Logical Transports чаще всего встречаются аббревиатуры ACL и (e)SCO. Это два глобальных типа логических соединений между Bluetooth-устройствами, которые служат для передачи разного рода трафика вышестоящих приложений.
По ACL (Asynchronous Connection-Oriented Links) соединениям передается асинхронный, пакетный трафик с возможностью повторной отправки в случае потерь при доставке, сегментации и управления потоком.
SCO-соединения, в свою очередь, по сути организованы по принципу коммутации каналов с постоянной пропускной способностью 64кбит/с и синхронной передачей данных в тайм-слотах. SCO-каналы, например, используются профилем Headset для потоковой передачи голоса абонента от телефона к гарнитуре.
Согласно архитектуре Host Controller Interface, каждая его команда (HCI command) должна сопровождаться ответным событием (HCI Event). Ответ всегда возвращает статус команды (Success или код ошибки), а так же, опционально, запрошенные командой значения.
Ниже приведены три HCI команды на этапе самоинициализации модуля и события-ответы на них.
Поиск и обнаружение устройств
После того, как Bluetooth собрал информацию “о себе”, я запустил поиск устройств. Когда вы зажимаете кнопку до состояния мигающего индикатора, устройство переводится в режим прослушивания канала обнаружения (Inquiry Channel). Когда девайс услышит код доступа “ответьте все” на этом канале, он отправит информацию о своем присутствии.
Как и любой процесс обращения верхних уровней к железной части Bluetooth, все начинается с команды от HCI:
Здесь интерес представляет поле LAP. На самом деле это ни что иное, как аналог мультикаст адреса (general access code), увидев который на канале обнаружения, Bluetooth-устройства обязательно оповестят о своем присутствии ответным сообщением.
В итоге все девайсы, получившие general access code на своем физическом канале для обнаружения, отвечают сообщениями Inquiry Response, в которых:
указан MAC адрес устройства, его главный и второстепенные классы (Major Class и Minor Class), а также поддерживаемые сервисы.
Я выделил два параметра: первый — Sink — свидетельствует о том, что устройство может выступать в роли приемника аудиосигнала, а второй — Advanced Audio Distribution — что аппарат поддерживает тот самый A2DP-профиль.
Подключение
После процедуры поиска картина мира для Bluetooth-устройства становится ясна, самое время переходить к фазе подключения, или, как этот процесс называют в спецификации — Paging.
Для подключения оборудования также выделен отдельный физический канал. Важно отметить, что физические каналы Bluetooth работают в режиме двусторонней передачи (дуплекс). Использование одного физического канала для двунаправленной передачи осуществляется по принципу
временного разделения каналов
(TDM). При таком подходе передатчик и приемник должны иметь синхронизированные тактовые генераторы, чтобы передавать и принимать информацию в нужные моменты времени.
Так как каждое Bluetooth-устройство оснащено своим собственным генератором, то ни о какой изначальной синхронизации между ними, естественно, речи не идет. Синхронизации добивается Link Controller в процессе установления соединения.
Происходит это следующим образом: в процессе поиска master-устройство получает от ответчиков среди прочих параметров еще и их значение тактового генератора. Затем, на этапе установления соединения master-устройство передает предполагаемое значение смещения тактового генератора для slave-устройства (параметр Clock Offset в скриншоте выше), тем самым ускоряя процесс синхронизации двух генераторов.
Самым важным полем команды Create Connection на подключение является идентификатор удаленного устройства — его Bluetooth-адрес (BD_ADDR). Вслед за командой контроллеру на установление соединения в бой вступает LMP протокол, который полностью управляет процессом организации логических соединений, поверх которых впоследствии будет гулять наш трафик:
Если помните, в начале статьи я рассказывал о методе Adaptive Frequency Hopping, позволяющем избежать интерференции на уже занятых частотах? Так вот, карта используемых частот как раз и передается в LMP сообщении Set AFH. В процессе работы я замечал новые появления данных пакетов с другой картой частот, что свидетельствует о постепенном мониторинге эфира на предмет страдающих от интерференции каналов.
Итогом процесса установления соединения станет присвоение связи двух Bluetooth устройств идентификатора Connection Handle.
Сопряжение (Pairing)
Окей, мы установили физическое соединение с устройством, синхронизировали генераторы устройств и готовы к передачи служебной и пользовательской информации в тайм-слотах, чего не хватает? Спаривания. Наши устройства пока не доверяют друг другу, а значит никакой пользовательский трафик недопустим к передаче.
Т.к. оба устройства поддерживают версию спецификации Bluetooth 3.0, то им доступен метод аутентификации Secure Simple Pairing (и его подметод Just Works), позволяющий аутентифицировать и авторизовать устройства без ввода каких-либо пин-кодов.
L2CAP in action
В главе, посвященной транспортной архитектуре, изображена схема иерархии каналов и соединений, на вершине которой находится L2CAP-протокол. Именно его очередь и наступает сразу после процессов аутентификации устройств.
Структурная схема архитектурных блоков L2CAP-уровня повествует о его возможностях по сегментации, повторной отправке, управлению потоками и ресурсами:
При этом важно уяснить, что асинхронные данные от любых приложений будут скормлены L2CAP-протоколу, который подготовит данные к отправке нижним уровням стека.
Для того, чтобы от процедуры спаривания устройств перейти к непосредственно информационному обмену, хорошо бы знать, а какие профили поддерживает сопряженное устройство, умеет ли оно воспроизводить аудио или орагнизовывать обмен файлами? На эти вопросы отвечает протокол Service Discovery (SDP). Так как это протокол верхнего уровня, ему не обойтись без услуг L2CAP-протокола, который специально для этого создаст канал. Давайте посмотрим, как это происходит.
В моем примере после успешного спаривания устройств появился первый L2CAP-пакет, содержащий следующие поля:
Команда Connection Request, как подсказывает КО, инициирует создание соединения с L2CAP уровнем slave-устройства, при этом в структуре пакета есть интересные для нас поля.
L2CAP протокол использует концепцию каналов, конечные точки такого канала в паре master-slave идентифицируются при помощи 2-байтного CID (Channel Identification). CID 0x0001 — зарезервированный идентификатор канала для терминирования трафика сигнализации L2CAP протокола, что логично, ведь именно к сообщениям сигнализации относится команда Connection Request (Channel ID: 0x0001 в нижней части скриншота).
Следующее важное поле — это PSM (Protocol/Service Multiplexer). Значение PSM говорит о том, для какого протокола или сервиса мы организовываем L2CAP канал и, как видите, речь идет о канале для Service Discovery Protocol.
Service Discovery
L2CAP хорошо потрудился и организовал канал для передачи данных протокола верхнего уровня SDP, который, как мы выяснили, поможет узнать, какие сервисы поддерживаются на удаленном устройстве.
Происходит это в форме следующего диалога:
— умеешь ли ты “_какой-нибудь сервис_”?
— да, умею, и вот его характеристики (в противном случае ответ “нет, не умею, спрашивай далее”).
На запросы всех сервисов, кроме Audio Sink и AV Remote Controller я получил негативный ответ, а значит колонка, что логично, умеет только воспроизводить аудио и давать управляющие сигналы мастер устройству (например при нажатии на кнопку pause на колонке, на паузу устанавливается проигрывание у источника).
После того, как SDP узнал о собеседнике все, что мог, самое время переходить к непосредственной передаче аудио, за которую отвечает…
Audio/Video Distribution Transport Protocol
За организацию и управление аудио/видео потоками отвечает именно этот парень. И в моем случае разобраться в логике его работы можно было, даже не погружаясь в 160-страничную спецификацию.
Диаграмма работы AVDTP довольно понятна. Чтобы запустить поток, требуется открыть два канала: один управляющий (signalling) и один, непосредственно, для передаваемых аудио/видео данных.
Как мы уже знаем, никуда не деться от L2CAP, именно по его каналам сверху будет идти трафик AVDTP-протокола.
L2CAP канал в этом случае открывается с новым значением PSM, соответствующим протоколу AVDTP.
Один L2CAP канал открылся для сообщений сигнализации, второй для данных AVDTP, а третий для Audio/Video Control Transport Protocol (для передачи сигналов от колонки к источнику звука) инициировала колонка.
Обратите внимание на пары Source CID/Destination CID, это точки входа для L2CAP-каналов. Пара Src/Dst CID однозначно определяет L2CAP-канал.
После установления нужных L2CAP-каналов запустился процесс обмена служебными сообщениями между AVDTP-протоколами на обеих сторонах соединения. Среди служебных сообщений стоит отметить:
Команда Discover позволяет узнать у удаленного устройства, а, собственно, что конкретно оно может предложить в рамках аудио/видео передачи. В ответ должно прийти описание возможностей в виде списка Service Endpoints (точек предоставления сервиса).
На первый взгляд непонятно, почему у колонки две точки в роли “приемник аудио”. На этот вопрос отвечает следующая пара сообщений:
Обратите внимание на пару значений Min Bitpool и Max Bitpool, вскоре они сыграют важную роль.
Так как Klipsch KMC3 умеет понимать два кодека — обязательный для A2DP-устройства SBC кодек и опциональный, проприетарный
AptX
кодек — то мы и видим две точки предоставления AVDTP-сервиса, они отличаются только типом поддерживаемого кодека, не более того.
AptX vs SBC
После получения сведений о возможностях сервисных точек AVDTP протокол сообщением Set Config выбирает работу с кодеком AptX.
Так было с Klipsch, но Edifier Spinnaker не поддерживает кодек AptX, поэтому его список сервисных точек состоял ровно из одной штуки с обязательным кодеком SBC (Low Complexity Subband Coding). В итоге дампы, снятые при установлении к двум системам, отличались лишь в выбранном кодеке передаваемого аудио!
Окей, но ведь AptX такой навороченный, платный, закрытый и пиарящийся на CeBITах, почему он, собака, начинает “замирать” в определенных условиях, и можно ли как-то заставить работать колонку Klipsch с SBC-кодеком, чтобы убедиться, что проблема именно в этом?
Для проверки я подключился к Edifier, повторил опыт с расположением ноутбука за своим телом во время записи дампа, и вот, что я увидел. Ниже представлен фрагмент AVDTP-протокола, содержащий в себе закодированный кодеком SBC фрагмент передаваемого аудио.
Т.к. SBC — кодек открытый, то в дампе можно увидеть относящуюся к нему информацию, связанную с передаваемыми аудиоданными. В спецификации
A2DP
подробно описана работа SBC-кодека, откуда можно выяснить, что одним из ключевых параметров, влияющих в итоге на качество кодирования, является значение bitpool.
Из дампа видно, что значение bitpool для данной порции трафика равно 48, но стоило мне закрыть телом путь от ноутбука до колонки, как значение bitpool стало снижаться, сопровождаясь прерываниями и щелчками.
После того, как значение bitpool устаканилось на уровне 30, щелчки пропали, проигрывание аудио стало вновь непрерывным. Все указывало на то, что кодек выполнил автоподстройку, заметив деградацию качества сигнала.
Но неужели я своим бренным телом вносил такое существенное затухание? Что ж, время взглянуть на график индикации уровня мощности принимаемого сигнала:
Хорошее тело, качественно вносит затухание, о которое и спотыкаются кодеки. Вот только SBC-кодек подстроился под эти условия, снизив качество кодирования, а тем самым и необходимую пропускную способность, а AptX, по-видимому, нет.
Чтобы окончательно убедиться в том, что виноват AptX, я отключил его поддержку в Mac OS X и снова стал домогаться до Klipsch. Теперь был согласован кодек SBC между макбуком и колонкой, т.к. AptX’а ноутбук был принудительно лишен. Стоит ли говорить, что с SBC-кодеком Klipsch перестал так сильно заикаться в условиях падения уровня мощности сигнала?
Долго ли коротко, но проблема диагностирована, и ввиду закрытости AptX у меня не было никаких шансов повлиять на работу кодека (как это можно сделать с SBC, задав вилку значений bitpool в OS X). Поэтому осталось лишь не маячить телесами на пути видимого сигнала или использовать трюк с отключением кодека AptX в макоси.
В любом случае можно довольствоваться тем, что благодаря этой проблеме я что-то узнал про работу Bluetooth. Надеюсь, что после прочтения этой статьи, и вы сможете сказать то же самое.
PS1 Кстати, AptX не зря денег просит, передача аудио с его помощью через Bluetooth действительно лучше, чем с стандартным SBC. Это удалось почувствовать, отключив AptX на ноутбуке и прослушав те же треки на той же акустике. Субъективно — разница между SBC и AptX — примерно как между 192 kbps MP3 и 320 kbps — заметна, если вслушиваться.
Поддерживется AptX пока лишь узким кругом устройств, среди которых можно выделить железки под OS X и топовые смартфоны Samsung Galaxy, HTC One. Соответственно, iPhone и iPad в моем окружении именно по причине отсутствия AptX вели себя лучше, чем макбук, т.к. с ними согласовывалось использование SBC-кодека, а макбук лез с AptX.
PS2 На очереди препарация AirPlay.
PS3 И напоследок обзор Edifier Spinnaker, с которых вся эта эпопея длиною в месяц и началась.
Как я и писал во вступлении, этот пост изначально не должен был содержать ни одного скриншота, ни строчки о протоколах, но что-то пошло не так…
В комментариях к моему предыдущему
обзору Klipsch KMC 3
справедливо замечали, что $400 за пластиковую колонку в виде моноблока — это многовато. Спорить с этим бессмысленно, так как стоит на колонку повесить ярлык беспроводности, как ценник сразу же вырастает на добрую сотню-другую долларов. Но может и не стоит выкладывать $400 за моноблок от Клипша, в котором сам бренд, того гляди, добавил $50-100, а обратиться к продукции
менее именитых компаний
?
Поэтому когда коллега попросил помочь ему привезти из США приглянувшиеся ему Bluetooth-колонки, я не раздумывая согласился. Так, в качестве претендента на лавры рекомендуемой беспроводной аудио системы до $300, нам довелось рассмотреть продукт от компании Edifier — беспроводную стерео-систему Spinnaker E30.
Компания, известная нам до этого момента исключительно в качестве заслуживающего внимания производителя проводных акустических систем, с выходом Spinnaker стала делить нишу беспроводных решений с такими продуктами как
Klipsch KMC 3
,
Creative ZiiSound
,
Bose SoundLink
,
Jawbone Jambox
,
Samsung DA-E670
и многими другими.
При этом, несмотря на наличие именитых брендов в списке конкурентов, предрассудков относительно азиатских корней Edifier никто из нас не испытывал. Все-таки знак равенства между «сделано в Китае» и «г#%но» уже давно был перечёркнут хорошими продуктами в проводной сфере. Тем более, что с первого взгляда становится понятно, что с качеством сборки здесь все довольно хорошо.
Никакого жжения в области таза не возникало, даже когда мы поставили спинакеры рядом с “эталонным” B&W Zeppelin Air, собрано все добротно и на совесть. А собирать, как видите, там было чего — дизайн колонок по меньшей мере необычный.
Бивни, клыки, рога — какие только ассоциации ни возникали у гостей, но морские-то волки знают, что спинакер — это, на самом деле, один из парусов яхты. Сорокасантиметровые динамики, обтянутые черной шелковой тканью, однозначно выглядят агрессивно, и в современный интерьер пара Spinnaker’ов должны вписаться как нельзя лучше.
Отдадим дань моде, пара слов о комплектации. После вскрытия многочисленных пакетов и коробок на столе оказался приличный ворох проводов, ведь в комплекте идут: соединительный шнур для связи между динамиками, оптический звуковой кабель, миниджек 3,5 мм, RCA кабель и пульт дистанционного управления со стандартным шнурком microUSB-USB к нему.
Честно говоря, подобное обилие проводов для, казалось бы, “беспроводных” колонок поначалу обескураживает, но на деле достаточно всего двух кабелей — питания и соединительного шнура 6-pin между динамиками. Остальные же кабели вам достаются в довесок и лишними в хозяйстве уж точно не будут.
Наличие mini-jack и оптического кабелей уже говорит о том, что колонки можно подключить к источнику воспроизведения старым-добрым проводным способом, для чего на коннекторной части правой колонки выделен порт Aux IN/Opt IN.
Внимательный читатель обратит внимание на порт Sub (Line) Out, предназначенный для подключения внешнего саба, который, если честно, был бы очень кстати паре парусов Spinnaker. Но “проводное” подключение скорее приятный бонус, нежели основное предназначение, которое лежит в беспроводной плоскости.
Процедура сопряжения по Bluetooth абсолютна стандартна: дожидаемся мигания синего диода на пике правого динамика и ждем пару секунд, пока процедура Secure Simple Pairing свяжет два устройства без ввода каких бы то ни было PIN-кодов.
Как только передача звука на внешнее устройство будет активирована, громкость станет изменяемой с помощью прилагаемого пульта, чья кнопка на верхнем торце играет роль Play/Pause свитчера, а долгий тап переключает источник ввода (bluetooth-line_in).
Пульт снабжен нескользящим покрытием базы и подсветкой, помогающей обнаружить его в условиях слабого освещения. К сожалению, подсветка своим уровнем яркости лишь отражает уровень заряда внутреннего аккумулятора, но не позволяет понять, в каком режиме источника звука (Bluetooth или Line In) находится аудиосистема.
Но что бы ни было с эргономикой и поведением пульта, самое главное в колонках все же звук. С этой точки зрения Spinnaker можно обозреть, как владельца трех излучателей в каждом динамике, включенных по схеме tri-amp!.. Но так пишут в
пресс-релизе
(весьма наполненном техническими деталями, кстати), мы же будем описывать субъективное восприятие качества воспроизведения, потому что описывать высокие аудиофильские материи в системе, выполненной из пластика, да еще и в “арт”-формате — дело сомнительное.
Общее впечатление от прослушивания композиций различных музыкальных направлений можно оценить по десятибальной шкале на 7 баллов. Пожалуй, не зря 3 пары излучателей в колонках снабжены собственными каналами от усилителя. С другой стороны, “кристальным”, как пишут в пресс-релизе, это звучание мы бы клеймить не стали.
Пусть Spinnaker E30 и не может похвастаться рекордным запасом громкости, но на уровне громкости вплоть до 90% звучание не срывалось в хрип, а треки воспроизводились без слышимых искажений.
Отсутствие глубокого баса, как, например, у KMC 3 и Zeppelin Air, спишем на отсутствие крупногабаритного диффузора, которому просто не хватило места, принесенного в жертву богу дизайна. Самый крупногабаритный динамик, отвечающий за низкие частоты, направлен вниз и расположен у основания колонок. Таким образом, “сабов” аж два, но их небольшой размер не заставит ваш пол вибрировать.
Впрочем, если у вас завалялся старый саб от любой другой системы, то попробуйте подключить его к спинакерам, такой симбиоз должен удовлетворить и вас, и ваших соседей.
Сильная же сторона спинакеров, безусловно, в “не задавленных” средних частотах и общем звуковом балансе. Если у того же Klipsch KMC 3 кристальный звон верхних частот можно даже отнести к недостаткам, то здесь верха отчетливо слышны без назойливого выпячивания.
Не будем забывать и о возможности разнесения стереопары. Все-таки стереозвучание у динамиков, живущих в одном корпусе, получается монофоническим при определенном удалении от них. Установив пару динамиков по разные стороны стола, мы получили весьма объемную звуковую картину, не мирясь с ощущением звука, исходящего из одной точки.
В сухом остатке — агрессивный и запоминающийся дизайн, необычный пульт и достойное звучание с возможностью разнесения стереобазы. Думаю, что в хозяйстве все это однозначно пригодится. Кроме того, разъем для подключения внешнего сабвуфера позволит сгладить недостаток баса для тех, кому встроенных вуферов будет остро не хватать.
Есть пара вопросов по эргономике пульта и устройства ложемента для кабелей в алюминиевой базе динамиков, но достаточно один раз подобрать наиболее комфортное их расположение, чтобы раз и навсегда забыть о мороке с проводами.
Ответом на вопрос “можно ли рекомендовать Spinnaker E30 в ценовом сегменте до $300?”, будет “да”, если вышеописанные минусы для вас не критичны. Товарищу эта система обошлась в амазоновские $279.99 $55 за доставку, в России же розничная цена на Spinnaker E30 колеблется в пределах 11-12 т.р.
Говоря о ближайших конкурентах, можно отметить комплект Creative ZiiSound D3x DSx, который выигрывает в низах за счет наличия полновесного саба, но в части верхних и середины чувствуется просадка. Top-shelf Bluetooth-акустика, разумеется, стоит дороже, и порой сильно дороже, так стоит ли переплачивать за бренд, когда можно получить достойное качество звука и запоминающийся внешний вид уже сейчас?
PS4 И, конечно, ничто не мешает похоливарить на тему “в печь беспроводные пластиковые поделки, 1) покупаем Airport Express, 2) полочную акустику 3) Profit.”
Комплект умного дома – протокол связи bluetooth
Каждый, кто пытался сделать свой дом интеллектуальным, сталкивался с определёнными трудностями. Кого-то смущала цена на умную технику, а кто-то не был готов разбираться с особенностями создания системы. Но теперь всё стало гораздо проще и доступнее. С появлением новой технологии каждый желающий сможет добавить своему дому интеллектуальных функций.
Все больше и больше производителей Умных домов, строят свои устройства на основе протокола Bluetooth. По надёжности он, кстати, ничем не хуже тех же стандартов Z-Wave или ZigBee. Bluetooth – это та же технология, с помощью которой мы связываем наши мобильный телефон и гарнитуру.
С обновленным протоколом умная техника становится более доступной и простой в подключении. Bluetooth-устройствами проще управлять, ведь соответствующий модуль можно найти в каждом смартфоне и ноутбуке.
Bluetooth-Smart – такое название получила новая технология. Её преимуществом является невысокое энергопотребление, что очень удобно при работе с умными дверными замками и выключателями, которые не имеют постоянного доступа к розетке.
История
Bluetooth – протокол беспроводной передачи данных. Технология позволяет обмениваться информацией между несколькими устройствами, к примеру, ноутбуком и телефоном. Этот протокол связи поддерживают не только эти гаджеты, но и многие принтеры, гарнитуры, мышки, клавиатуры. Для передачи данных Bluetooth использует надежную радиочастоту.
Технология позволяет связывать между собой устройства в радиусе до 100 метров. Дальность связи сильно зависит от преград и зачастую гораздо меньше.
Идея создания Bluetooth-сети появилась в Швеции в 1994 году. Известная компания Ericsson установила памятный камень в честь Гаральда Блютуса. На памятнике появилась даже надпись, которая благодарила великого человека за то, что его имя дало название новой технологии.
В 1998 году эта же компания в команде с Nokia, Intel, IBM и Toshiba приступили к работе над новым протоколом передачи данных, который сегодня известен нам как Bluetooth. В мае этого же года появилась SIG – специальная группа, которая занималась разработкой устройств для новой технологии. В нее могла войти любая желающая компания. Сегодня SIG вмещает в себя более 3000 участников, многие из которых состоят в ней с момента её создания.
В июле 1999 года появилась первая версия протокола – Bluetooth 1.0. Его сразу начали внедрять в различные гаджеты. Дальнейшие работы над технологией велись с целью повышения надёжности и скорости передачи информации, а также снижения энергопотребления. Сегодня пользователям уже доступна спецификация Bluetooth 5.0, но пока более широко используется версия Bluetooth 4.0.
Принцип работы
В комплекте Умного дома, использование технологии Bluetooth схоже с ZigBee и Z-Wave. Так как сам этот протокол связи маломощный, то и дальность действия невысока. Любой датчик, например, датчик разбития стекла, подключается по протоколу Bluetooth к ближайшему подобному устройству, имеющему уже два интерфейса передачи данных: Wi-Fi и Bluetooth, либо Bluetooth и ZigBee. Которое, в свою очередь, передаёт сигнал по Wi-Fi дальше – либо сразу вам на смартфон, либо в облако.
Информация транслируется между такими гаджетами в вашем доме, пока ее не получит адресат (шлюз или активное устройство). К примеру, температура воздуха в комнате может стать слишком низкой, и вы захотите её изменить. Если кондиционер находится в другой комнате, то сигнал со смартфона может напрямую не доставать туда. Поэтому, возможно, команда минует несколько устройств, пока не дойдет до кондиционера. Такая особенность позволяет всем умным гаджетам постоянно находиться в одной сети и быстрее обмениваться данными.
Каждое Bluetooth-устройство оснащено специальной микросхемой. Сегодня можно встретить гаджеты, которые будут иметь радиус действия в 100 метров. Еще одна особенность радиотехнологии Bluetooth – способность стабильно работать «через стенку». То есть устройства могут связываться между собой, находясь в разных комнатах. Нет необходимости настраивать и подключать гаджеты к системе. Как только Bluetooth-устройство будет находиться в радиусе действия, оно автоматически соединиться с другими приборами. Причем один гаджет может работать с множеством других (по принципу точка – много точек).
Современный чип Bluetooth имеет компактные размеры – менее 1 см. Частота, на которой работает технология, позволяет снизить потребляемую мощность к 1 мВт.
Интеллектуальные устройства BlueTooth
Все Bluetooth-устройства делятся на две категории: подключаемые гаджеты и Bluetooth-шлюзы. В системе Xiaomi у вас всегда есть возможность увидеть список устройств, которые могут быть шлюзами, через приложение Mi Home и вкладку Profile.
Если соответствующие устройства у вас уже есть, то они появятся в списке. А если же вы еще не обзавелись шлюзами, то приложение предложит вам купить их. Зайдя в меню Bluetooth-шлюза, вы увидите список всех устройств, которые могут быть к нему подключены.
На сегодняшний день рынок умных устройств постепенно пополняется Bluetooth-устройствами. У Xiaomi тоже можно найти подходящие гаджеты. Среди них:
Беспроводный выключатель Yeelight Bluetooth Wireless Switch
Интеллектуальный выключатель позволяет вам избежать хлопот с прокладкой кабеля. Устройство может быть установлено в любом удобном месте на клейкую двухстороннюю ленту. Выключатели способны работать с любыми видами умных светильников.
Обычные выключатели основаны на прерывании электрической цепи, в то время как Yeelight работает по протоколу Bluetooth. Это позволяет подключенному к нему светильнику всегда быть в сети. Вы также сможете управлять им с помощью голосовых команд.
Умный выключатель работает от одной небольшой батарейки. Низкое потребление энергии позволяет устройству функционировать до двух лет при стабильном ежедневном использовании. Размеры устройства составляют 86х86х25 мм.
Yeelight Bluetooth Wireless Switch поддерживает версию Bluetooth 4.2.
Ночник Mijia Bedside Lamp
Светильник Mijia порадует ваши глаза мягким и приятным светом. Вы можете выбирать из 16 миллионов оттенков или же включить режим автоматической смены цветов, благодаря чему в вашей спальне будет обитать особая атмосфера. Устройство также дает вам возможность самостоятельно настраивать яркость и температуру освещения.
Умная лампа Mijia оснащена чипом, который поддерживает и Bluetooth, и Wi-Fi. Таким образом, вы сможете быстро и удобно подключить устройство к системе. Вам также откроется доступ к дистанционному управлению через смартфон.
Добавив светильник к системе, у вас появится возможность давать голосовые команды. Кроме того, устройство может даже настраивать освещение в соответствии с текущей температурой в комнате. Размеры устройства составляют 100х100х221 мм.
Интеллектуальный ночник Mijia Bedside Lamp поддерживает версию Bluetooth 4.2.
Контроллер Xiaomi Cube
Управляйте всеми приборами в доме с помощью одного маленького кубика! Сверхчувствительный датчик позволяет устройству точно распознавать ваши действия и запускать определенные сценарии. Контроллер имеет шесть положений, с помощью которых вы можете менять освещение, включать телевизор, переключать радиостанции и управлять другой техникой.
Встряхните Xiaomi Cube, и вы сможете переключить радиостанцию на шлюзе. Для изменений яркости свечения лампы легонько подвиньте контроллер. Для включения или выключения телевизора постучите дважды устройством по любой поверхности. Поверните куб на 90°, и в вашем доме запустится очиститель воздуха.
Вы также можете подстроить каждое действие под себя. Контроллер имеет компактные размеры – 45х45х45 мм. Встроенного аккумулятора будет достаточно для 2-х лет стабильной работы.
Контроллер Xiaomi Cube поддерживает версию Bluetooth 4.1.
Детский светильник Динозаврик Xiaomi Philips EyeCare Smart Ceiling LED Lamp
Светильник сочетает в себе милую детскую игрушку и интеллектуальную конструкцию, которая оберегает глаза ваших детей. Устройство отлично подходит для использования во время работы, учебы и сна. Размер светильника составляет 320х320х73 мм.
Лампа Xiaomi не только освещает вашу комнату ярким светом, но и, благодаря диффузорной пластине, предотвращает ухудшение зрения и перенапряжение. Устройство наполнит помещение мягким и ровным светом без мерцания.
Умное устройство оснащено 240 светодиодами с высоким индексом цветопередачи, которые обеспечивают естественное освещение. Светильник также имеет режим Moonlight, который помогает вам уснуть. Свет становится мягче, а яркость снижается до 0,1 люмен.
Светильник Xiaomi Philips EyeCare Smart Ceiling LED Lamp поддерживает версию Bluetooth 4.2.
Что в итоге?
В завершение стоит сказать, что Bluetooth имеет больше преимуществ по сравнению с другими беспроводными технологиями, такими как Z-Wave и ZigBee. В скором будущем протокол, возможно, даже полностью заменит их. Практически каждый смартфон и ноутбук оснащен модулем Bluetooth, в то время как Z-Wave и ZigBee используются только в гаджетах умного дома.
Вероятно, пользователи смогут управлять всей системой умного дома с помощью своего смартфона, не используя специальные мосты. Для ZigBee и Z-Wave такая возможность кажется недоступной, тогда как Bluetooth уже довольно близок к этому. Протокол вполне способен вытеснить другие беспроводные технологии и завоевать симпатию пользователей своей относительно низкой ценой и простотой в использовании.
Где купить умные устройства на основе BlueTooth?
Купить подобные устройства можно в магазине www.radiocopter.ru со скидкой, консультацией, гарантией и бесплатной доставкой.
