Книги, научные публикации
Pages: | 1 | 2 | 3 | -- [ Страница 1 ] --
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 6 1.1. Происхождение
Bluetooth.............................................................................. 6 1.2. Название........................................................................................................ 7 1.3. Технология Bluetooth.................................................................................... 8 1.4. Типы связи..................................................................................................... 8 1.5. Произвольная (ad hoc) организация сети...................................................... 9 1.6. Голос по Bluetooth......................................................................................... 9 1.7. Видео по Bluetooth....................................................................................... 10 1.8. Радиолиния.................................................................................................. 1.9. Интерференция............................................................................................. 1.10. Экология....................................................................................................... 1.11. Персональные сети....................................................................................... 1.12. Топология Bluetooth..................................................................................... 1.13. Защита информации...............................................................=................... 1.14. Infrared.......................................................................................................... Авторы знакомят читателей с одной из наиболее динамично развивающихся 1.15. Infrared и Bluetooth....................................................................................... беспроводных технологий связи, получившей широкую известность в мире как 1.16. Отличия в скорости....................................................................................... Bluetooth технология.
1.17. Проводная и беспроводная сеть................................................................... Данная книга несомненно принесет пользу разработчикам, которые найдут в ней 1.18. Коммутируемый выход в Интернет.............................................................. конкретные технические характеристики, особенности реализации и смогут 1.19. Беспроводные локальные сети..................................................................... 1.20. Сети HomeRF................................................................................................ изучить интересующие их разделы технических требований;
менеджерам, 1.21. Преимущества Bluetooth.............................................................................. инвесторам, пользователям, сетевым операторам, а также широкому кругу 1.22. Внедрение технологии.................................................................................. читателей, интересующихся проблемами беспроводной передачи данных.
1.23. Проблемы Bluetooth..................................................................................... 1.24. Программа квалификации Bluetooth........................................................... 1.25. Рынок для Bluetooth..................................................................................... 1.26. Резюме........................................................................................................... РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ........................................................................... 2.1. Руководство к чтению технических требований Bluetooth........................... 2.2. Ядро.............................................................................................................. 2.2.1. Радио............................................................................................................ 2.2.2. Baseband....................................................................................................... 2.2.3. Протокол управления связью....................................................................... 2.2.4. L2CAP.......................................................................................................... 2.2.5. Протокол обнаружения услуг...................................................................... 2.2.6. RFCOMM..................................................................................................... 2.2.7. Взаимодействие с IrDA................................................................................ 2.2.8. Протокол управления телефонией............................................................... 2.2.9. Требования к взаимодействию для использования Bluetooth в качестве WAP Bearer.................................................................................................. 2.2.10. Интерфейс хост-контроллера Bluetooth...................................................... 2.2.11. Транспортный уровень HCI USB................................................................. 2.2.12. Транспортный уровень HCI RS232............................................................. 2.2.13. Транспортный уровень HCI UART.............................................................. 2.2.14. Тестирование................................................................................................ 4.7. Bluetooth в промышленности.................................................................... 2.2.16. Интерфейс управления тестированием........................................................ 4.8. Bluetooth в медицине................................................................................. 2.3. Заимствованные протоколы......................................................................... 4.9. Bluetooth в доме......................................................................................... 2.3.1. Point-to-Point............................................................................................... 4.10. Bluetooth в автомобиле.............................................................................. 2.3.2. TCP/UDP/IP............................................................................................... 4.11. Системы оплаты.......................................................................................... 2.3.3. ОВЕХ........................................................................................................... 4.12. Ограничение использования мобильных телефонов.................................. 2.3.4. WAP............................................................................................................. 4.13. Мобильная электронная коммерция........................................................... 2.3.5. WAE............................................................................................................. 2.3.6. Форматы содержимого................................................................................. 95 4.14. Резюме......................................................................................................... 2.3.7. Резюме.......................................................................................................... РАЗДЕЛ 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... 2.4. Профили....................................................................................................... 5.1. Будущее технологии Bluetooth................................................................... 2.4.1. Профиль общего доступа.............................................................................. 5.2. Новые рабочие группы и профили............................................................. 2.4.2. Профиль последовательного порта.............................................................. 5.3. Радио 2.0 и рабочие группы по совместимости........................................... 2.4.3. Профиль приложения обнаружения услуг................................................. 5.4. Рабочие группы по расширению и усовершенствованию Bluetooth........... 2.4.4. Профиль общего обмена объектами........................................................... 5.5. Рабочие группы по разработке новых приложений.................................... 2.4.5. Профиль внутренней связи........................................................................ 5.6. Структура беспроводной связи третьего поколения................................... 2.4.6. Профиль беспроводной телефонии............................................................ 5.7. Роль Bluetooth в беспроводной связи третьего поколения......................... 2.4.7. Профиль гарнитуры................................................................................... 2.4.8. Профиль коммутируемого выхода в сеть.................................................. Сайты некоторых компаний, занимающихся разработкой Bluetooth.......................................... 2.4.9. Профиль факса........................................................................................... Английские сокращения........................................................................................................................ 2.4.10. Профиль доступа к локальной сети............................................................ Список литературы................................................................................................................................. 2.4.11. Профиль передачи файлов......................................................................... 2.4.12. Профиль помещения объекта в стек.......................................................... 2.4.13. Профиль синхронизации........................................................................... ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ................................................................... 3.1. Обзор технологии и архитектуры построения Bluetooth систем............... 3.2. Архитектура аппаратного модуля.............................................................. 3.3. Особенности построения модулей Bluetooth.............................................. 3.4. Элементная база Bluetooth (vl.l) фирмы Ericsson.................................... 3.4.1. Модуль Bluetooth ROK 101 007................................................................. 3.4.2. Радио модуль РВА 313 02........................................................................... 3.4.3. Bluetooth Baseband контроллер РВМ 990 90/2.......................................... 3.5. Bluetooth модули компании Mitsumi......................................................... 3.6. Обзор модулей Bluetooth от различных фирм производителей................. 3.7. Антенны для устройств Bluetooth.............................................................. 3.8. Отладочные и вспомогательные средства для разработки изделий на основе Bluetooth..................................................................................... 3.9. Экономичные режимы работы устройств Bluetooth.................................. 3.10. Электромагнитная совместимость сетей Bluetooth и других технологий................................................................................... 3.11. Пути снижения себестоимости проектируемых устройств Bluetooth........ 3.12. Реализация Bluetooth в России.................................................................. ПРИЛОЖЕНИЯ BLUETOOTH.......................................................................... 4.1. Мобильный офис........................................................................................ 4.2. Организация презентаций.......................................................................... 4.3. Организация видеоконференций................................................................ 4.4. Совместная работа групп пользователей.................................................... 4.5. Синхронизация данных.............................................................................. 4.6. Доступ к локальной сети и сети Интернет................................................. требований, такие как радио, baseband, протокол управления связью, протокол об наружения услуг, транспортный уровень и взаимодействие Bluetooth с различны ми протоколами связи. Документ Profiles определяет протоколы и процедуры, не обходимые для взаимодействия различных типов приложений Bluetooth.
Для формирования группы учредителей (Promoter group) к пяти компаниям-ос Раздел нователям Bluetooth SIG присоединились компании 3Com, Lucent, Microsoft и Motorola. Группа учредителей обладает привилегией возглавлять работу Bluetooth SIG, создавая форум для усовершенствования технических требований Bluetooth и для проверки взаимодействия [1].
ВВЕДЕНИЕ С апреля 2002 года в рабочую группу Bluetooth SIG входит российская компа ния Kedah Electronics Engineering (KEE) из города Зеленограда (Москва).
Настоящая книга посвящена одной из наиболее динамично развивающихся бес проводных технологий связи, получившей широкую известность в мире как 1.2. Название Bluetooth технология. Книга адресована самому разнообразному кругу читателей:
Инженеры фирмы Ericsson назвали новую беспроводную технологию Bluetooth по лобывателям, желающим понять проблему, инженерам-проектировщикам, ко имени прославленного датского короля викингов. Гаральд Блатан (Harald Blatand) торые найдут в книге конкретные технические характеристики и алгоритмы рабо пребывал на троне с 940 по 985 год и ему приписывается роль правителя, объеди ты или будут ориентированы к интересующим их разделам технических требова нившего страну.
ний, а также инженерам-интеграторам, которые используют технологию Bluetooth Blatand вольно переводится на английский язык как Bluetooth (Голубой зуб).
для создания конкретных технических систем.
Но это никак не связано с цветом его зубов. Такое прозвище он получил из-за сво их темных-волос (Ыа Ч темный) и высокого роста (tan Ч великий), что было боль 1.1. Происхождение Bluetooth шой редкостью среди викингов [2].
В 1994 году Ericsson Mobile Communications, всемирная телекоммуникационная Целью беспроводной технологии Bluetooth является обеспечение консолидации и компания, основанная в Швеции, приступила к исследованию осуществимости ма согласованности Ч а именно, дать возможность различным устройствам связы ломощного, дешевого радио интерфейса между мобильными телефонами и их ак ваться без проводов по общепринятому стандарту. Именно так разработчики фир сессуарами. Целью исследования было нахождение способа устранения проводных мы Ericsson объясняют свой выбор названия технологии Ч Bluetooth.
соединений мобильными телефонами и PC-картами, телефонными гарнитурами, настольными компьютерами и другими устройствами. Исследования были частью большого проекта, направленного на разработку радиоинтерфейса, позволяющего различным устройствам связи подключаться к сотовой сети с помощью мобильных телефонов. Специалисты компании пришли к выводу, что связь в таком соединении должна быть радио линией ближнего действия. По мере развития проекта стало яс но, что приложения для радио линии ближнего действия фактически безграничны.
Разработки Ericsson в этой области привлекли внимание компаний IBM, Intel, Nokia и Toshiba. В мае 1998 года эти компании сформировали специальную рабо чую группу Bluetooth Special Interest Group (SIG), которая к июлю 2002 года уве личилась до 3000 компаний, развиваясь быстрее, чем все остальные беспроводные консорциумы. Компании совместно разработали технические требования Bluetooth 1.0, которые были опубликованы в июле 1999 года. С февраля 2001 года действуют технические требования Bluetooth 1.1. Технические требования состоят из двух документов: ядро (Core), которое представляет технические требования на проектирование;
и профили (Profiles), которые представляют руководство к взаи Рис. 1.1. Стилизованный рунический камень, посвященный датскому королю, установленный на модействию приложений. Документ Core определяет составляющие технических территории компании Ericsson в Швеции уведомление об этом посылается в заголовке возвратного пакета, таким образом, в 1.3. Технология Bluetooth повторной передаче нуждаются только потерянные или ошибочные биты.
Технические требования Bluetooth определяют создание законченного решения, Синхронная связь, ориентированная на установление соединения, поддерживает содержащего аппаратное и программное обеспечение и требования к взаимодейст симметричные соединения point-to-point с коммутацией каналов, которые обычно вию с другими устройствами. Набор технических требований Bluetooth, разрабо используются для передачи голоса. Для передачи голоса доступны три синхронных танный Ericsson и другими компаниями, отвечает требованиям беспроводной связи канала, каждый со скоростью передачи 64 кбит/сек. Эти каналы образуются путем ближнего действия для произвольной организации сети. Baseband-протокол использования либо импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation Ч Bluetooth определяет коммутацию каналов и коммутацию пакетов, позволяя, таким PCM), либо дельта-модуляции с переменной крутизной (Continuous Variable-Slope образом, осуществлять передачу голоса и данных.
Delta modulation Ч CVSD). PCM является стандартом кодирования речи из анало Беспроводная технология Bluetooth реализована в малогабаритных, недорогих говой формы в цифровой формат для передачи по коммутируемой телефонной се приемопередатчиках ближнего действия, которые интегрированы в существую ти общего пользования (Public Switched Telephone Network Ч PSTN). Стандарт щие платы, либо включаются в адаптерные устройства, например PC-карты для CVSD обеспечивает большую защищенность передаваемых сигналов от интерфе ноутбуков, адаптеры для принтеров и т.д. Как определено специальной рабочей ренции и таким образом, лучше чем РСМ подходит для передачи голоса по беспро группой Bluetooth SIG, при массовом производстве чипсетов, их цена не должна водному каналу. Требуемая схема кодирования голоса выбирается после согласо превышать $5.
вания с администратором связи (Link Manager Ч LM) каждого устройства Беспроводная технология Bluetooth использует общедоступный нелицензируе Bluetooth [3].
мый ISM диапазон частот 2.4 ГГц. ISM диапазон (ISM Ч Industrial, Science, Medical Ч диапазон, отведенный для промышленных, научных и медицинских целей) 1.5. Произвольная (ad hoc) организация сети включает частотные диапазоны 902-928 МГц и 2.4-2.483 ГГц, которые не требуют лицензии для его использования. Использование общего нелицензируемого Технические требования Bluetooth определяют возможность произвольной ор частотного диапазона означает, что устройства, использующие беспроводную тех- ганизации сети для передачи данных путем установления быстрой радиосвязи с нологию Bluetooth, могут связываться между собой вне зависимости от того, в ка- одним или несколькими устройствами, как только они оказываются в зоне дей кой стране мира они находятся [1]. ствия друг друга. Каждое устройство имеет уникальный 48-битный МАС-адрес (MAC Ч Medium Access Control Ч управление доступом к среде), совместимый с форматом стандарта IEEE 802.11х для локальных сетей (Local Area Network Ч 1.4. Типы связи В технических требованиях Bluetooth определены два типа связи для передачи го- LAN). Если мобильный телефон, использующий беспроводную технологию Bluetooth, оказывается в зоне действия другого мобильного телефона Bluetooth, то лоса и данных: асинхронная связь без установления соединения (Asynchronous разговор может происходить по локальной радио линии point-to-point. Так как Connectionless Ч ACL) и синхронная, ориентированная на соединение (Synchronous соединение не требует провайдера услуг связи, то нет платы за использование Connection-Oriented Ч SCO). ACL связь поддерживает потоки данных на основе канала связи [1].
максимальных усилий (best effort). Это значит, что сетевые ресурсы выделяются по возможности, т.е. только те, которые свободны в данный момент времени.
1.6. Голос по Bluetooth Передаваемая информация может быть данными пользователя или управляющими Технические требования Bluetooth позволяют организовывать телефонные соеди данными. SCO связь поддерживает голосовые и мультимедийные потоки данных в нения тремя различными способами.
реальном времени, используя отведенную полосу частот. И данные, и голос Первый Ч когда телефоны в доме или офисе работают как беспроводные теле передаются в форме пакетов. Технические требования Bluetooth предусматривают фоны, соединяясь с коммутируемой телефонной сетью общего пользования. Этот одновременную поддержку ACL и SCO связи.
сценарий включает в себя звонки через базовую станцию, прямые звонки между Асинхронная связь без установления соединения поддерживает симметричные и двумя терминалами через базовую станцию и получение доступа к дополнитель асимметричные соединения point-to-multipoint с коммутацией пакетов, которые обычно используются для передачи данных. Для симметричных соединений мак- ным услугам, которые предоставлены внешней сетью.
симальная скорость передачи данных равна 433.9 кбит/сек в обоих направлениях, Второй Ч когда телефоны, использующие беспроводную технологию Bluetooth, передачи и приема. Для асимметричных соединений максимальная скорость пере- напрямую соединяют с другими телефонами, работая как переносные радиостан дачи данных равна 723.2 кбит/сек в направлении передачи и 57.6 кбит/сек в на- ции (лwalkie-talkie) или гарнитуры. При таком сценарии организации двусторон правлении приема. Если на принимающем устройстве обнаруживаются ошибки, ней внутренней связи, не придется платить за соединение.
ним из соучредителей Bluetooth SIG, поддерживают кодирование и декодирование видео сигналов в формат MPEG-4. Эта система включает передачу изображений, отснятых портативной цифровой видеокамерой, их сжатие с использованием фор мата MPEG-4 и передачу по беспроводному радиоканалу Bluetooth на другое уст ройство, например, на рабочую станцию, где они потом могут редактироваться. На рис. 1.3 представлена цифровая видеокамера Panasonic NV-EX21 со встроенным интерфейсом Bluetooth.
Рис. 1.2. Мобильный телефон Siemens S55 и беспроводная телефонная гарнитура Bluetooth Третий Ч когда телефоны работают как мобильные телефоны, соединенные с со товой инфраструктурой. При этом оплата разговоров производится по тарифу опе Рис. 1.3. Видеокамера Panasonic NV-EX21, имеющая встроенный интерфейс Bluetooth ратора сотовой связи.
Связь между устройствами происходит по протоколу TCP/IP, который работает Беспроводная технология Bluetooth поддерживает три одновременных голосо поверх протокола канального уровня Bluetooth. Протокол TCP/IP является ос вых канала. Кроме того, для голосовых соединений ближнего действия типа новой для протокола передачи в реальном времени (Real-time Transfer Protocol Ч walkie-talkie, голосовой канал может быть использован для радиосвязи между RTP), который обеспечивает правильную синхронизацию видео пакетов. Скорость гарнитурой и мобильным телефоном, позволяя освободить руки, что бывает очень передачи при этом равна всего десяти кадрам в секунду в формате QCIF (Quarter удобно, например, при вождении автомобиля.
Фирмой Siemens разработана телефонная гарнитура со встроенным приемопере- Common Intermediate Format Ч вариант формата CIF с уменьшенным вчетверо разрешением, CIF Ч единый промежуточный формат). Таким образом, качество датчиком Bluetooth (рис. 1.2). Радио сигнал служит соединительным звеном между гарнитурой и модулем Bluetooth в мобильном телефоне. Это означает, что в про- изображения хуже чем то, которое предлагается телевидением (25 кадров в секун цессе разговора можно носить телефон на ремне или отложить его в сторону и на- ду). Компания Toshiba работает над улучшением качества изображения и скорости передачи кадров. Интегральные схемы от Toshiba для кодирования и декодирова ходиться поблизости. Для приема входящего звонка нужно просто нажать кнопку на гарнитуре. При исходящем вызове используется голосовой набор. Телефон мо- ния видеоинформации в формате MPEG-4 обеспечивают очень высокие рабочие характеристики. Кроме того, эти схемы имеют малое потребление мощности, что жет находиться на расстоянии до 10 метров: в портфеле, в кармане пальто или даже делает их эффективными для использования в беспроводных приложениях, осо в другой комнате.
Технология передачи данных в инфракрасном диапазоне (Infrared) также поддер- бенно в мобильных терминалах и устройствах связи третьего поколения.
Для качественной передачи видеоинформации экспертная группа по вопросам живает передачу голоса. В спецификации инфракрасной технологии для связи с по движущегося изображения (Moving Picture Experts Group Ч MPEG), созданная в движными объектами (Infrared for Mobile Communications Ч IrMC) разработанной 1988 г. по инициативе Международной организации по стандартизации (Interna ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (Infrared Data Association Ч IrDA) предусмотрен метод цифровой передачи голоса по инфракрасному каналу свя- tional Organization for Standardization Ч ISO) и Международной электротехничес зи в реальном масштабе времени (Real-Time CONnection Ч RTCON). Однако это воз- кой комиссии (International Electrotechnical Commission Ч IEC) разрабатывает можно только при условии, что обе стороны канала занимают определенное положе- форматы сжатия аудио и видео сигналов.
ние относительно друг друга. Расстояние между устройствами не должно превышать MPEG-2 Ч стандарт сжатия движущегося изображения и звука состоит из трех частей. Видеочасть стандарта описывает кодированный битовый поток для высо 1 метра, а угол инфракрасного луча не должен отклоняться более чем на 30 градусов.
кокачественного цифрового видео. MPEG-2 является совместимым расширением MPEG-1.
1.7. Видео по Bluetooth Помимо голоса технология Bluetooth поддерживает передачу видеоинформации MPEG-4 Ч стандарт сжатия движущегося изображения и звука для мультиме между устройствами. Интегральные схемы, разработанные компанией Toshiba, од- дийных приложений. Существует новый стандарт MPEG-7, определяющий про- граммные средства и интерфейс для мультимедийных данных, обрабатываемых в на преимущественно на персональные сети пользователей, устройства Bluetooth мо соответствии с вышеописанными стандартами MPEG. В 2000 году началась работа гут оказаться в зоне действия беспроводной сети 802.11b. При работе устройств над созданием формата MPEG-21 Multimedia Framework. Получить последнюю Bluetooth в непосредственной близости от LAN 802.1 lb возможны взаимные поме информацию об этих стандартах можно на Интернет-сайте экспертной группы по хи, приводящие к ошибкам передачи. Когда это происходит, схемы коррекции оши вопросам движущегося изображения по адресу www.cselt.it/mpeg/. бок LAN 802.11b и Bluetooth восстанавливают ошибочные биты. Использование Ключевым элементом MPEG-4 является формат сжатия видеосигнала, эффек- различных законов скачкообразной перестройки частоты этих сетей, а также и раз тивный для приложений, характеризующихся неустойчивой передачей данных, личных методов расширения спектра уменьшает вероятность интерференции [4].
включая приложения, работающие по беспроводным каналам связи. Компания Toshiba добавила функцию исправления ошибок для предотвращения ухудшения 1.10. Экология качества изображения, которое происходит из-за ошибок при обмене данными [1].
Электромагнитное излучение от устройств, использующих беспроводную техноло гию Bluetooth регламентируется стандартом. Согласно этому стандарту модуль 1.8. Радиолиния Bluetooth не будет интерферировать или вредить общественному и частному теле Радиолиния Bluetooth, использующая технологию расширения спектра со скачко коммуникационному сетевому оборудованию и не будет подвергать опасности по образной перестройкой частоты, устойчива к интерференции и замираниям. Как требителей, находящихся в зоне действия устройств Bluetooth [5].
известно, расширение спектра является методом цифрового кодирования, в кото ром исходный сигнал преобразуется таким образом, что для случайного слушателя 1.11. Персональные сети он становится больше похожим на шум. Операция кодирования увеличивает коли Одной из общих целей, которую преследует институт инженеров по электротехни чество передаваемых битов и расширяет используемую полосу пропускания.
ке и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers Ч IEEE) и специ Используя такой же расширяющий код как и в передатчике, приемник сжимает альная рабочая группа Bluetooth SIG, является глобальное использование беспро расширенный сигнал обратно к исходной форме. Сигнал, передаваемый в расши водных персональных сетей (Personal Area Network Ч PAN). Рабочая группа IEEE ренной полосе частот, более устойчив к различным помехам, что повышает надеж 802.15 создает стандарты, которые обеспечат фундамент для широкого внедрения ность передачи данных и голоса. При псевдослучайной скачкообразной перестрой взаимодействующих устройств, путем установления общих правил для беспровод ке частоты, т.е. перескоках сигнала с одной частоты на другую по закону псевдошу ных цифровых коммуникаций.
мовой последовательности, беспроводные системы становятся более конфиденци Целью рабочей группы IEEE 802.15 является создание единого стандарта, кото альными, т.е. защищенными от подслушивания [3].
рый будет эффективно сосуществовать с другими беспроводными сетями, так как технологии LAN IEEE 802.11b, PAN IEEE 802.15 и беспроводная технология 1.9. Интерференция Bluetooth специально спроектированы для устройств, используемых в доме или Расширение спектра позволяет бороться с интерференцией от других устройств, офисе.
работающих в этом же диапазоне частот 2.4 ГГц. К таким устройствам относятся В таблице 1.1 приведены рабочие характеристики изделий Bluetooth, работаю микроволновые печи, беспроводные телефоны, а также некоторые беспроводные щих в диапазоне 2.4 ГГц [1].
локальные сети, использующиеся в офисах. В беспроводной технологии Bluetooth каждое устройство перестраивает свою частоту 1600 раз в секунду, используя 1.12. Топология Bluetooth частотных каналов. Выбор частотного канала происходит псевдослучайным обра Устройства в пикосети могут быть двух типов: основное устройство Ч мастер (mas зом. Устройство, инициирующее связь (мастер), сообщает другому устройству ter) и подчиненное устройство (slave) (рис. 1.4). Мастер Ч это устройство в пикосе (подчиненному) последовательность перестройки частоты, которая будет исполь ти, чьи часы и последовательность скачкообразной перестройки частоты использу зоваться. При наличии интерференции на одной частоте связь будет прервана на ются для синхронизации всех подчиненных устройств. В пикосети может быть время, равное длительности совпадения частот, т.е. всего на миллисекунды. Для только один мастер. Устройство, которое выполняет процедуры вызова и устанав увеличения надежности связи система может посылать три копии каждого бита ливает соединение по умолчанию является мастером соединения. Подчиненными данных.
устройствами в пикосети являются те, которые синхронизированы к часам мастера Беспроводная технология Bluetooth и беспроводные локальные сети (Wireless и к его последовательности скачкообразной перестройки частоты.
Local Area Networks Ч WLAN), основанные на стандарте 802.1 lb, работают в одном Топология сети Bluetooth описана как структура с несколькими пикосетями.
и том же диапазоне радиочастот 2.4 ГГц. Так как технология Bluetooth ориентирова- Технические требования Bluetooth определяют как соединения point-to-point, так Таблица 1.1. Рабочие характеристики изделий Bluetooth Особенность/Функция Характеристика Тип связи Расширение спектра (скачкообразная перестройка частоты) Диапазон частот ISM диапазон 2.4 ГГц Мощность передачи 1-100 мВт Скорость передачи данных 1 Мбит/сек Дальность До 10 метров (возможность расширения до 100 метров) Количество устройств в сети До восьми устройств в пикосети, до 10 пикосетей Голосовые каналы ДоЗ Для аутентификации используется 128-битный ключ;
для Защита данных кодирования размер ключа может составлять от 8 до 128 бит Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который Адресация используется для установления соединения с другими устройствами и point-to-multipoint, поэтому при необходимости могут быть установлены и связа Рис. 1.5. Пример рассредоточенной пикосети ны между собой несколько пикосетей. Такая топология называется рассредоточен ной сетью (scatternet) (рис. 1.4, с).
Пример реальной рассредоточенной пикосети представлен на рис. 1.5. Пикосети разных пикосетях с помощью временного разделения каналов (Time Division не согласованы, скачкообразная перестройка частоты в них происходит независи Multiplexing Ч TDM). Это позволяет модулю последовательно работать в разных мо. Несколько пикосетей могут быть связаны между собой произвольным образом, пикосетях, в любой момент времени будучи активным только в одной из них.
так что каждая пикосеть определяется своей последовательностью скачкообразной С помощью протокола обнаружения услуг беспроводная технология Bluetooth перестройки частоты. Все устройства, объединенные в пикосеть, синхронизирова предоставляет широкие возможности для организации сети, включая создание пер ны к этой последовательности. Хотя в нелицензированном ISM диапазоне не допу сональных сетей, где все устройства отдельного пользователя могут связываться скается синхронизация нескольких пикосетей, модули Bluetooth могут работать в между собой по радиоканалу. Технические меры безопасности гарантируют, что устройства Bluetooth не будут несанкционированно взаимодействовать друг с дру гом в общественных местах.
1.13. Защита информации Защита информации является важным фактором любой технологии связи. Техни ческие требования Bluetooth определяют несколько возможностей защиты инфор мации. Помимо ограниченного радиуса действия и использования скачкообразной перестройки частоты, что чрезвычайно затрудняет перехв.ат сигнала, технические требования Bluetooth определяют также функции аутентификации и кодирования.
Аутентификация предотвращает нежелательный доступ к важным данным и функ циям, и исключает доступ хакерам, которые попытаются выдавать себя за зарегист рированных пользователей. Кодирование скремблирует данные в процессе переда чи для предотвращения подслушивания и для поддержки конфиденциальности связи.
Рис. 1.4. Варианты объединения в сеть устройств Bluetooth Кроме того, технические требования Bluetooth определяют формирование сеан a) пикосеть с одним подчиненным устройством b) пикосеть с несколькими подчиненными устройствами сового ключа, действующего только в одном сеансе передачи сообщений, который c) пикосеть с несколькими мастерами Ч рассредоточенная сеть (scatternet) может быть изменен в любое время в течение соединения.
Безопасность очень важна не только для обеспечения конфиденциальности со- 1.15. Infrared и Bluetooth общений и файлов в процессе их передачи, но и для обеспечения сохранности сде- Используемый в технологии Bluetooth широкополосный радиоканал с псевдослу лок электронной коммерции. Таким образом, технические требования Bluetooth чайной перестройкой частоты позволяет проводить обмен данными, в случаях, ког обеспечивают гибкую архитектуру организации секретности, которая позволяет да этот обмен очень труден или совсем невозможен с использованием Infrared.
предоставлять доступ к доверенным устройствам и услугам и предотвращать до- Например, с использованием беспроводной технологии Bluetooth можно син ступ к недоверенным устройства и услугам.
хронизировать мобильный телефон с ноутбуком, не доставая телефон из кармана Фирма Nokia принадлежит к числу компаний, развивающих идею использова- или сумки. Это позволит набрать телефонный номер на компьютере и передать его ния телефонов и портативных компьютеров, оборудованных беспроводной техно- в телефонную книгу мобильного телефона, не устанавливая проводного соедине логией Bluetooth, в качестве персональных доверенных устройств, с помощью ния между этими устройствами. Всенаправленность Bluetooth позволяет прово которых пользователи могут загружать лэлектронные деньги в электронные ко- дить мгновенную синхронизацию, при условии, что телефон и компьютер находят шельки в банкомате (Automated Teller Machine Ч ATM) и оплачивать товары в ся в пределах взаимодействия друг друга.
кассовых терминалах (Point Of Sale Ч POS), расположенных в розничных магази- Использование технологии Bluetooth для связи не требует стационарности теле нах или в торговых автоматах.
фона. Это позволяет пользователю, находящемуся в радиусе действия, иметь пол Благодаря возможности организации режима секретности Bluetooth, недове- ную мобильность, что невозможно при использовании технологии Infrared. Более ренные или неизвестные устройства могут требовать авторизации для предостав- того, использование Infrared требует чтобы в процессе обмена информацией оба ус ления доступа. Доверенными устройствами являются те устройства, которые бы- тройства оставались стационарными [1].
ли предварительно аутентифицированы и им был разрешен доступ, основанный на их ключе связи. Для этих устройств, ключ связи может храниться в базе данных ус 1.16. Отличия в скорости тройства, которая определяет это устройство как доверенное на основе предыду При передаче данных Infrared имеет преимущество перед технологией Bluetooth щих попыток доступа.
v 1.1. В то время как при использовании беспроводной технологии Bluetooth vl.l Архитектура секретности технических требований Bluetooth аутентифицирует данные между устройствами передаются со скоростью 721 кбит/сек, Infrared обес только устройства, но не пользователей. Это значит, что доверенные устройства, печивает пропускную способность 4 Мбит/сек. Сейчас существуют более высоко которые были похищены, или заимствованы, могут быть использованы, как если скоростные версии Infrared, которые передают данные между устройствами со ско бы они все еще были в собственности законного владельца. Для аутентификации ростью до 16 Мбит/сек. Высокая скорость достигается с помощью протокола Very пользователей должны быть использованы дополнительные методы секретности Fast Infrared (VFIR), который спроектирован специально для передачи больших прикладного уровня, такие как ввод имени пользователя и пароля |6|.
файлов между цифровыми камерами, сканерами и персональными компьютерами.
При появлении технических требований Bluetooth v.2.0 максимальная скорость пе 1.14. Infrared редачи устройств Bluetooth увеличится до 12 Мбит/сек.
Многие устройства могут соединяться по оптическим линиям связи, таким как Infrared. Этот метод связи для передачи голоса и данных между устройствами ис- 1.17. Проводная и беспроводная сеть пользует инфракрасный диапазон волн. При этом типе связи сигнал должен иметь Важной особенностью обеих технологий является их способность создавать бес свободную, прямую траекторию распространения от одного устройства к другому, проводные соединения между портативными устройствами и проводными сетями.
а расстояние между устройствами не должно превышать одного метра [7]. Техно- Для организации сетей Bluetooth не требуется линии прямой видимости, поэтому логия связи Infrared предназначена для передачи данных или синхронизации фай- пользователи имеют большую свободу в расположении точек доступа к локальной лов только для соединений point-to-point. Беспроводная технология Bluetooth из- сети. Точка доступа Ч это приемопередатчик, который принимает радиосигналы от начально была разработана для организации сетей передачи данных и голоса на нескольких устройств и обеспечивает проводное соединение с локальной сетью.
расстояния до 100 метров.
Если устройство Infrared соединено с локальной сетью, оно должно оставаться Ключевой задачей технологий Infrared и Bluetooth является обмен данными стационарным во время сеанса передачи данных, в тоже время портативные уст между устройствами, например, передача электронной визитной карточки с мо- ройства Bluetooth могут перемещаться, оставаясь подключенными к точке доступа, бильного телефона на портативный компьютер или передача информации между пока пользователь находится в пределах зоны действия.
портативным компьютером и настольным ПК. Фактически обе технологии поддер- Для доступа устройств Bluetooth к проводной локальной сети компанией Red живают много одинаковых приложений.
М ( был создан концентратор доступа, а также малогаба- 1.18. Коммутируемый выход в Интернет Еще одним приложением, характерным для технологий Infrared и Bluetooth, явля ется эмуляция соединения EIA/TIA 232 между портативным компьютером и мо бильным телефоном, что позволяет устанавливать коммутируемые соединения с сетью Интернет. Технология Infrared хорошо подходит для этого типа приложений, в то же время основным достоинством технологии Bluetooth в данном случае является мобильность. В таблице 1.2 приведены рабочие характеристики устройств на основе Infrared [1].
Рис. 1.6. Концентратор доступа 3000AS для сетей Bluetooth компании Red-M Таблица 1.2. Рабочие характеристики Infrared Особенность/Функция Характеристика Тип связи Инфракрасное излучение, узкий луч (угол до 30 градусов) Диапазон частот Оптический Мощность передачи 100 мВт Скорость передачи данных 4 Мбит/сек (16 Мбит/сек, при использовании VFIR) Дальность До 1 метра Количество устройств в сети Два (2) Голосовые каналы Один(1) Рис. 1.7. Малогабаритная точка доступа 1000АР компании Red-M Защита данных Малый радиус действия и малый угол луча обеспечивает простую форму защиты;
на канальном уровне других возможностей защиты нет.
ритные точки доступа Bluetooth, предназначенные для расширения доступа (рис.
Адресация Каждое устройство имеет 32-битный физический 1.6, 1.7).
идентификатор (identifier Ч ID), который используется для установления соединения с другим устройством.
Компания Red-M также активно развивает проект, который называется Bluetooth PDA Office, в котором предлагается использование устройств Bluetooth, таких как ноутбуки и PDA в корпоративном офисе (рис. 1.8).
1.19. Беспроводные локальные сети Другим вариантом беспроводной связи является локальная сеть (LAN), работаю щая по стандарту 802.11Ь. Этот стандарт создан институтом инженеров по электро технике и электронике (IEEE) ( Беспроводные локальные сети стандарта 802.11b и Bluetooth предназначены для различных приложений. Как было сказано, устройства Bluetooth требуют малой мощности и предназначены для передачи малого объема данных со скоростью до 1 Мбит/сек на расстояние 10Ч 100 метров. Скорость передачи данных в стандарте 802.1 lb может колебаться от 1Ч2 Мбит/сек до 11 Мбит/сек, при дальности действия до нескольких сотен ме тров, что позволяет строить корпоративные сети в зданиях, где прокладка прово дов нецелесообразна или неэкономична, или где требуется гибкость конфигурации.
В обычной конфигурации беспроводной локальной сети, одна или несколько точек доступа подключаются к концентратору Ethernet, создавая соединение с проводной сетью. Точки доступа являются мостами (bridge), оснащенными приемопе редатчиками, которые обеспечивают интерфейс между проводными и беспроводны ми сетями (рис. 1.9). Точки доступа получают, буферизуют и передают данные Рис. 1.8. Локальная сеть, организованная с использованием сетевой инфраструктуры Red-M между беспроводной локальной сетью и инфраструктурой проводной сети. Одна точка Таблица 1.3. Рабочие характеристики беспроводных локальных сетей 802.1 lb доступа может поддерживать небольшую группу пользователей, которые подключа- ются к ней через LAN адаптеры на своих ПК или ноутбуках (рис. 1.10) [8].
Особенность/Функция Характеристика До определенного времени развитие беспроводных LAN сдерживалось отсутст Тип связи Расширение спектра (прямая последовательность вием технических средств для взаимодействия, которое стало возможным только с или скачкообразная перестройка частоты) появлением стандарта IEEE 802.11b. Кроме того, необходимо заметить, что для Диапазон частот ISM диапазон 2.4 ГГц большинства пользователей компоненты для реализации беспроводных локальных Мощность передачи 100 мВт, 500 мВт сетей все еще слишком дороги [9]. Скорость передачи данных 1 Мбит/сек и 2 Мбит/сек с использованием скачкообразной перестройки частоты;
11 Мбит/сек с использованием прямой Беспроводные локальные сети 802.1 lb могут обеспечивать передачу данных со [ i оследовател ьности скоростью до 11 Мбит/сек, используя расширение спектра с помощью прямой по Дальность До 100 метров следовательности (Direct Sequence Spread Spectrum DSSS), и со скоростью 1 или Количество устройств в сети Несколько устройств на одну точку доступа;
несколько точек 2 Мбит/сек, используя расширение спектра с помощью скачкообразной перестрой доступа в сети ки частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum Ч FHSS). При расширении спект Голосовые каналы Голос по Интернет-протоколу ра с помощью прямой последовательности узкополосный информационный сигнал Защита данных Аутентификация: вызов-ответ (challenge-response) между точкой доступа и клиентом по стандарту WEP (Wired умножается на опорный псевдослучайный сигнал с требуемыми свойствами. При Equivalent Privacy Ч защита информации, эквивалентная приеме полезная информация выделяется из широкополосного сигнала с исполь проводной сети). Кодирование: 128-битное зованием алгоритма свертки. При скачкообразной перестройке частоты полоса Адресация Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который пропускания делится на каналы шириной 1 МГц. Федеральная комиссия по связи используется для установления соединения с другим устройством (Federal Communications Commission Ч FCC) требует, чтобы передатчик использо вал как минимум 79 каналов хотя бы один раз за 30 секунд, что обеспечивает как минимум 25 скачкообразных перестроек частоты в секунду. Последовательность Хотя прямая последовательность (Direct Sequence Ч DS) обеспечивает большую скачкообразных перестроек частоты определяется псевдослучайной кодовой ком- скорость передачи данных, расширение спектра со скачкообразной перестройкой бинацией, вследствие чего сформированный сигнал воспринимается как шум с га- частоты более устойчиво к интерференции и предпочтительнее при жестких требо ваниях к обеспечению конфиденциальности связи.
уссовым законом распределения.
В таблице 1.3 приведены рабочие характеристики беспроводных локальных се тей 802.11b [1].
1.20. Сети HomeRF Другой беспроводной технологией, которая использует нелицензируемый ISM ди апазон 2.4 ГГц, является технология HomeRF. Эта технология поддерживается бо лее чем 100 компаниями, которые относятся к консорциуму HomeRF ( Многие из этих компаний входят также в специальную рабочую группу Bluetooth SIG. Технология HomeRF нацелена на построение бес проводных сетей в частных домах и малых офисах.
Спецификация HomeRF основана на протоколе совместного беспроводного до Рис. 1.9. Точка доступа к LAN 802.11b компании 3Com ступа (Shared Wireless Access Protocol Ч SWAP), который определяет общий ин терфейс, поддерживающий беспроводных сетей для передачи голоса и данных в пределах дома.
Протокол SWAP обеспечивает взаимодействие различных пользовательских электронных устройств от различных производителей, предлагая пользователям законченное сетевое решение, которое поддерживает как информационные, так и голосовые потоки данных, а также взаимодействие с коммутируемой телефон Рис. 1.10. PC-карта 802.11b для ноутбука компании 3Com ной сетью общего пользования и сетью Интернет. Например, шлюз для цифро- Появление в марте 2001 г. спецификаций HomeRF 2.0 позволило увеличить мак симальную скорость передачи с 2 до 10 Мбит/сек. По заявлениям членов консор циума HomeRF, следующие версии спецификаций будут поддерживать скорость передачи до 20 Мбит/сек.
В таблице 1.4 приведены рабочие характеристики изделий на основе технологии HomeRF 2.0 [10].
Таблица 1.4. Рабочие характеристики технологии HomeRF 2. Особенность/Функция Характеристика Тип связи Расширение спектра (скачкообразная перестройка частоты) Рис. 1.11. Беспроводной шлюз первого поколения компании Intel. AnyPoint Wireless Home Network работает как точка соединения для беспроводных устройств находящихся в помещение, Диапазон частот ISM диапазон 2.4 ГГц а также DSL соединение для доступа в Интернет Мощность передачи 100 мВт Скорость передачи данных 10 Мбит/сек вой абонентской линии (Digital Subscriber Line Ч DSL), поддерживающий Дальность Охватывает обычный дом и двор SWAP (рис. 1.11), может обеспечивать точку соединения для беспроводных уст- Количество устройств в сети До 127 устройств в сети Голосовые каналы До шести (6) ройств, при этом цифровая абонентская линия предоставляет услуги высокоско Защита данных Алгоритмы кодирования Blowfish (более 1 триллиона кодов) ростной передачи данных, телефонии и цифрового видео. Поддерживая SWAP, Адресация Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который шлюз позволяет получать доступ в Интернет одновременно для нескольких або используется для установления соединения с другим устройством нентов [1].
Ниже приведены некоторые примеры использования SWAP в различных прило Беспроводные сети HomeRF могут иметь максимум 127 узлов. Узлы могут быть жениях [10]:
четырех основных типов:
Х Установка беспроводной домашней сети для передачи голоса и данных между Х Точка соединения для поддержки услуг передачи голоса и данных персональными компьютерами, периферийными устройствами, беспроводными те Х Речевой терминал, который использует TDMA-доступ для связи с базовой лефонами.
станцией Х Совместное использование файлов/модемов/принтеров в помещении с боль Х Узел данных, который использует CSMA/CA-доступ для связи с базовой шим количеством ПК.
станцией и другими узлами данных Х Переадресация входящих телефонных звонков на многочисленные беспровод Х Интегральный узел, который может использовать как TDMA, так и ные телефонные гарнитуры, аппараты факсимильной связи и почтовые ящики ре CSMA/CA.
чевой корреспонденции (voice mailbox).
Системы SWAP могут работать либо как сети с произвольной структурой, либо Х Просмотр входящих голосовых, факсимильных и e-mail сообщений с беспро как сети под управлением точки соединения, где поддерживается только передача водных телефонов.
данных, все станции равноправны и управление сетью распределено между станци Х Активизация электронных систем, используя голосовое распознавание.
ями.
Х Командные компьютерные игры на ПК или по сети Интернет.
В технологии HomeRF используется метод расширения спектра со скачкообраз- Возможно, потребители захотят использовать как устройства HomeRF, так и ной перестройкой частоты. Технология рассчитана на передачу разных типов тра- Bluetooth. Несмотря на ключевые различия между беспроводными технологиями фика Ч данных, голоса и потокового мультимедиа. В качестве метода доступа к HomeRF и Bluetooth, некоторыми компаниями (в частности, Texas Instruments) среде передачи при транспортировке голоса используется метод множественного прилагаются усилия для создания двухрежимной системы, которая позволит уст доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access Ч ройству динамически переключаться с HomeRF на Bluetooth, и наоборот.
TDMA), заимствованный у сетей DECT. При транспортировке трафика данных 1.21. Преимущества Bluetooth используется метод множественного доступа с контролем несущей и избежанием конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Ч CSMA/CA), В настоящее время существует потребность в экономичной беспроводной тех аналогичный применяемому в сетях 802.1 lb. нологии связи, которая будет удобной, надежной, простой в использовании, не будет требовать прямой видимости и в то же время дешевой. Из многих появля ющихся беспроводных решений для компьютерного и коммуникационного рынка, только беспроводная технология Bluetooth удовлетворяет всем этим требованиям.
Технические требования Bluetooth являются спецификацией глобальной тех нологии для беспроводной связи с низкой стоимостью. По существу, технология Bluetooth предназначена для устранения кабельных соединений между компью терами, периферийными устройствами и другими электронными устройствами.
Например, для передачи данных между портативным компьютером и ПК, обычно нужен соответствующий кабель. Устранение проводов с помощью беспроводной Рис. 1.13. Карманный компьютер Visor компании Handspring технологии Bluetooth делает рабочую среду более безопасной. При отсутствии проводов рабочее пространство выглядит и ощущается более удобным и привле кательным.
Кроме устранения обычной паутины проводов, беспроводная технология Bluetooth также позволяет устройствам связываться, как только они появляются в зоне действия друг друга. Фактически одним из главных преимуществ беспровод ной технологии Bluetooth является то, что устройства не требуют настройки, Ч они Рис. 1.14. Bluetooth адаптер Blade компании Red-M всегда включены и работают в фоновом режиме. В отличие от Infrared, устройства Bluetooth могут работать сквозь офисные перегородки или другие препятствия, не требуя прямой видимости [11].
Специальные Bluetooth адаптеры для принтеров позволяют осуществлять бес Разработчики объединяют в одном чипе радиочастотные и логические компо- проводную печать. Такие адаптеры выпускаются фирмами-производителями ненты, стараясь уменьшить количество внешних элементов. Такая интеграция не принтеров, такими как Hewlett-Packard, Epson, NEC и др. На рис. 1.15 представлен только уменьшает энергопотребление изделия, но и уменьшает его габаритные раз- Bluetooth адаптер для принтера компании Epson.
меры и стоимость. На рис. 1.12 представлен одночиповый модуль Bluetooth компа нии GCT Semiconductor.
Рис. 1.12. Одночиповый модуль Bluetooth компании GCT Semiconductor Рис. 1.15. Bluetooth адаптер для принтера компании Epson 1.22. Внедрение технологии Для того чтобы воспользоваться преимуществами беспроводной технологии Blue- Можно оснастить ноутбук беспроводной технологией Bluetooth, просто купив tooth, необязательно покупать новые устройства.
соответствующий Bluetooth-адаптер, который может быть выполнен в виде допол Разнообразные адаптеры беспроводной связи со встроенными модулями нительного внешнего устройства, подключаемого через USB-порт (рис. 1.16) или в Bluetooth позволяют связывать между собой самые разнообразные электронные виде PC-карты (рис. 1.17). Подобные решения позволяют осуществлять беспро устройства.
водное соединение нескольких устройств.
Несмотря на то, что многие модели устройств PDA имеют встроенные возмож Например пользователь ноутбука, оснащенного Bluetooth модулем может нахо ности Bluetooth, широкое распространение получили адаптеры для карманных диться в любом месте комнаты, сидеть за рабочим столом, заходить в соседние ком компьютеров. На рис. 1.13 и 1.14 представлен карманный компьютер Visor компа наты Ч везде ноутбук будет взаимодействовать с принтером, модемом, или любы нии Handspring, и Bluetooth адаптер Blade к нему.
ми другими устройствами, также оснащенными Bluetooth.
Одна из причин задержки выхода на рынок заключается в том, что производи мые чипы Bluetooth стоят достаточно дорого. Несмотря на значительную задерж ку, динамика развития беспроводной технологии Bluetooth должна в конечном счете привести к тому, что стандарт станет массовым и доступным [12, 13].
1.24. Программа квалификации Bluetooth Рабочая группа Bluetooth SIG установила процесс квалификации, для того чтобы гарантировать, соответствие изделий техническим требованиям Bluetooth. Про хождение процесса квалификации гарантирует, что устройство Bluetooth будет взаимодействовать с другим устройством Bluetooth должным образом. Каждое из Рис. 1.16. Адаптер Bluetooth, подключаемый к USB-разъему, компании 3Com делие, имеющее марку Bluetooth должно иметь разрешение на использование этой марки, а это разрешение получают только те изделия, которые прошли процесс квалификации.
Процесс квалификации предполагает тестирование изделия производителем и квалификационным испытательным оборудованием Bluetooth (Bluetooth Qualifi cation Test Facility Ч BQTF), в результате которого появляется протокол испыта ний, который рассматривается квалификационной группой Bluetooth (Bluetooth Qualification Body Ч BQB). Все модификации программного или аппаратного обеспечения изделия, отвечающего требованиям, подтверждаются документами и рассматриваются группой BQB, которая выдает квалификационное свидетельство Рис. 1.17. PC-карта Bluetooth компании 3Com на изделие.
Квалификационные требования неодинаковы для всех изделий. Те изделия, ко торые продаются как инструментальные средства разработки или демонстрацион 1.23. Проблемы Bluetooth ное программное обеспечение, освобождаются от требований к тестированию и Идея заложенная в технических требованиях Bluetooth заключается в том, чтобы квалификация этих изделий может проходить путем простого заполнения деклара заменить провода, связывающие устройства, одной радиолинией ближнего дейст ции или документа о соответствии. Изделия, содержащие компоненты Bluetooth, вия. Ожидается, что до 2006 года 80 процентов мобильных телефонов будут снаб которые уже были квалифицированы, могут быть освобождены от повторного тес жены чипами Bluetooth, которые смогут обеспечивать беспроводную связь с други тирования квалифицированных компонентов.
ми устройствами Bluetooth: ноутбуками, принтерами и другими цифровыми уст Подробная информация о программе квалификации Bluetooth приведена на сай ройствами.
те
Хотя беспроводная технология Bluetooth очень перспективна, ее скорость пере дачи ограничена 1 Мбит/сек. Технические требования Bluetooth 2.0 будут поддер 1.25. Рынок для Bluetooth живать максимальную скорость передачи 12 Мбит/сек [11].
Сразу после официального представления, беспроводная технология Bluetooth ква Проблема беспроводной технологии Bluetooth заключается в том, что она была лифицировалась экспертами по промышленности как самая значительная разработ слишком рано разрекламирована. Устройства Bluetooth анонсировались еще до то ка в области беспроводных коммуникаций за последние 20 лет. В ближайшее время го, как стандарты были готовы к выпуску. Спецификации были опубликованы люди повсеместно будут пользоваться удобством, скоростью и надежностью мгно раньше, для того чтобы дать толчок технологии, потому что Bluetooth SIG хотела венной беспроводной связи. Для того чтобы оправдать эти ожидания, компоненты вовлечь в разработку изделий и приложений как можно больше компаний. Изна Bluetooth должны быть встроены в сотни миллионов мобильных телефонов, персо чально рабочая группа Bluetooth SIG надеялась, что технология станет неотъемле нальных компьютеров, ноутбуков и целый спектр других электронных устройств.
мой частью сотен миллионов устройств до 2002 года. Однако внедрение техноло Аналитическая компания Micrologic представила прогноз объема продаж чипсе гии проходило не такими быстрыми темпами. В докладе американской исследова тов Bluetooth (рис. 1.18). По мнению аналитиков Micrologic в 2005 году объем про тельской фирмы Cahners In-Stat Group предсказывается, что завоевание массового даж чипсетов увеличиться до 1,2 млрд. штук [14].
рынка технологией Bluetooth произойдет не раньше 2005 года.
Рис. 1.18. Прогноз Таблица 1.6. Характерные приложения беспроводных технологий объема продаж чипсетов Bluetooth, Технология Характерные приложения Bluetooth Устранение проводов, связь между устройствами для передачи голоса и данных, организация PAN, управление удаленными устройствами, мобильная электронная коммерция Infrared Устранение проводов, высокоскоростная передача файлов между устройствами, управление локальными устройствами Устранение проводов, обмен данными между компьютерами и HomeRF периферийными устройствами в доме или небольшом офисе Беспроводные сети 802.1 lb Устранение проводов, обмен данными между компьютерами и периферийными устройствами в корпоративных офисах а также широкий спектр приложений она может использоваться практически во всех сферах жизнедеятельности.
В таблице 1.5 приведен прогноз процентного соотношения устройств и систем, поддерживающих технологию Bluetooth [14].
Выбор локальных сетей, использующих беспроводные технологии Bluetooth, Infrared, HomeRF или 802.11b, будет зависеть от типа приложений. Для некоторых приложений может потребоваться использование сразу нескольких технологий. В таблице 1.6 приведены наиболее характерные приложения для Bluetooth и других технологий [15].
Компаниями Silicon Wave, Red-M, Mobilian разработаны многорежимные чипсе ты Bluetooth/802.1 lb, совмещающие эти две перспективные технологии.
представленный аналитической компанией Micrologic Беспроводные коммуникации ближнего действия находят применение в различ ных приложениях. Технология Bluetooth относится к числу наиболее перспектив ных.
1.26. Резюме Достоинства беспроводной технологии Bluetooth основанные на низкой стоимос ти, высоком уровне интеграции и простоте конфигурации смогут изменить совре менные принципы связи мобильных компьютеров и сетей. Более того, так как бес проводная технология Bluetooth поддерживает передачу как голоса, так и данных, Таблица 1.5. Прогноз внедрения технологии Bluetooth на ближайшие годы, представленный аналитической компанией Frost&Sullivan Изделие\Год 2002 2003 2004 2005 Сотовые телефоны 46,2 40,7 35,0 28,3 23, Портативные компьютеры 14,2 11,0 10,2 9,7 9, PDA 13,0 12,4 12,9 13,6 12, Настольные компьютеры 8,6 13,6 15,8 16,3 16, Гарнитуры 12,6 13,5 11,8 10,3 9, Автомобильное оборудование 3,9 5,3 6,8 8,7 10, Бытовая электроника 1,0 2,0 4,2 8,3 11, Порты доступа 0,2 0,3 0,7 1,0 1, Прочее 0,3 1,2 2,6 3,8 5, Раздел ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ 2.1. Руководство к чтению технических требований Bluetooth Технические требования Bluetooth представляют собой документ объемом более 1500 страниц, свободно доступный в Интернете по адресу www.bluetooth.com. Не у всех есть надобность (или желание) прочитать его полностью.
Первая часть документа Ч это Ядро (Core). Она представляет собой полное опи сание технологии, начиная с радио, как основы для системы и заканчивая прило жениями.
Вторая часть Ч это Профили (Profiles). Профили определяют возможности ис пользования технологии для каждого из нескольких приложений. Структура тех нических требований Bluetooth представлена на рис. 2.1.
В связи с большим объемом технических требований возникает вопрос: Какая аудитория что будет читать?
Таблица 2.1 ориентирует читателей к документам или разделам документов, ко торые имеют для них наибольший интерес [ 16].
Как уже упоминалось ранее, технические требования для системы Bluetooth по Рис. 2.1. Структура технических требований Bluetooth делены на две логические части Ядро и Профили.
Первая часть, Ядро, использует традиционный уровневый подход к описанию стека протоколов. Он начинается с нижнего уровня, радио (Radio), и прослеживает гией Bluetooth и существующими системами связи и прикладными стандартами его путь выше на более высокие программно-ориентированные уровни. Стек про или технологиями.
токолов Bluetooth представлен на рис. 2.2.
Знание Ядра является предпосылкой к пониманию Профилей. Важен порядок Вторая часть, Профили, определяет протоколы и функции, которые поддер- чтения разделов. Сначала должен быть прочитан первый раздел Ч Радио (Radio).
живают определенные модели использования. Так как многие устройства Каждый из последующих разделов основан на терминах и понятиях, представлен Bluetooth имеют несколько различных уровней возможностей, не все особеннос- ных в предыдущем разделе.
ти протокола являются необходимыми, или даже возможными для реализации Все Профили могут быть прочитаны независимо, за одним исключением. Этим ис каждого устройства. Возникает вопрос: Что должно быть реализовано в каждом ключением является профиль общего доступа. Этот профиль, (первый по счету) яв классе устройств для того, чтобы гарантировать, что приложения в устройствах ляется базовым требованием для всех остальных, и все остальные профили Bluetooth от разных производителей смогут поддерживать обмен информацией? Для этого должны, хотя бы частично, удовлетворять требованиям профиля общего доступа.
существуют профили. Они являются вертикальными частями протокола Ниже представлено описание каждого раздела технических требований Bluetooth, в которых точно определяется, что нужно сделать для данного прило- Bluetooth 1.1 [17]. Как представляется авторам, этот раздел книги является путево жения, чтобы оно соответствовало техническим требованиям Bluetooth. Кроме дителем по техническим требованиям. Разделы, имеющие особую важность (Ра того, профили обеспечивают связующее звено между беспроводной техноло- Дио, Baseband), рассмотрены более подробно.
Таблица 2.1.
Что читать Читатели Рядовые читатели Ч люди, Описания разделов Радио и Baseband технических интересующиеся основными требований Bluetooth.
понятиями о технологии.
Маркетологи, оценивающие По существу, те же разделы, что и для рядовых конкурирующие технологии, для того, читателей, кроме того белые страницы (White Pages) сайта www.bluetooth.com.
чтобы выбрать наиболее подходящую для применения.
Инженеры-разработчики, ответственные Разделы Радио, Baseband, LMP и L2CAP.
за аппаратную реализацию беспроводной Необходимая информация ограничивается пониманием интерфейса хост-контроллера.
технологии Bluetooth.
Интеграторы систем, использующие Инженерам, ответственным за объединение готовые технические решения для создания подсистем в функционирующее изделие, необходимо целых систем. прочитать Ядро технических требований.
Прикладные программисты, создающие Программистам будет прежде всего необходимо программы, которые используют прочитать Профили технических требований.
беспроводную технологию Bluetooth. Понимание требований HCI поможет в разработке интерфейса для различных приложений.
2.2. Ядро 2.2.1. Радио Радио Bluetooth является основой технологии. В разделе Радио определены требования к приемопередатчику. Приемопередатчик Bluetooth работает в ISM диапазоне, отведен ном для промышленных, научных и медицинских целей. Этот диапазон был оставлен свободным в большинстве стран мира, чтобы позволить свободный обмен информаци ей в нелицензированной форме. Эти диапазоны распределены по миру неравномерно.
Раздел Радио технических требований, часто называемый RF (Radio Frequency), имеет пять подразделов, представляющих особый интерес:
1) Область действия 2) Диапазон частот и размещение каналов 3) Характеристики передатчика 4) Характеристики приемника 5) Параметры тестирования Область действия В этом разделе приведено описание стандартов и документов, которые регулируют использование частотного спектра в различных странах. Эта информация может быть важна для инженеров-проектировщиков.
Диапазон частот и размещение каналов Рабочие полосы частот и частотные каналы, рассмотренные в технических тре бованиях, основаны на правилах, установленных в Европе, Японии и Северной Рис. 2.2. Стек протоколов Bluetooth Америке. Некоторые страны имеют суженный частотный диапазон (таблица 2.2). Для соответствия этим ограничениям были определены специальные алго ритмы перестройки частоты для данных стран. Следует отметить, что устройст ва, предназначенные для работы в суженном частотном диапазоне, не могут ра ботать с устройствами, предназначенными для работы в расширенном частотном диапазоне, и их следует рассматривать как устройства для какого-то конкретного рынка.
В радиотракте применяется метод расширения спектра со скачкообразной пере стройкой частоты и двухуровневая Гауссовская частотная манипуляция (Gaussian frequency Shift Keying Ч GFSK). Скачкообразная перестройка частоты подразуме вает, что полоса частот подразделяется на определенное количество каналов, ши Риной 1 МГц каждый (таблица 2.2).
ля уменьшения энергопотребления устройства и помеховой обстановки. Шаг Таблица 2.2. Диапазон частот и размещение каналов д регулировки должен составлять от 2 до 8 дБ. Устройства с выходной мощностью Страна Частота (МГц) Диапазон (Мгц) Число каналов класса 1 (максимальная выходная мощность +20 дБм) должны регулировать вы Европа (кроме Испании 2400-2483,5 f-2402 +к к = 0 - 78 и Франции) и США ходную мощность до 4 дБм или меньше. Регулировка осуществляется после из Япония 2471-2497 f=2473 + k к = 0 - мерения уровня принимаемого сигнала в приемнике (Received Signal Strength Испания 2445-2475 f-2449 +к к = 0 - Indication Ч RSSI) первого устройства путем подачи команды (через протокол Франция 2446,5-2483,5 f = 2454 + к к = 0 - управления связью) на изменение выходной мощности передатчика второго уст ройства.
Следует отметить, что если устройство не поддерживает измерение мощности Для соответствия требованиям на внеполосные излучения определены защит си! нала в приемнике, то другое устройство с выходной мощностью класса 1 (при ные интервалы по краям рабочей полосы (таблица 2.3).
связи с первым устройством) должно работать как устройство класса 2 или 3.
Таблица 2.3. Защитные интервалы но краям рабочей полосы Модуляция Страна Нижний защитный интервал Верхний защитный интервал В технологии Bluetooth используется гауссовская частотная манипуляция с индек Европа, США и большинство 2 МГц 3.5 МГц сом модуляции от 0,28 до 0,35. Бинарная единица соответствует положительной других стран девиации, а бинарный нуль Ч отрицательной девиации частоты (рис. 2.4). Бинар ные символы передаются с частотой 1 МГц 20 ррт. Для каждого канала, мини мальное значение девиации частоты (Fmin = min{Fmin+, FminЧ}) для последователь Характеристики передатчика ности символов 1010 должно быть не меньше чем 80% от девиации частоты (fd) для Выходная мощность передатчика последовательности символов 00001111. При этом минимальная девиация никогда Параметры, установленные в данном разделе, даны для мощности на антенном не должна быть меньше 115 кГц.
разъеме устройства. Если устройство не имеет антенного разъема (интегрирован Джиттер при модуляции должен быть менее 8% периода символа (рис. 2.3).
ная антенна), то подразумевается антенна с коэффициентом усиления 0 дБи. Для измерения параметров передатчика устройства с интегрированной антенной пред почтительно предусмотреть временный антенный разъем для проведения измере ний.
Если у антенны существует направленность (коэффициент усиления больше чем 0 дБи), необходимо учесть требования документов ETSI 300 328 и FCC часть15.
Оборудование Bluetooth подразделяется на три класса мощности.
Таблица 2.4. Классы мощности передатчика Класс Максимальная выходная Номинальная выходная Минимальная выходная мощности мощность (Ртах) мощность мощность 1 100 МВТ 1мВт (20 дБм) (ОдБм) 2 2.5 МВТ 1мВт (0 0.25 мВт (4дБм) дБм) (-бдБм) 3 1мВт (0 - - дБм) Для устройств, выходная мощность которых превышает 0 дБм, необходима регулировка выходной мощности в диапазоне более 0 дБм. Регулировка выходной мощности в диапазоне менее 0 дБм опциональна и может использоваться Рис 23 Фактическая модуляция передачи Побочные излучения Побочные излучения внутри- и вне- рабочей полосы частот, измеряются при состо янии передатчика, работающем на одной частоте (т. е. приемопередатчик перестра- Таблица 2.6. Уровни побочных излучении Полоса частот Режим передачи сигнала Режим отсутствия передачи сигнала (передатчик выключен) 30 МГц - 1 ГГц -36дБм -57 дБм 1 ГГц - 12-75 ГГц -30дБм -47 дБм 18 ГГц- 1.9 ГГц -47 дБм -47дБм 5.15 ГГц-5.3 ГГц -47 дБм -47 дБм Точность установки несущей частоты Точность установки несущей частоты (определяется на момент начала передачи Рис. 2.4. Способ кодирования пакетной информации пакета) должна быть 75 кГц от номинала FH. Следует учесть, что требование к ча стотному дрейфу не включает вышеуказанные 75 кГц. Допустимый дрейф несу ивает синтезатор поочередно между приемным и передающим слотом, но частота щей частоты во время передачи пакета определен в таблице 2.7.
передачи всегда одинаковая). Нормы на излучение для США приведены в доку Таблица 2.7. Допустимый дрейф несущей частоты менте FCC части 15.247, 15.249, 15.205, 15.209;
для Японии в документе RCR Тип пакета Частотный дрейф STD-33;
для Европы в рекомендации ETSI 328.
Однослотовый пакет 25 кГц Трсхслотовый пакет 40 кГц Побочные излучения внутри рабочей полосы частот Пятислотовый пакет 40 кГц Внутри ISM полосы излучение передатчика должно соответствовать требованиям Максимальный дрейф несущей 400 Гц/мксек таблицы 2.5. Первое условие вытекает из требования FCC па 20 дБ полосу канала.
Также FCC устанавливает требования на излучение на соседних рабочих каналах.
Мощность излучения на соседнем канале определяется в полосе 1 МГц. Измере ние мощности должно проводиться в полосе 100 кГц. М Ч канал передачи, N Ч со- Характеристики приемника седний канал. Передатчик должен передавать тестовую псевдослучайную последо- Для измерения вероятности появления ошибочных битов (Bit Error Rate Ч BER), вательность (ПСП).
устройство должно иметь режим обратной петли (loopback), т.е. устройство долж но посылать обратно декодированную информацию. Базовый уровень чувстви Таблица 2.5. Спектральная маска передаваемого сигнала тельности при этом составляет -70 дБм.
Отклонение частоты от несущей Излучаемая мощность Чувствительность приемника 500 кГц -20дБм Чувствительность приемника определена как уровень входного сигнала, для кото -20 дБм |М - N| - рого BER на входе равен 0.1%. Требование к чувствительности для приемника |М - N| > 3 -40дБм Bluetooth:
-70 дБм или лучше. Приемник должен соответствовать требованию чув ствительности -70 дБм с любым передатчиком Bluetooth, удовлетворяющим тре Исключения по побочному излучению внутри рабочей полосы допустимы мак- бованиям на передатчик системы Bluetooth.
симум на трех рабочих каналах (шириной по 1 МГц каждый), в то же время они должны удовлетворять требованию по абсолютному побочному излучению равно- Прием при наличии помеховых сигналов Параметры приемника при помехе в соседнем канале, отстоящем на 1 МГц и на му -20 дБм. Надо отметить, что это является требованием FCC.
2 МГц, измеряются при уровне принимаемого сигнала, превышающем базовый Уровень чувствительности на 10 дБ. Во всех остальных случаях уровень принимае Побочные излучения вне рабочей полосы частот мого сигнала должен превышать базовый уровень чувствительности на 3 дБ. Если Измерение мощности должно проводиться в полосе 100 кГц.
помеховый сигнал расположен вне рабочей полосы частот 2400Ч2497 МГц, то дан- В таблице 2.6 приведены уровни побочных излучений вне рабочей полосы.
ный случай следует рассматривать как прием при внеполосной помехе. Помеховы jj Интермодуляционная характеристика приемного тракта сигнал должен быть Bluetooth-модулированным при BER < 0.1% и соотношении /1нтермодуляция приемного тракта определяется величиной BER = 0.1%, которая сигнал/помеха, определеном в таблице 2.8.
должна достигаться при следующих условиях:
сигнал принимается на частоте f() с уровнем, на 6 дБ превышающем базовый Таблица 2.8. Прием при наличии помеховых сигналов уровень чувствительности;
Требование Соотношение Х смодулированная несущая передается на частоте 1, с уровнем -39 дБм;
Помеха в соседнем канале, C/Ico.chany ИдБ Х Bluetooth-модулированный сигнал передается на частоте f2 с уровнем Ч39 дБм;
Помеха в соседнем канале (1 МГц), С/1( мг ОдБ При этом f = 2f, - f2 и |2f, - f2| = n x 1 МГц, где п может принимать значения 3, 4, Помеха в соседнем канале (2 МГц), С/12 МГц -30 дБ или 5.
Помеха в соседнем канале (>3 МГц), С/1>3 МГ|( -40 дБ Динамический диапазон приемника Помеха зеркального канала C/Iimage -9дБ Максимальный уровень принимаемого сигнала должен быть лучше чем -20 дБм.
Помеха в канале, соседнем с зеркальным (1 МГц), C/Ijmagc+1 МГц -20 дБ При этом BER должен быть меньше или равен 0.1%.
Данные требования тестируются только при номинальной температуре окружающей среды, при этом, приемник прыгает Паразитное излучение приемника на одной частоте (т.е. синтезатор перестраивает частоту между передающим и приемным слотом, но при этом всегда воз Требования на паразитное вращается на одну и ту же приемную частоту). Частоты помехи, при которых не выполняются требования таблицы 2.8 излучение приемника приведены называются помеховыми частотами. До- Таблица 2.10. Паразитное излучение приемника пускается пять помеховых частот, в таблице 2.10. Мощность отстоящих на >2 МГц от сигнала приема. Для этих помеховых частот определены менее жесткие требования по излучения измеряется в полосе соотношению сигнал/помеха: С/1 = -17 дБ.
100 кГц Полоса частот Мощность излучения 30 МГц - 1 ГГц -57 дБм 1 ГГц - 12.75 ГГц -47 дБм Прием при помеховом сигнале вне рабочей полосы частот вень внеполосной помехи -50 дБм для BER = 0.1%. На оставшихся 5 помеховых Параметры приема при внеполосной помехе измеряются при уровне входного сиг- частотах уровень внеполосной помехи допускается произвольным.
нала, превышающем уровень чувствительности на 3 дБ. BER не должен превышать 0.1%, а помеховый сигнал является немодулированной несущей, мощность которой определена в таблице 2.9.
Таблица 2.9. Параметры внеполосного помехового сигнала Частота помехового сигнала Мощность помехи 30 МГц - 2000 МГц -ЮдБм 2000 МГц-2399 МГц -27дБм 2498 МГц - 3000 МГц -27дБм 3000 МГц - 12.75 ГГц -ЮдБм Допускаются 24 рабочие частоты (канала) с параметрами, отличающимися от вышеуказанных. При приеме на 19 из этих помеховых частотах допускается уро Измеритель уровня принимаемого сигнала (опционально) Если устройство должно управлять мощностью, передаваемой в канале, то приемнику необходимо измерять мощность принимаемого сигнала и принимать решение об увеличении или уменьшении мощности передаваемого сигнала на передатчике дру гого устройства, входящего в канал связи. Эта процедура возлагается на RSSI-блок.
RSSI-блок измеряет уровень принимаемого сигнала и сравнивает его с двумя порога ми, которые определяют диапазон принимаемой мощности, называемый Golden Receive Power Range. Нижний порог соответствует диапазону уровней входного сигнала от -56 дБм до уровня, превышающего на 6 дБ реальный уровень чувстви тельности приемника. Верхний порог на 20 6 дБ выше нижнего порога (рис. 2.5).
Параметры Bluetooth-модулированного сигнала Модуляция GFSK 0.32 + 1% Индекс модуляции 0.5 1% ВТ 1 Мбит/сек 1 ррт Битовая скорость не хуже 1 ррт.
очность установки несущей частоты В стандарте Bluetooth предусмотрена дуплексная передача с временным разде- ением (Time Division Duplex - TDD). Мастер передает пакеты в нечетные слоты, ' подчиненное устройство - в четные (рис. 2.7). Пакеты, в зависимости от длины, огут занимать до пяти слотов. При этом частота канала не меняется до окончания передачи пакета (рис. 2.8).
Пикосеть Bluetooth является сетью, которая образована мастером (лглавным устройством) и одним или более подчиненными устройствами. Устройство, ини циировавшее связь автоматически становится мастером пикосети. Каждая пико Рис. 2.5. Динамический диапазон и точность RSSI-блока сеть определена последовательностью скачкообразной перестройки частоты, кото рая становится физическим каналом, основанным на адресе и часах станции масте Параметры тестирования ра Все активные модули, входящие в эту пикосеть, синхронизированы к этому ка Параметры тестирования описаны в приложениях к разделу Радио. Однако в этих налу В пикосети могут быть активными максимум семь подчиненных устройств.
приложениях нет процедуры для полного тестирования приемопередатчика. Фак В каждой пикосети действует только один мастер, однако подчиненные устрой тически в приложениях приведены требования к рабочей температуре и напряже ства могут входить в различные пикосети. Кроме того, мастер одной пикосети мо нию.
жет одновременно являться подчиненным устройством в другой (рис. 2.6, с). Пико Для получения логотипа Bluetooth необходимо официальное тестирование изде сети не синхронизированы друг с другом по времени и частоте - каждая из них ис лия на соответствие техническим требованиям.
пользует свою последовательность перестройки частоты. В одной пикосети все уст ройства синхронизированы по времени и частотам. Последовательность перест 2.2.2. Baseband ройки частоты является уникальной для каждой пикосети. Длина цикла псевдо Это один из самых больших и наиболее сложных разделов технических требова случайной последовательности перестройки частоты равна 227 элементов.
ний. В разделе Baseband рассматриваются вопросы организации и работы пикосе Технология Bluetooth предназначена для создания соединений point-to-point ти.
(когда в пикосеть включены только два элемента). Соединение point-to-multi Раздел Baseband состоит из 14 подразделов:
point - это разновидность модели с одним подчиненным устройством. Для подчи 1) Общее описание Baseband ненного устройства не имеет значения, со сколькими еще устройствами связывается 2) Физический канал мастер. Разнесенная сеть (scatternet) формируется путем объединения одной или 3) Физические линии связи более пикосетей. Различные топологии пикосети Bluetooth изображены на рис. 2.6.
4) Пакеты 5) Коррекция ошибок 6) Логические каналы 7) Обеливание данных 8) Процедуры передачи/приема 9) Синхронизация передачи/приема 10) Управление каналом 11) Выбор перестройки частоты 12) Аудио интерфейс 13) Адресация устройств 14) Защита Общее описание В общем описании Baseband рассмотрены вопросы организации пикосетей и тех нологии Bluetooth в целом. Оно представляет Bluetooth как радио линию (radio ис link) ближнего действия, предназначенную для замены кабельных соединений - 2.6. Возможные топологии пикосети Bluetooth между портативными и/или стационарными электронными устройствами.
Физический канал Протокол Bluetooth может поддерживать асинхронный канал передачи данных, Физический канал представляет собой псевдослучайную последовательность пере о трех синхронных (с постоянной скоростью) голосовых каналов или канал с од стройки частоты по 79 или 23 радиочастотным каналам шириной 1 МГц. Каждый новременной асинхронной передачей данных и синхронной передачей голоса. Ско канал делится на слоты продолжительностью 625 мксек, причем каждому слоту со рость каждого голосового канала Ч 64 кбит/сек в каждом направлении, асинхрон ответствует определенный канал. Слоты пронумерованы в соответствии с часами ного в асимметричном режиме Ч до 723,2 кбит/сек в прямом, и 57,6 кбит/сек в об мастера пикосети, номера расположены в диапазоне от 0 до 227 -1. Передатчик в ратном направлениях или до 433,9 кбит/сек в каждом направлении в симметрич каждый момент времени использует только один канал. Перестройка частоты про ном режиме.
исходит синхронно на передатчике и на приемнике по закону заранее зафиксиро ванной псевдослучайной последовательности. В секунду может происходить до Физические линии связи 1600 перестроек частоты. Этот метод обеспечивает конфиденциальность и помехо В этом разделе описаны два типа связи, которые могут быть установлены между защищенность передач. Если на каком-либо канале передаваемый пакет не был мастером и подчиненными устройствами. Это два вида физических линий связи, принят, то приемник посылает запрос на повторную передачу и пакет повторно пе каждая со своими Baseband-пакетами:
редается на другом канале на другой частоте.
Х Синхронная ориентированная на соединение (SCO) линия связи Ч это симме Следует учесть, что физическим каналом (physical channel) является набор ра тричная линия связи point-to-point между мастером и определенным подчиненным диочастот, распределенный по закону псевдослучайной последовательности, а фи устройством. SCO линия связи резервирует слоты, и таким образом, может рассма зической линией связи (physical link) является то, ЧТО ПЕРЕДАЕТСЯ по этому триваться как соединение с коммутацией каналов. SCO линии связи обычно под каналу на основе потоков данных.
держивают передачу срочной информации, такой как голос. Мастер может поддер живать до трех SCO линий связи к одному или разным подчиненным устройствам.
Подчиненное устройство может поддерживать до трех SCO линий связи от одного мастера или две линии связи, если они исходят от различных мастеров. SCO паке ты никогда не передаются повторно.
Х Асинхронная линия связи без установления соединения (ACL) используется только для данных, и работает по принципу когда-позволяет-время. ACL линии связи обеспечивают соединение с коммутацией пакетов между мастером и всеми активными подчиненными устройствами пикосети. Поддерживаются как асин хронная, так и изохронная передача. Между мастером и подчиненным устройством может существовать только одна ACL линия связи. Для большинства ACL пакетов, повторная передача используется для обеспечения целостности данных.
Пакеты Технические требования Bluetooth определяют использование двух видов паке тов: синхронных ориентированных на соединение и асинхронных без установле ния соединения. SCO-пакеты используются в синхронных каналах связи для пе редачи голоса и направляются на синхронный I/O (input/output) голосовой порт.
Они не содержат механизма обнаружения ошибок и никогда не передаются по вторно, потому что это создает временные задержки, которые ухудшают качество голоса.
ACL-пакеты используются в асинхронных каналах связи. Передаваемая инфор мация может быть пользовательскими данными или управляющей информацией.
к. данные, передаваемые по асинхронному каналу не чувствительны к задержкам, пакеты могут содержать механизм контроля ошибок, а для пакетов, поврежденных Рис. 2.8. Передача многослотовых пакетов процессе передачи, могут использоваться повторные передачи.
Общий формат пакетов (рис.2.9), использующийся в беспроводной технологии Код доступа устройства (Device Access Code Ч DAC) Ч используется для спе- Х Bluetooth состоит из трех частей: код доступа, заголовок и полезная информация.
иальных процедур сигнализации, таких как вызов и ответ на вызов. Вызов вклю-, ает в себя передачу ряда сообщений с установлением канала связи с модулем, ак тивным в пределах зоны действия. Когда модуль отвечает на запрос, канал связи может быть установлен.
. Код доступа запроса (Inquiry Access Code Ч IAC). Существует два типа кода доступа запроса: общий и специализированный. Общий код доступа запроса оди наков для всех устройств. Он используется для обнаружения других модулей Bluetooth, находящихся в зоне действия. Специализированный IAC является оди наковым для отдельной группы модулей Bluetooth, которые имеют общие характе Рис. 2.9. Общий формат пакетов ристики. Он используется для обнаружения только тех специализированных моду лей Bluetooth, которые находятся в пределах зоны действия.
Код доступа Каждый пакет начинается с кода доступа, который используется для оповещения и Заголовок обмена служебной информацией. Поле кода доступа состоит из преамбулы, синх- Если используется заголовок, то он содержит информацию управления каналом рослова и концевика (рис. 2.10). Преамбула указывает на прибытие пакета в при связи и состоит из шести полей, составляющих 18 бит (рис. 2.11).
емник. Синхрослово используется для временной синхронизации с приемником.
Х Адрес активного члена (Active Member Address Ч АМА) (3 бита) Концевик следует после синхрослова и указывает на окончание кода доступа. Ко Х Тип (4 бита) личество бит в коде доступа может варьировать, в зависимости от того, последовал Х Поток (1 бит) ли заголовок пакета. Если заголовок пакета последовал, длина кода доступа состав Х Автоматический запрос на повторение (Automatic Repeat Request Ч ARR) ляет 72 бита;
в противном случае, 68 бит.
(1 бит) Х Порядковый номер (Sequence Number Ч SEQN) (1 бит) Х Проверка заголовка на наличие ошибок (Header Error Check Ч НЕС) (8 бит) Функции кода доступа могут отличаться в зависимости от режима работы уст ройства Bluetooth. Соответственно, существует три типа кода доступа:
Х Канальный код доступа (Channel Access Code Ч САС) Ч распознает пикосеть.
Этот код включен во все пакеты, которыми обмениваются по каналам пикосети.
Все пакеты, посылаемые в одной пикосети, начинаются с одного канального кода доступа.
Рис. 2.11. Поле заголовка Адрес активного члена Это 3-битное поле используется для различия между активными устройствами, принимающими участие в пикосети. В пикосети одно или более подчиненных уст ройств связаны с одним мастером. Для того чтобы идентифицировать каждое под чиненное устройство в отдельности, каждому подчиненному устройству назначает- Общий формат пакетов (рис.2.9), использующийся в беспроводной технологии Код доступа устройства (Device Access Code Ч DAC) Ч используется для Х Bluetooth состоит из трех частей: код доступа, заголовок и полезная информация. спе- иальных процедур сигнализации, таких как вызов и ответ на вызов. Вызов вклю- в себя передачу ряда сообщений с установлением канала связи с модулем, ак еТ (вным в пределах зоны действия. Когда модуль отвечает на запрос, канал связи жет быть установлен.
Код доступа запроса (Inquiry Access Code Ч IAC). Существует два типа кода Х доступа запроса: общий и специализированный. Общий код доступа запроса оди наков для всех устройств. Он используется для обнаружения других модулей Bluetooth, находящихся в зоне действия. Специализированный IAC является оди наковым для отдельной группы модулей Bluetooth, которые имеют общие характе ристики. Он используется для обнаружения только тех специализированных моду- Код доступа icii Bluetooth, которые находятся в пределах зоны действия.
Каждый пакет начинается с кода доступа, который используется для оповещения и обмена служебной информацией. Поле кода доступа состоит из преамбулы, синх Заголовок рослова и концевика (рис. 2.10). Преамбула указывает на прибытие пакета в при Если используется заголовок, то он содержит информацию управления каналом емник. Синхрослово используется для временной синхронизации с приемником.
связи и состоит из шести полей, составляющих 18 бит (рис. 2.11).
Концевик следует после синхрослова и указывает на окончание кода доступа. Ко Х Адрес активного члена (Active Member Address Ч АМА) (3 бита) личество бит в коде доступа может варьировать, в зависимости от того, последовал Х Тип (4 бита) ли заголовок пакета. Если заголовок пакета последовал, длина кода доступа состав Х Поток (1 бит) ляет 72 бита;
в противном случае, 68 бит.
Х Автоматический запрос на повторение (Automatic Repeat Request Ч ARR) (1бит) Х Порядковый номер (Sequence Number Ч SEQN) (1 бит) Х Проверка заголовка на наличие ошибок (Header Error Check Ч НЕС) (8 бит) Функции кода доступа могут отличаться в зависимости от режима работы уст Рис. 2.11. Поле заголовка ройства Bluetooth. Соответственно, существует три типа кода доступа:
Х Канальный код доступа (Channel Access Code Ч САС) Ч распознает Адрес активного члена пикосеть. Этот код включен во все пакеты, которыми обмениваются по каналам Это 3-битное поле используется для различия между активными устройствами, пикосети. Все пакеты, посылаемые в одной пикосети, начинаются с одного Принимающими участие в пикосети. В пикосети одно или более подчиненных уст канального кода доступа.
ройств связаны с одним мастером. Для того чтобы идентифицировать каждое под чиненное устройство в отдельности, каждому подчиненному устройству назначает- ся временный 3-х битный адрес, который используется, когда устройство активно Порядковый номер Пакеты, которыми обмениваются мастер и подчиненное устройство, имеют АМд Ято 1-битное поле обеспечивает последовательную схему нумерации для того, что этого подчиненного устройства. Другими словами, адрес подчиненного устройства бы правильным образом упорядочить поток пакетов данных, когда он достигает используется как в пакетах, которые передаются от мастера к подчиненному уст принимающего устройства. Для каждого нового переданного пакета, который со ройству, так и наоборот. Нулевой адрес зарезервирован для радиовещательных па держит данные со значением CRC, бит порядкового номера преобразуется для то кетов от мастера к подчиненным устройствам. Прекращающие связь или находя го, чтобы отфильтровывать повторные передачи на принимающем устройстве. Ес щиеся в режиме парковки (Park) подчиненные устройства оставляют свои адреса, а ли повторная передача происходит вследствие отсутствия АСК, адресат принимает когда они снова войдут в пикосеть, им должен быть назначен новый адрес.
лот пакет дважды. Сравнение порядковых номеров следующих пакетов означает, что безошибочно принятые повторные передачи могут быть отброшены.
Тип Это 4-битное поле используется для кода, который устанавливает тип пакета. Ин Проверка заголовка на наличие ошибок терпретация этого кода зависит от типа канала, который ставится в соответствие Это 8-битное поле используется для проверки целостности заголовка. После ини пакету: либо SCO, либо ACL. Существует четыре различных типа SCO пакетов и циализации генератора НЕС, вычисляется значение НЕС для битов заголовка.
семь типов ACL пакетов. Код типа также означает номер слотов, которые будет за Приемник инициализирует свои схемы НЕС так, что он может интерпретировать нимать текущий пакет. Это позволяет неадресованным приемникам воздерживать значение. Если значения НЕС не совпадают, весь пакет игнорируется.
ся от прослушивания канала в течение длительности оставшихся слотов.
Полезная информация Поток Заключительной частью общего формата пакета является полезная информация. В Это 1-битное поле используется для управления потоком пакетов по ACL каналу.
этой части есть два типа полей: поле голоса (синхронное) и поле данных (асин Когда буфер приемника для ACL каналов переполнен, возвращается указание хронное). ACL пакеты имеют только поле данных, a SCO пакеты Ч только поле го стоп для временной остановки передачи данных. Сигнал стоп применяется лоса. Исключением является пакет данных и голоса (Data Voice Ч DV), который только для ACL пакетов. Кроме того, могут быть приняты пакеты, включающие имеет оба поля. Поле данных состоит из трех сегментов: заголовок полезной ин только информацию по управлению каналом связи, или SCO пакеты. Когда буфер формации, тело полезной информации и возможно, CRC код (рис. 2.12).
приемника пуст, возвращается указание старт. Когда не получено ни одного па кета или полученный заголовок содержит ошибки, следует указание старт.
Автоматический запрос на повторение Это 1-битное поле используется для информирования передающего устройства об успешной передаче полезной информации. Благоприятный исход приема проверя ется с помощью циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Code Ч CRC).
Возвратное сообщение может быть в форме положительного уведомления (ACKnowledgement Ч АСК) или отрицательного уведомления (Negative Acknowledgement Ч NAK). Если полезная информация была получена без искаже ний, возвращается АСК, в противном случае Ч NAK. Когда не принимается ника кого возвратного сообщения, предполагается получение NAK. ACK/NAK распола гается в заголовке возвратного пакета.
CRC Ч это вычислительная процедура для обеспечения точности получаемых Ис - 2.12. Поле полезной информации данных. Математическая функция вычисляется до передачи пакета на исходящем устройстве. Ее численное значение вычисляется на основе содержания пакета. Это значение сравнивается с пересчитанным значением функции в устройстве назначе а головок полезной информации ния (адресате информации). Если эти два значения совпадают, возвращается АСК.
лько поля данных имеют заголовок полезной информации. Длина заголовка по в противном случае Ч NAK.
е зной информации равна одному или двум байтам и определяет логический канал Таблица 2. (Logical Channel Ч LCH), управление потоком в логических каналах, а также име ет указатель длины полезной информации. Этот указатель обозначает количество Identification Идентификация ID байт (т.е. 8-битное слово) в теле полезной информации, исключая заголовок полез NULL Null Пусто ной информации и CRC код.
POLL Polling (Упорядоченный)опрос Frequency Hopping Synchronization Синхронизация перестройки частоты FHS Тело полезной информации Data Medium rate, 1 slot Средняя скорость передачи данных, один слот DM Тело полезной информации включает пользовательскую информацию. Длина это Di l i Data High rate, 1 slot Высокая скорость передачи данных, один слот го сегмента указана в поле длины заголовка полезной информации.
Data Medium rate, 3 slots Средняя скорость передачи данных, три слота DM Data High rate, 3 slots Высокая скорость передачи данных, три слота DH Формирование CRC кода Data Medium rate, 5 slots Средняя скорость передачи данных, пять слотов DM После того как генератор CRC инициализирован, от передаваемой информации Data High rate, 5 slots Высокая скорость передачи данных, пять слотов DH вычисляется 16-битный CRC код, который прикрепляется к информации.
AUX1 Auxilary packet, 1 slot Вспомогательный пакет, один слот High Quality Voice, 1 slot Голос высокого качества, один слот HV Типы пакетов High Quality Voice, 2 slots Голос высокого качества, два слота HV В технических требованиях описаны также различные типы пакетов: общие, HV3 High Quality Voice, 3 slots Голос высокого качества, три слота SCO-пакеты и ACL-пакеты. Каждому типу соответствуют определенные характе DV Data Voice Данные и голос ристики.
Общие пакеты:' Х ID-пакет зашифрованы. В этом разделе определено несколько схем коррекции ошибок и их Х Null-пакет применение для различных типов пакетов.
Х Poll-пакет Существует три схемы коррекции ошибок, определенных для беспроводной свя Х FHS-пакет зи Bluetooth:
Х DM 1-пакет Х Прямая коррекция ошибок с коэффициентом 1/ SCO-пакеты:
Х Прямая коррекция ошибок с коэффициентом 2/ Х HV1 -пакет Х Схема автоматического запроса повторной передачи Х НУ2-пакет Назначение FEC в полезной информации Ч уменьшить количество повторных Х НУЗ-пакет передач за счет способности восстанавливать данные. В тоже время технические Х DV-пакет требования указывают, что в ситуации, свободной от ошибок, FEC является лиш ACL-пакеты:
ним, поскольку при этом уменьшается пропускная способность. Заголовок пакета Х DM 1-пакет всегда защищен прямой коррекцией ошибок с коэффициентом 1/3, так как он со Х DH1-пакет держит ценную информацию связи и должен быть способен выдержать несколь Х ОМЗ-пакет ко битовых ошибок.
Х ОНЗ-пакет Х ОМ5-пакет Логические каналы Х DI-15-пакет Логические каналы являются дополнением физических линий связи. В этом разде Х AUX1-пакет ле определены пять логических каналов Bluetooth.
В таблице 2.11 приведены используемые сокращения.
Х LC канал (Link Control Ч управление связью) Х LM канал (Link Manager Ч администратор связи) Коррекция ошибок Х UA канал (User Asynchronous data Ч асинхронные пользовательские данные) Как ACL-пакеты (данные), так и SCO-пакеты (голос и данные) могут быть снабже Х Ш канал (User Isochronous data Ч изохронные пользовательские данные) ны различными уровнями прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction Ч Х US канал (User Synchronous data Ч синхронные пользовательские данные) FEC) или проверки циклическим избыточным кодом (CRC), а также могут быть В таблице 2.12 дано описание каждого логического канала.
Таблица 2.12. Логические каналы Мастер всегда передает в четных слотах. Подчиненное устройство, к которому только что обратились, должно отвечать в следующем (нечетном) слоте. Подчи Название Функция Расположение Где встречается ненные устройства должны всегда слушать на четных слотах, потому что они ни Управление связью Заголовок Все пакеты LC когда не знают, когда к ним могут обратиться.
LM Управление связью Полезная информация SCO или ACL UA Асинхронные данные пользователя Полезная информация ACLIUHSCO-DV Управление каналом Изохронные данные пользователя Полезная информация ACLHOTSCO-DV т В этом разделе рассказывается о процедуре установления канала пикосети. Приве SCO Синхронные данные пользователя Полезная информация LJS дено описание работы каналов и процедур добавления и исключения устройств пи косети. Для поддержания этих функций определено девять режимов работы моду лей Bluetooth. Кроме того, рассмотрена работа разнесенной сети (scatternet). По Обеливание данных дробно рассмотрено устройство и работа часов Bluetooth, которые играют главную Процедура обеливания данных позволяет изменить распределение информации с роль в FH-синхронизации.
целью придания ей свойств белого шума.
Канал в пикосети определяется рабочими характеристиками мастера. Адрес мас Такое преобразование позволяет существенно упростить процесс демодуляции ин тера определяет последовательность перестройки частоты и коды доступа к каналу;
формации, который будет сводиться к обработке сигнала в присутствии белого шума.
системные часы мастера определяют фазу в последовательности перестройки час тоты и устанавливают синхронизацию. Кроме того, мастер контролирует трафик в Процедуры передачи/приема канале с помощью схемы опроса.
В этом разделе описан способ использования пакетов, определенных в разделе Пакеты.
По определению, мастером является тот модуль Bluetooth, который инициирует Рассмотрены потоки ACL, SCO и комбинированные ACL/SCO. Информация, при соединение. Термины мастер и подчиненное устройство имеют отношение веденная здесь, дает возможность понять идею, представленную в разделе Пакеты.
только к протоколу: на аппаратном уровне модули Bluetooth считаются функцио нально идентичными. Любое устройство Bluetooth может стать мастером пикосети;
Синхронизация передачи/приема Синхронизация важна для устойчивой связи. Этот раздел описывает толерант- нет всегда подчиненных устройств. Кроме того, когда пикосеть уже установлена, ность (допустимые отклонения) синхронизации и синхронизацию мастера с под- роли мастер/подчиненное устройство могут поменяться местами.
чиненным устройством. Представление о синхронизации пикосети при обмене данными иллюстрирует рис. 2.13. Часы Bluetooth Каждый модуль Bluetooth имеет внутренние системные часы, которые устанав ливают синхронизацию и скачкообразную перестройку частоты приемопередат чика. Часы Bluetooth получены из собственного независимого генератора так товых импульсов, который никогда не корректируется и никогда не выключает ся. Для синхронизации с другими модулями используются только смещения, добавление которых к собственным часам каждого модуля обеспечивает им временные часы Bluetooth, которые взаимно синхронизируются. Необходимо заметить, что часы Bluetooth не имеют отношения ко времени суток, поэтому, они могут быть выставлены на любое значение. Часы Bluetooth обеспечивают тактовые импульсы приемопередатчику Bluetooth. Их разрешающая способ ность равна половине длительности Rx или Тх слота, т.е. 312.5 мкеек. Часы имеют цикл около одного дня. Для часов Bluetooth необходим 28-битный счет чик, который проходит цикл за 228 -1. Схема часов Bluetooth изображена на Рис. 2.14.
Синхронизация и скачкообразная перестройка частоты в канале пикосети опре деляется Bluetooth-часами мастера. Когда пикосеть установлена, часы мастера свя заны с подчиненными устройствами. Каждое подчиненное устройство добавляет смещение к своим собственным часам, чтобы быть синхронизированным к часам CLK Ч это часы мастера пикосети. Они используются для всех процессов син мастера. Так как часы автономные, то смещения должны регулярно обновляться хронизации и распределения в пикосети. Все устройства Bluetooth используют (корректироваться).
CLK для распределения передачи и приема. CLK формируется из собственных ча сов (CLKN) и смещения. Для мастера пикосети смещение равно нулю (рис. 2.16), к. CLK равен его собственным часам (CLKN). Каждое подчиненное устройство т добавляет к своим CLKN смещение, такое чтобы CLK совпадало с CLKN мастера (рис.2.17). Хотя все CLKN устройств Bluetooth идут с одинаковой скоростью, из-за обоюдного дрейфа все же возможно возникновение ошибок. Поэтому смещения в подчиненных устройствах должны регулярно корректироваться таким образом, чтобы CLK совпадало с CLKN мастера.
Рис. 2.14. Схема часов Bluetooth В зависимости от режима в котором находится модуль Bluetooth, часы могут быть различными:
Х Собственные часы (Native Clock Ч CLKN) Х Расчетные часы (Estimated Clock Ч CLKE) Х Часы мастера (Master Clock Ч СLK) Рис. 2.16. Формирование CLK мастера CLKN Ч это собственные автономные часы, которые являются эталоном для всех остальных видов часов. В режимах высокой активности, собственные часы уп равляются опорным кварцевым генератором с наихудшей временной нестабильно стью +20 ррт. В маломощных режимах, таких как Standby, Hold, Park и Sniff (таб лицы 2.13 и 2.17) собственные часы могут управляться маломощным генератором (Low Power Oscillator Ч LPO) с нестабильностью 250 ppm.
Расчетные часы (CLKE) и часы мастера (CLK) получаются от опорных CLKN путем добавления смещения. CLKE Ч это оценка собственных часов получателя, которую осуществляет вызывающий модуль, т.е. смещения добавляются к CLKN вызываемого модуля для приближенного соответствия CLKN получателя (рис. 2.15). Используя CLKN получателя, вызывающий модуль ускоряет установ Рис. 2.17. Формирование CLK подчиненного устройства ление соединения.
Обзор состояний На рис. 2.18 изображена диаграмма состояний, использующихся в контроллере связи Bluetooth. Существует два основных состояния: ожидание (Standby) и со единение (Connection), а также семь промежуточных состояний: вызов (page), ожидание вызова (page scan), запрос (inquiry), ожидание запроса (inquiry scan), ответ мастера (master response), ответ подчиненного устройства (slave response) и ответ на запрос (inquiry response).
Промежуточные состояния используются для включения новых подчиненных Устройств в пикосеть. Для перехода из одного состояния в другое, используются Рис. 2.15. Формирование CLKE Рис. 2.18. Диаграмма состояний контроллера связи Bluetooth Таблица 2. Описание Режим Ожидание Модуль Bluetooth находится в режиме малой мощности и не активно (STANDBY) связывается (не является частью пикосети). Устройство ожидает сигнал на подключение к пикосети Соединение После того как соединение установлено, пакеты могут посылаться в (CONNECTION) обоих направлениях Вызов Используется мастером для активации и соединения с подчиненным (Page) устройством, которое периодически просыпается в режиме ожидание вызова Ожидание вызова Потенциальное подчиненное устройство слушает свой код доступа (Page scan) устройства (DAC) в течение установленного отрезка времени. Модуль слушает на одной частоте достаточно долго для полного сканирования 16 page-частот Запрос Подобно режиму вызов, этот режим используется мастером для (Inquiry) обнаружения набора новых устройств. Мастер не признает сообщения ответ на запрос, но продолжает зондировать на различных каналах и в промежутках ожидать ответные пакеты Ожидание запроса Подобен режиму ожидание вызова. Однако, в этом режиме (Inquiry scan) потенциальное подчиненное устройство ожидает свой код доступа запроса (IAC) вместо своего адреса Ответ мастера Мастер вводит этот режим, когда он получает ответ от подчиненного (Master response) устройства, после того как оно было вызвано Ответ подчиненного Подчиненное устройство вводит этот режим при признании своего кода устройства (Slave доступа устройства (DAC) response) Ответ на запрос Устройство вводит этот режим при признании своего кода доступа (Inquiry response) запроса (IAC) Х Канальная последовательность, которая имеет очень большую длину пер№ либо команды администратора связи (LM) Bluetooth, либо внутренние сигналы да, распределяет частоты одинаково по полосе 79 (23) МГц в течение короткого контроллера связи.
тервала времени.
Выбор перестройки частоты Определено десять типов последовательностей скачкообразной перестройки часто- Общая схема выбора частоты Схема выбора частоты состоит из двух частей:
ты: пять для системы с 79 перестройками (т.е. каналами) и пять для системы с Х Выбор последовательности;
перестройками (показаны в скобках), соответственно.
Х Установление частот в соответствии с последовательностью.
Х Последовательность для вызова с 32 (16) уникальными частотами для про Общая схема выбора частоты представлена на рис. 2.19. Определенная часто' буждения, распределенными по полосе 79 (23) МГц, с периодом, равным 32 (16).
Устанавливается в соответствие с входными параметрами в блоке выбора частот Х Последовательность для ответа на вызов охватывает 32 (16) уникальных час Входные параметры Ч это собственные часы и текущий адрес мастера.
тот для ответа, которые имеют взаимно-однозначное соответствие с текущей по В состоянии соединение (Connection) собственные часы (CLKN) корректир следовательностью для вызова.
ются с помощью смещения для соответствия часам мастера (CLK). Используют!
Х Последовательность для запроса с 32 (16) уникальными частотами для про только 27 наиболее значимых бита (Most Significant Bit - MSB) часов. В промеж буждения, распределенными по полосе 79 (23) МГц, с периодом, равным 32 (56).
точных состояниях вызов (Page) и запрос (Inquiry) используются все 28 битов ч Х Последовательность для ответа на запрос охватывает 32 (16) уникальных ча с стот для ответа, которые имеют взаимно-однозначное соответствие с текущей по в. Однако в промежуточном состоянии вызов собственные часы не корректир следовательностью для запроса. ются.
Адресный вход состоит из 28 бит, т.е. все поле LAP и 4 наименее значимых бита (Least Significant Bit Ч LSB) поля UAP (см. раздел Адресация устройств). В со стоянии соединение используется адрес мастера. В промежуточном состоянии вы зов используется адрес вызываемого модуля. В промежуточном состоянии запрос используется UAP/LAP, соответствующий общему коду доступа запроса (GIAC) Выходным параметром является псевдослучайная последовательность из 79 или 23 перестроек частоты.
Рис. 2.20. Схема выбора частоты в состоянии соединение (Connection) Таблица 2. Голосовые кодеки Линейный CVSD 8-битный логарифмический (рекомендация ITU-T G.711) А-функция Рис. 2.19. Общая схема выбора частоты ц-функция Адресация устройств В 79-канальной системе схема выбора частоты выбирает сегмент из 32 частот, BD ADDR охватывающий диапазон около 64 МГц (рис. 2.20) и проходит по этим частотам Каждый приемопередатчик Bluetooth снабжен уникальным 48-битным адресол один раз в псевдослучайном порядке. Далее, выбирается другой 32-частотный сег устройства Bluetooth (Bluetooth Device Address Ч BD ADDR). Этот адрес назна мент и т.д. В промежуточных состояниях вызов, ожидание вызова или ответ на вы чается управлением регистрации IEEE ( зов все время используется 32-частотный сегмент (сегмент выбирается с помощью index.shtml) для производителей и называется организационно уникальным идеи адреса;
разные модули будут иметь различные сегменты). В состоянии соединение тификатором (Organizationally Unique Identifier Ч ОШ).
на выходе составляется псевдослучайная последовательность, которая перемеща Организационно уникальный идентификатор определен в IEEE Std 802-1990 \ ется по 79 или 23 частотам, в зависимости от системы. Для 23-канальной системы используется для создания 48-битных универсальных MAC адресов локальных се размер сегмента равен 16 (таблица 2.14). Принцип работы схемы выбора частоты изображен на рис. 2.20. тей. Это позволяет идентифицировать уникальным образом LAN и MAN станции.
Коммуникации Bluetooth используют этот 48-битный адрес для создания своей Аудио интерфейс собственного формата. Идентификатор поделен на три поля следующим образол (рис. 2.21):
Обработка аудиоинформации в беспроводной технологии Bluetooth основана на традиционных методах, т.е. информация кодируется на передающей стороне и де- Х Поле LAP (Lower Address Part): нижняя адресная часть, состоящая из 24 би кодируется на приемной. тов;
Аудиоинформация кодируется одним из двух способов: 8-битным логарифми- Х Поле UAP (Upper Address Part): верхняя адресная часть, состоящая их 8 битов;
ческим или линейным кодами (таблица 2.15). Требуемая схема кодирования голо- Х Поле NAP (Non-significant Address Part): незначимая адресная часть, состоя са выбирается после согласования администраторов связи двух задействованных Щая из 16 битов.
модулей.
Поля LAP и UAP формируют значимую часть BDADDR. Полный объем адрес;
равен 232.
Защита информации Технология Bluetooth обеспечивает беспроводную передачу между равноправны ми узлами. Для обеспечения защиты и конфиденциальности информации, система обеспечивает меры защиты как на прикладном, так и на канальном уровне. В каж дом модуле Bluetooth осуществляются процедуры аутентификации и кодирования.
Для поддержки защиты информации на канальном уровне используются четыре Рис. 2.21. Формат адреса Bluetooth различных объекта: уникальный общий адрес для каждого пользователя, два сек ретных ключа и случайное число, которое различно для каждой транзакции. Опи сание каждого объекта приведено в таблице 2.16.
Коды доступа Для сигнализации в системе Bluetooth используются 72-битные и 68-битные ко Таблица 2.16. Объекты, используемые в процедурах аутентификации и кодирования ды доступа. Определено три различных кода доступа:
Объект Размер Х Код доступа устройства (DAC);
Уникальные адреса устройства Bluetooth (BD ADDR) 48 бит Х Канальный код доступа (САС);
Личный ключ пользователя, аутентификация 128 бит Х Код доступа запроса (I АС).
Личный ключ пользователя, кодирование 8-128 бит Также определены адреса для устройств Bluetooth, находящихся в различных Случайное число (RAND) 128 бит состояниях: адрес активного члена (Active Member Address Ч AM_ADDR), адрес устройства, находящегося в состоянии парковки (Parked Member Address Ч Секретные ключи получаются в процессе инициализации и за время существо PMADDR), адрес требования доступа (Access Request Address Ч ARADDR).
вания пикосети никогда не меняются. Ключ кодирования получается из ключа ау AM ADDR тентификации в процессе аутентификации. Алгоритм аутентификации всегда ис Каждому активному подчиненному устройству в пикосети назначается 3-х бит пользует 128 бит.
ный адрес активного члена (AMADDR). Адрес AMADDR, состоящий только из Для алгоритма кодирования, размер ключа может колебаться от 8 до 128 бит.
нулей, зарезервирован для широковещательных сообщений. Мастер не имеет Размер ключа кодирования конфигурируем по двум причинам:
AM_ADDR.
1) Для учета различий в требованиях, наложенных на криптографические алго Адрес AMADDR назначается подчиненному устройству мастером, когда оно ритмы в различных странах.
активизируется. Это происходит либо во время установления соединения, либо 2) Для обеспечения будущего обновления, для исключения неоправданно доро сразу после выхода подчиненного устройства из режима парковки.
гостоящего перепроектирования алгоритмов и аппаратных средств кодирования.
РМ ADDR Увеличение размера ключа является самым простым способом борьбы с потенци Подчиненное устройство в режиме парковки может быть идентифицировано альными подслушивателями.
своим BDADDR, или выделенным адресом устройства, находящегося в состоя нии парковки (РМ ADDR). Это 8-битный адрес, который назначается подчинен 2.2.3. Протокол управления связью ному устройству, как только оно вошло в режим парковки. Адрес PM_ADDR дей Протокол управления связью (Link Manager Protocol Ч LMP) описывает процеду ствителен только в период пребывания подчиненного устройства в режиме парков ры, использующиеся для установления, защиты и управления линией связи между ки. Когда подчиненное устройство активизируется, вместо РМ ADDR ему назна устройствами Bluetooth. Пакеты LMP не содержат данных пользователя. Раздел чается адрес активного члена (AMADDR).
LMP включает семь подразделов:
AR ADDR 1) Общий обзор Адрес требования доступа (AR_ADDR) используется подчиненным устройст 2) Формат LMP сообщений вом, находящимся в режиме парковки, для определения локна, в котором можно 3) Процедуры и протокольные единицы обмена послать сообщения с требованием доступа.
4) Установка соединения Адрес AR ADDR назначается подчиненному устройству, когда оно входит в ре 5) Описание PDU жим парковки и действителен только во время пребывания в этом режиме. Этот 6) Режимы тестирования адрес необязательно должен быть уникальным;
т.е. различные устройства, находя 7) Обработка ошибок щиеся в режиме парковки могут иметь одинаковый ARADDR.
Общий обзор PDU назначен 7-битный код операции, который используется для того, чтобы од LMP сообщения используются для установления, защиты и управления линией нозначно определить различные типы PDU. Код операции и однобитный иденти связи. Они передаются в полезной информации вместо L2CAP и различаются с по- фикатор транзакции расположены в первом байте тела полезной информации мощью зарезервированного значения в поле L_CH заголовка полезной информа- (рис. 2.23). Идентификатор транзакции расположен в наименее значимом бите ции. LMP сообщения отфильтровываются и не распространяются на высшие уров- (LSB). Он равен 0, если PDU принадлежит транзакции, инициированной подчи ни. ненным устройством. Если PDU содержит один или более параметров, они распо LMP сообщения имеют приоритет над данными пользователя. Это значит, что ложены в полезной информации, начиная со второго байта тела полезной инфор если LM посылает сообщение, Ь2САР-трафик не будет задерживать это сообще- мации. Количество используемых байтов зависит от длины параметров. Если SCO ние, хотя оно может задерживаться многочисленными повторными передачами линия связи представлена с использованием пакетов HV1 и длина содержимого baseband-пакетов. менее 9 байт, PDU могут передаваться в пакетах DV. В противном случае должны LC не отвечает ни за время, необходимое для доставки сообщения на удаленное использоваться пакеты DM1. Все параметры имеют формат с прямым порядком устройство, ни за задержки между доставкой сообщения на удаленное устройство и байт, т.е. первым передается наименее значимый байт.
получением отправителем соответствующего уведомления. Источник/пункт назначения PDU определены адресом AM_ADDR в заголовке Основным содержанием этого раздела является описание установления сеанса пакета.
связи между парой LM, а не непосредственно LM (рис. 2.22).
Рис. 2.23. Тело полезной нагрузки при передаче LM PDU Каждая PDU может быть либо обязательной, либо дополнительной. Админист ратор связи должен распознавать все дополнительные PDU, которые он принима ет, и если требуется, посылать соответствующий ответ. Если принятая дополни тельная PDU не требует ответа, ответ не посылается.
Процедуры и протокольные единицы обмена Этот раздел является ключевым для специалистов, реализующих нижние уровни протокола Bluetooth. В нем подробно объясняется механизм работы устройства в пикосети. В таблице 2.17 описаны все процедуры.
Таблица 2. Процедура Функция Физический уровень i -------- Общие ответные Используются для того, чтобы сообщить инициатору запроса или команды, сообщения была ли команда принята Ч и возможно, выполнена Рис. 2.22. Роль LMP в процессе установки соединения Процедура аутентификации, основанная на схеме вызов-ответ, необходима Аутентификация для подтверждения присутствия потенциальных членов пикосети Формат LMP сообщений Используется, когда два устройства не имеют общего ключа связи или ключа Сопряжение инициализации. Эта процедура создает ключ, основанный на персональном Протокольные единицы обмена (Protocol Data Units Ч PDU) LM всегда посыла опознавательном номере (Personal Identification Number Ч PIN) и случайном ются как однослотовые пакеты, а заголовок полезной информации занимает 1 байт.
числе (RAND) Два наименее значимых бита в заголовке полезной информации определяют логи Если два устройства соединены, и ключ связи получен из комбинации Изменение ческий канал. Для протокольных единиц обмена LM этим битам присвоено опреде- ключей, линия связи может быть изменена в целях повышения ее ключа связи защищенности ленное значение.
Поле Поток в заголовке полезной информации (см. раздел Baseband, Пакеты) всегда состоит из одного бита и игнорируется на принимающей стороне. Каждой Выбор между Устройство конфигурировано для постоянного использования DM пакетов Изменение Текущий ключ связи может быть полупостоянным ключом связи или пакетами DM и (защищенных FEC с коэффициентом 2/3), постоянного использования DH текущего временным ключом связи. Замена на временный ключ связи необходима, DH в зависимости пакетов (не защищенных), или для автоматической регулировки типа своих ключа связи если пикосеть должна поддерживать зашифрованную радиопередачу, от качества пакетов согласно качеству канала. Эта команда устанавливает DH которая в этом случае позволила бы иметь общий ключ связи для всех канала членов пикосети Качество Этой командой устанавливается интервал опроса, который определен как Начинает процесс кодирования. Кодирование может использоваться, если Кодирование обслуживания максимальное время между последующими передачами от мастера к была выполнена хотя бы одна аутентификация (Quality of конкретному подчиненному устройству. Опрос с заданным интервалом Запрос смещения Если подчиненное устройство получает FHS пакет, то всегда вычисляется Service - QoS) происходит всегда, кроме тех случаев, когда случаются коллизии при часов разница между его собственными часами и часами мастера. Этот запрос вызове, ожидании вызова, запросе и ожидании запроса заставляет подчиненное устройство включить эту разницу в полезную информацию FHS пакета, таким образом, мастер знает на каком частотном SCO линии Устанавливает SCO линии связи, которые резервируют регулярные канале подчиненное устройство просыпается в режиме Ожидание вызова связи временные интервалы для обмена данными между модулями. Отрезок после того, как оно покинуло пикосеть времени между этими интервалами называется SCO интервалом Контроль Количество слотов, которые использует подчиненное устройство в своем Информация о Ответ на Запрос смещения часов многослотовых возвратном пакете, может быть ограничено. В этой процедуре мастер смещении слота пакетов позволяет подчиненному устройству использовать максимальное количество Запрос Возвращенные параметры точности синхронизации Ч это долговременный слотов информации 0 дрейф, измеренный в ррш и длительные колебания, измеренные в точности миллисекундах. Они используются в режимах Пауза (Hold), Внимание Устанавливает одну из опциональных схем вызова, которая будет Схема вызова синхронизации (Sniff) и Парковка (Park). Эти параметры фиксированы для определенного использована в следующий раз при вызове модуля. Вызываемое устройство устройства и не должны изменяться при очередных запросах может принять или отклонить эту схему Управление Эта процедура используется для установки значения времени ожидания Версия LMP Запрос версии протокола LMP линией связи (timeout), которое необходимо для контроля существования линии связи Поддерживаемые В результате этого запроса возвращаются типы пакетов контроллера связи особенности и свойства, поддерживаемые модулем Bluetooth Переключение Т.к. вызывающие устройства всегда становятся мастерами пикосети, иногда роли мастер/ необходимо переключение ролей мастер/подчиненное устройство Установка соединения подчиненное Когда вызывающее устройство создает соединение, включая уровни выше LM, оно устройство посылает LM запрос на соединение с хостом. Когда другая сторона принимает это Запрос удобного для пользователя имени, связанного с устройством Запрос имени Bluetooth. Это имя должно состоять максимум из 248 байт, закодированных в сообщение, хост информируется о входящем соединении. Удаленное устройство соответствии со стандартом UTF- может принимать или отклонять запрос на соединение. Если LMP-запрос на со Обрывает соединение между двумя устройствами Bluetooth. Это может быть Отсоединение единение с хостом принят, запускаются LMP-процедуры защиты (сопряжение, ау сделано в любое время либо мастером, либо подчиненным устройством.
тентификация и кодирование). Если устройство не собирается инициировать дру Параметр причина включается в сообщение для информирования другой стороны о причине прекращения связи гие процедуры защиты в процессе соединения, высылается сообщение о том, что Линия связи между двумя устройствами Bluetooth может быть помещена в Пауза (Hold) установка закончена. Схема установления соединения представлена на рис. 2.24.
режим Hold на определенное время. В течение этого времени, от мастера не После того как устройства обменяются этими сообщениями по логическому кана будет передано ни одного ACL пакета лу, отличному от LMP, может быть передан первый пакет.
Внимание Переводит устройство в режим с малым рабочим циклом, т.е.
(Sniff) предполагается, что подчиненное устройство не всегда отвечает на запросы.
Когда линия связи находится в режиме Sniff, мастер может начать передачу Описание PDU только в определенный слот В этом разделе технических требований представлена подробная таблица прото Парковка Если у подчиненного устройства нет надобности участвовать в пикосети, но кольных единиц обмена протокола управления связью. Для каждой PDU опреде (Park) оно все еще должно быть FH-синхронизировано, оно может быть переведено в лены следующие характеристики:
режим Park. В этом режиме устройство лоставляет свое место в пикосети, но все еще ресинхронизируется на канал, пробуждаясь в моменты появления Х Длина (в байтах) радиомаяка, отделенные специальным интервалом Х Код операции Если значение уровня мощности принятого сигнала слишком сильно Регулирование Х Тип пакета отличается от необходимого для устройства Bluetooth значения, оно может мощности Х Возможное направление передачи запрашивать увеличение или уменьшение уровня мощности передачи другого устройства. После получения этого сообщения выходная мощность Х Содержание увеличивается или уменьшается Х Местоположение в полезной информации возможна, DUT возвращает сообщение об этом и вводит режим тестирования (рис. 2.25). Когда DUT-устройство ввело режим тестирования, ему посылается LMP команда для того, чтобы начать тестирование.
Обработка ошибок Если LM принимает PDU с нераспознаваемым кодом операции, то он отклоняет ее. Нераспознанный код операции отправляется назад в ответной PDU. Если LM принимает PDU с недопустимыми параметрами, оно отклоняет его с кодом причи ны недопустимые параметры LMP.
Если превышено максимальное время ожидания или обнаружена потеря связи, то сторона, которая ожидает ответа, заключает, что процедура закончилась неудачно.
Так как LMP PDU не интерпретируются в реальном времени, то в случае, если оба LM приступают к выполнению одной и той же процедуры, могут случаться коллизии, и обе процедуры не будут выполнены. В такой ситуации мастер откло няет процедуру, начатую подчиненным устройством, с кодом причины Ошибка LMP. Коллизия при передаче. После этого выполняется процедура, начатая мас тером.
2.2.4. L2CAP Протокол управления логической связью и адаптацией (Logical Link Control and Adaptation Protocol Ч L2CAP) отвечает за предоставление услуг SCO- и ACL-пе редачи данных на протоколы высших уровней. L2CAP имеет возможность мульти Рис.2. 24. Схема установления соединения плексирования протоколов наряду с сегментацией и реассемблированием больших пакетов данных пользователя. L2CAP позволяет высокоуровневым протоколам и приложениям передавать и получать пакеты данных длиной до 64 кбайт. L2CAP Режимы тестирования также поддерживает концепцию групповых абстракций. Раздел L2CAP содержит Протокол LMP имеет несколько протокольных единиц обмена для поддержания семь подразделов:
различных режимов тестирования Bluetooth, которые используются для сертифи 1) Введение кации и испытания на соответствие Bluetooth-стандартам Радио и Baseband.
Pages: | 1 | 2 | 3 | Книги, научные публикации