Беспроводной интерфейс. Как работает NFC, Bluetooth и почему вернулся ИК-порт?

07.10.2020
127

Доброго времени суток, дорогие наши подписчики! Во второй статье нашего познавательно-развлекательного цикла, о технологиях используемых в современных гаджетах, рассмотрим методы беспроводной передачи данных: NFC, Bluetooth и инфракрасный порт. Поехали.

NFC

В последние несколько лет технология NFC стремительно распространяется в среде электронных устройств и сегодня, присутствие в телефоне соответствующего чипа, становится нормой. Скачок связан с многократным увеличением продаж смартфонов и распространению интерфейсов для бесконтактной оплаты.

Однако ее история начинается намного раньше. В 1983 году, электротехник Чарльз Уолтон, запатентовал систему радиочастотной идентификации, состоящую из метки с записанными данными и устройства считывающего информацию, которая послужила основой для создания бесконтактного чипа. NFC, как WiFi и Bluetooth, прокладывает каналы связи по радиоволнам. Частоты используются в диапазоне –13,56 МГц.

Современный вид чип начал приобретать с 2004 года, когда компании Royal Phillips Electronics, Sony Corporation и Nokia организовали NFC Forum — некоммерческую ассоциацию для стандартизации и внедрения технологии в бытовую и портативную электронику. В течение семи последующих лет его участниками были определены три основных направления использования данного модуля:

  • Peer-to Peer. Позволяет двум устройствам с модулем NFC связываться и передавать информацию. Так, смартфоны могут обмениваться ссылками, контактами, сообщениями, фотографиями, настройками. Файлы должны быть маленького размера, из-за невысокой скорости передачи данных, а гаджеты находится в поле действия связи, на расстоянии нескольких сантиметров. Также P2P соединение используется для быстрого сопряжения двух устройств и дальнейшей передачи файлов через Bluetooth или WiFi.
  • Считывание/запись меток. Активное NFC-устройство, смартфон, связывается с пассивной меткой/тегом для считывания или записи информации, например ссылки, текста, изображения, команды и др. Принцип работы напоминает сканирование смартфоном QR-кода, только вместо камеры данные извлекаются NFC-чипом.
  • Эмуляция карт. Наиболее распространенный метод использования технологии. Позволяет устройству с NFC играть роль смарт-карты (кредитка, карта метро, проездной) и осуществлять с его помощью бесконтактную оплату.

В марте 2011 года к форуму присоединяется Google и спустя два месяца анонсирует приложение Google Wallet для привязки банковской карты к чипу NFC. На сегодня насчитываются десятки сервисов для бесконтактной оплаты. Google Pay, Apple Pay и Samsung Pay наиболее распространенные среди них, хоть и последний в Украине недоступен до сих пор.

Bluetooth

В 1994 году шведская компания Ericsson Communication начала разработку единого стандарта беспроводной связи для всех видов электронной устройств, который решил бы проблемы их совместимости при подключении и использовании для этого кабеля. С физического уровня передачи данных решено было перейти на радиоэфирный. Для разработки технологии, в 1998 году к Ericsson Communication присоединились Nokia, IBM, Intel и Toshiba объединившиеся в группу Special Interest Group.

В свое время, с похожим намерением, действовал датский король Харальд I Синезубый. Около тысячи лет назад, он прославился тем, что объединил враждующие датские, шведские и норвежские племена в единое королевство, а также своим специфически темным цветом передних зубов, за что получил прозвище – Синезубый, которое на английском звучит, как Bluetooth. Именно в честь скандинавского правителя, участниками группы, была названа технология беспроводного объединения. Первая спецификация Bluetooth 1.0 была представлена командой, в том же 98-году.

Принцип действия Bluetooth основывается на использовании радиоволн определенной частоты: 2,4 - 2,4835 ГГц. При соединении двух устройств один играет роль передатчика, другой приемника. В случае создания сети: одно устройство передатчик, остальные приемники. Перед отправкой данных, передатчик разделяет файлы на пакеты с инструкцией по сборке исходного файла. Пакеты передаются, согласно алгоритму FHHS, при котором частота сигнала Bluetooth скачкообразно меняется, перепрыгивая с одной из 79 доступных частот на другую. Процессор приемника воссоздает целый файл из последовательно полученных частей и сохраняет в памяти устройства. При передаче, информация шифруется и кодируется.

Дальность действия сигнала Bluetooth 1.0 находилась в диапазоне до 10 м, а скорость передачи данных доходила до 1 Мб/сек. В 2004 году вышло обновление протокола до версии 2.0, который мог обеспечить скорость в 3 Мб/сек, а также снизил уровень энергопотребления. Спустя пять лет, обновленный Bluetooth 3.0, был способен передавать данные со скоростью 24 Мб/сек. В 2010 году выпущен протокол Bluetooth 4.0, дальность действия которого могла достигать 100 м, а энергопотребление снизилось в несколько раз по сравнению с прошлыми итерациями.

Устройства, соединенных последним протоколом Bluetooth 5.0, может разделять до 1500 м, однако расстояние многократно снижается из-за помех и преград на пути сигнала, даже в помещении. Скорость передачи данных доходит до 40 Мб/сек.

В последние несколько лет, технология стала еще больше востребована с распространением беспроводных наушников, колонок и смарт-часов.

ИК-порт

Первое появление инфракрасного порта датировано еще в 1979 году, когда компания Hewlett-Packard представила калькулятор, который с помощью инфракрасных волн выводил информацию на печать. После этого, много лет разработчики электронного оборудования предлагали приборы и устройства, которые могли бы передавать информацию используя открытый оптический канал в инфракрасном спектре, однако не получили широкого распространения, из-за проблем с совместимостью. Пока в 1993 году не был создан консорциум Infrared Data Association (IrDA), занимающийся разработкой единых стандартов и внедрения инфракрасного порта.

Реализация технологии, представляет собой пару из излучателя, в виде инфракрасного светодиода, и приёмника, в виде фотодиода, расположенных на каждом из сопряженных устройств. Передатчик посылает фотон инфракрасного спектра приемнику, который регистрируется фотодиодом и преобразовывается в электрический сигнал.

Технология была особо популярна в конце 90-х начале 2000-х годов, но постепенно вытеснялась более прогрессивными стандартами WiFi и Bluetooth, появившиеся в начале нулевых. Однако, теперь, становится актуальной вновь.

В период с начала 2000-х до середины 2010-х, производители бытовой техники, активно снабжали телевизоры, аудиосистемы, пылесосы инфракрасными портами и пультами для их управления, использовать которые не всегда удобно. Почувствовав необходимость, в 2013 году Samsung и HTC, выпускают флагманы Galaxy S4 и HTC One M7 с установленным инфракрасным портом, позволяющий управлять техникой прямо со смартфона. В последние годы все больше в небытие уходят пульты управления, т.к. их роль выполняют смартфоны, благодаря установленному инфракрасному порту.

Заключение и анонс

Теперь мы, чуточку больше знаем о работе интерфейсов позволяющих через смартфон оплачивать покупки, подключать к нему колонку или с его помощью управлять бытовой техникой. В следующем материале рассмотрим как работает WiFi 6 и насколько опасен 5G.

О том, что вы думаете поводу такого формата, делитесь в комментариях. Нам важно знать ваше мнение!