Области применения Bluetooth

Вид материала

Документы

Содержание Области применения Bluetooth Стандарты Bluetooth

Подобный материал:

• "Технология беспроводной передачи информации на примере технологии Bluetooth, 360.27kb.
• Материалы конференции «экспресс-методы химического анализа: достоинства и недостатки,, 213.19kb.
• Темы курсовых и дипломных работ, 10.43kb.
• В. И. по вопросу о практике применения закон, 35.48kb.
• Секция «перспективы применения инновационных проектов для развития работ по хяс» доклад, 92.26kb.
• Ооо «Джерман-Автоцентр», 47.56kb.
• Правомерность применения бюджетным учреждением льготы, установленной подпунктом 1 пункта, 12.33kb.
• Области технического применения химических соединений второго ранга евдокимов, 544.8kb.
• Технологии Новых Возможностей.         программа, 595.3kb.
• О. А. – соискатель Порядок и особенности применения административных наказаний в области, 175.05kb.

Bluetooth

Bluetooth — это внедренное в микрочип невыключающееся радиоустройство ближнего действия. Эта технология была представлена шведским производителем мобильных средств связи Erricsson в 1994 году как средство, позволяющее портативным компьютерам совершать звонки по мобильным телефонам. С тех пор несколько тысяч компаний работают над тем, чтобы технология Bluetooth стала стан­дартом множества маломощных, действующих на близком расстоянии беспроводных устройств.

Цель Bluetooth — унифицировать возможности ближней радиосвязи. В диапазо­не 2,4 ГГц (общедоступные нелицензируемые частоты для маломощных уст­ройств) два аппарата Bluetooth, находящиеся на расстоянии до 10 м, могут со­вместно использовать пропускную способность до 720 Кбит/с. Bluetooth предна­значена для поддержки многих приложений (полный список достаточно объемен и продолжает пополняться: передача данных, аудио, графики, видео и т.д.). На­пример, чип Bluetooth может внедряться в такие аудиоустройства, как наушни­ки, беспроводные и обычные телефоны, домашние стереопроигрыватели и циф­ровые MP3-плейеры. С помощью Bluetooth потребители могут делать следующее:

• звонить с беспроводного головного телефона, удаленно связанного с телефо­ном ячейки сотовой связи;

• соединять компьютеры с периферией (принтеры, клавиатуры, мыши), не используя кабель;

• подключать без проводов MP3-плейеры к другим машинам с целью загруз­ки музыкальных файлов;

• организовывать домашние сети, чтобы пользователь-домосед мог, не двига­ясь с места, наблюдать за кондиционером, микроволновой печью и тем, как его дети используют Internet;

• звонить домой для того, чтобы включить или выключить бытовой прибор, устройство аварийной сигнализации или просто понаблюдать, что происхо­дит в отсутствие хозяина.

Области применения Bluetooth

Технология Bluetooth предназначена для работы в среде со многими пользователями. В маленькую сеть, называемую пикосетью (piconet), могут объединяться до восьми устройств. Десять таких пикосетей могут сосуществовать в одном радиодиапазоне Bluetooth. Для обеспечения безопасности каждый канал связи ко­дируется и защищается от подслушивания и интерференции. Bluetooth предусматривает поддержку трех основных областей применения использованием беспроводной связи ближнего действия.

1) Точки доступа для ввода данных (в том числе — посредством голоса). Bluetooth способствует передаче в реальном времени данных и речи, обеспечи­вая удобную беспроводную связь портативных и стационарных аппаратов связи.

2) Замена кабеля. При наличии Bluetooth отпадает необходимость в много­численных кабельных проводках, которые сопровождают практически все устройства связи. Соединение Bluetooth устанавливается мгновенно, причем связываемые устройства не обязательно должны находиться в переделах прямой видимости. Радиус охвата — порядка 10 м, а если использовать усилитель, эту величину можно довести до 100 м.

3) Организация эпизодических сетей. Устройство, оснащенное чипом Bluetooth, может мгновенно устанавливать связь с другим устройством, на­ходящимся в пределах области охвата.

Несколько примеров того, как можно использовать технологию Bluetooth приведены в табл. 15.1.

Сценарии пользователя Bluetooth

- телефон "три в одном" — телефон работает как интерком (не нужно платить за услуги телефонии), дома это беспроводный телефон (оплачивается как стационарное устройство), а если вы пере­рветесь, его можно использовать как обычный мобильный телефон (это уже сотовая связь)

- мост Internet - портативный ПК можно связать с Internet откуда угодно либо посредством мобильного телефона (беспроводное соединение), либо с помощью кабеля (РSТN, ISDN, ЛВС, хDSL)

- интерактивная конференция – на встречах и конференциях информацию можно мгновенно распространять между всеми участниками. Кроме того, проектором можно управлять, и не имея проводного соединения

- удаленный головной телефон - соедините головной телефон с вашим мобильным ПК или любым проводным соединением — и Ваши руки свободны для более важных дел в офисе или в движущемся автомобиле

громкоговоритель портативного ПК - соедините беспроводный головной микрофон с вашим портативным ПК — и используйте его как микрофон в офисе, машине или дома

- почта из портфеля - получите доступ к электронной почте, не вынимая портативный ПК из портфеля. Как только ПК получает почту, вам об этом сообщает ваш мобильный телефон. Используя тот же мобильный телефон, входящую почту можно просмотреть и прочитать сообщения

- задержанные сообщения – если вы летите в самолете, электронную почту можно занести в ПК. Как только вы приземлитесь и сможете пользоваться мобильным телефоном, сообщения будут посланы немедленно

- автоматическая синхронизация - автоматически синхронизируйте ваш настольный компьютер, портативный ПК, ноутбук и мобильный телефон. Как только вы войдете в офис, список адресов и календарь настольного компьютера будут автоматически обновлены согласно файлам вашего ноутбука (или наоборот)

- Мгновенная цифровая открытка - Подключите (без проводов!) камеру к мобильному телефону или к любому выходу провод­ной связи. Введите комментарий с мобильного телефона, ноутбука или портативного ПК — и готовую открытку можно отправлять немедленно

- Беспроводный настольный компьютер - Вашему компьютеру не нужны провода, чтобы соединиться с принтером, сканером, кла­виатурой, мышью или локальной сетью

Стандарты Bluetooth

Стандарты Bluetooth — это фундаментальный труд: более 1500 страниц, содер­жащих технологическую (внутреннюю) спецификацию Bluetooth и специфика­ции профиля. Внутренние спецификации описывают детали разнообразных уровней протокольной архитектуры Bluetooth (от радиоинтерфейса до управле­ния каналом связи). Рассматриваются и родственные темы, такие, как возмож­ность взаимодействия со сходными технологиями, требования к тестированию и определения разнообразных таймеров Bluetooth и связанных с ними значений.

В спецификациях профиля описано использование технологии Bluetooth для поддержки различных приложений. В каждой спецификации рассматрива­ется применение технологии, определенной во внутренней спецификации, для реализации конкретной модели использования. В спецификации профиля ука­зывается, какие аспекты внутренних спецификаций Bluetooth являются обяза­тельными, необязательными и неприменимыми. Цель спецификации профиля - определить стандарт возможности взаимодействия, чтобы продукты разных про­изводителей, заявленные как поддерживающие данную модель использования, могли действительно работать вместе. Грубо говоря, спецификации профиля от­носятся к одной из двух категорий: замена кабеля или беспроводное аудио. Профили замены кабеля дают близко расположенным устройствам удобное сред­ство организации логического соединения и обмена данными. Например, если два аппарата попадают в диапазон взаимной досягаемости, они могут автомати­чески согласовать общий профиль. Возможно, в связи с этим пользователь будет предупрежден об установлении общего профиля или же произойдет автоматиче­ский обмен информацией. Профили беспроводного аудио занимаются созданием голосовых соединений ближнего действия.


Протокол управления логическим каналом и адаптации (Logical Link Control and Adaptation Protocol — L2CAP). Адаптирует протоколы высших уровней к уровню узкополосной передачи. L2CAP предлагает как службы без установления соединения, так и службы на основе соединения.

Протокол обнаружения службы (Service Discovery Protocol— SDP). Для установления связи между двумя устройствами Bluetooth или большим числом устройств может запрашиваться информация об устройстве, служ­бах и характеристиках служб.

В спецификацию Bluetooth включен еще один протокол: RFCOMM — протокол замещения кабеля. RFCOMM предоставляет виртуальный последовательный порт, задача которого — сделать замену кабельных технологий максимально незаметной для пользователей и программ. Последовательные порты — это из наиболее общих типов интерфейсов связи, которые используются вычислительными устройствами и устройствами связи. Следовательно, RFCOMM позволяет замещать кабели последовательного порта с минимальной модификацией существующих устройств. RFCOMM обеспечивает транспортировку двоичных данных и эмулирует сигналы управления EIA-232 над узкополосным уровнем Bluetooth. EIA-232 (ранее известный как RS-232) — это широко используемый стандарт интерфейса последовательного порта.

В Bluetooth определен протокол управления телефонией. Протокол TCS (Telephony Control Specification — binary — спецификация управления телефонией — бинарная) — это протокол с битовой структурой, который определяет передачу сигналов управления вызовами с целью установления сеансов передачи речи и данных между устройствами Bluetooth. Кроме того, он определяет процедуры управления мобильностью для управления группами устройств Bluetooth TCS.

Адаптированный протокол определяется в спецификациях, выпускаемых другими организациями по стандартизации, и вводится в общую архитектуру Bluetooth. Стратегия Bluetooth заключается в создании только необходимых протоколов при максимально возможном использовании имеющихся стандартов. В число адаптированных протоколов входят следующие.

• РРР. Протокол двухточечного соединения — это стандартный протокол Internet для перемещения дейтаграммы 1Р по двухточечному каналу связи.

• TCP/IP. Фундаментальные протоколы из набора TCP/IP.

• ОВЕХ. Протокол объектного обмена — это протокол сеансового уровня, разработанный Ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (Infrared Data Association — IrDa) для обмена объектами. Функции ОВЕХ подобны функциям НТТР, но выполняются проще. Кроме того, данный протокол дает модель представления объектов и операций. Примерами форматов содержимого, передающегося посредством ОВЕХ, являются vCard и vCalendar, которые предлагают формат электронных визитных карточек и персонального календаря/делового расписания, соответственно.

• WAE \WAP. Bluetooth вмещает в своей архитектуре среду беспроводных приложений и протокол беспроводных приложений.


Модели использования

В документах по профилям Bluetooth определены несколько моделей использо­вания. По сути, модель использования — это набор протоколов, которые реали­зуют конкретное приложение на основе Bluetooth. Каждый профиль определяет протоколы и свойства протоколов, поддерживающие конкретную модель исполь­зования. На рис. представлены модели использования с наивысшим приоритетом. Перечислим эти модели.

Передача файлов. Модель поддерживает передачу каталогов, файлов, докумен­тов, изображений и потоковую информацию. Данная модель использования также содержит возможность просмотра папки с удаленного устройства.

Мост Internet. Используя данную модель, ПК связывается без проводов с мо­бильным телефоном или беспроводным модемом для удаленного телефонного доступа к сети или факсу. Относительно удаленного доступа следует сказать, что управление мобильным телефоном или модемом осуществляется с помощью команд AT, а для передачи данных используется другой стек протоколов (например, РРР над RFCOMM). При факсимильной же связи программное обес­печение факса работает непосредственно над уровнем RFCOMM.

Доступ к локальной сети. Данная модель использования позволяет устрой­ствам пикосети получить доступ к локальной сети. После соединения работа устройства та же, что и при проводном подключении.

Синхронизация. Данная модель обеспечивает синхронизацию содержащейся на устройствах персональной информации, такой, как записи в телефонной книге, календаре, сообщения и заметки. Здесь следует упомянуть IrMC (Ir Mobile communications — мобильная связь в инфракрасном диапазоне), про­токол IrDa, который позволяет передавать между устройствами обновлен­ную персональную информацию (по схеме клиент/сервер).

Телефон "три в одном". Телефонные трубки, которые реализуют данную модель использования, могут работать как беспроводный телефон, подсое­диненный к голосовой базовой станции, как интерком, связанный с други­ми телефонами, и как сотовый телефон.

Головной телефон. Головной телефон может использоваться как устройство аудиоввода/вывода удаленного устройства.


Пикосети и рассеянные сети

Ранее уже упоминалось, что основные элементы организации сетей Bluetooth -это пикосети, состоящие из ведущего устройства (master) и из 1-7 активных подчиненных устройств (slave). Радиоустройство, обозначенное как ведущее, оп­ределяет канал (последовательность перестройки частоты) и фазу (т.е. когда пе­редавать), которые будут использоваться всеми устройствами данной пикосети, Эти параметры определяются ведущим устройством на основе собственного адре­са. Подчиненное устройство может сообщаться только с ведущим, причем лишь тогда, когда это разрешает ведущее устройство. Любое устройство одной пикосе­ти может также входить в другую пикосеть в качестве как подчиненного, так и ведущего (рис.). Данная схема с перекрытием называется рассеянной сетью (scatternet). На рис. архитектура пикосети/рассеянной сети сравнивается с другими формами беспроводных сетей.


Преимущество схемы пикосеть/рассеянная сеть состоит в том, что она позво­ляет многим аппаратам находиться в одной физической области и эффективно ис­пользовать общую полосу. В системе Bluetooth задействована схема перестройки частоты с расстоянием между несущими 1 МГц. Как правило, при общей полосе 80 МГц может быть до 80 различных частот. Если передача ведется на одной час­тоте, то каждый отдельный канал соответствует полосе 1 МГц. При перестройке частоты логический канал определяется последовательностью изменения частоты. В любой момент времени доступна полоса 1 МГц, а максимальное число устройств, совместно использующих полосу, — 8. В общей полосе 80 МГц могут одновремен­но функционировать различные логические каналы (с разными последовательно­стями перестройки). Если устройства из различных пикосетей, работающие в раз­личных логических каналах, одновременно перестроятся на одну частоту, про­изойдет конфликт. С увеличением числа пикосетей в области и, соответственно, числа конфликтов падает производительность. Подытожим: в рассеянной сети со­вместно используются физическая область и суммарная полоса, а в пикосети — логический канал и возможность передачи данных.


РАДИОСПЕЦИФИКАЦИЯ

Радиоспецификация Bluetooth — это небольшой документ, в котором представ­лены основные детали радиопередачи устройств Bluetooth. Некоторые ключевые параметры приведены в табл. 15.2.

Таблица 15.2. Параметры Bluetooth


Топология

Модуляция


Максимальная скорость передачи данных

Ширина полосы радиочастот

Полоса радиочастот

Число радионесущих

Расстояние между несущими

Мощность передачи

Схема доступа к пикосети

Скорость изменения частоты

Схема доступа к рассеянной сети

До 7 одновременных каналов в логической звездообразной сети

GFSK 1 Мбит/с


1Мбит/с

220 кГц (по уровню -3 дБ), 1 МГц (по уров­ню -20 дБ)

2,4 ГГц, диапазон ISM

23/79

1 МГц

О,1 Вт

FH-TDD-TDMA

1600 раз в секунду

FH-CDMA

Одним из аспектов радиоспецификации является определение трех классов передатчиков на основе выходной мощности.

• Класс 1. Минимальная мощность выходного сигнала — 1 мВт (0 дБмВт); для передачи на максимальное расстояние — 100 мВт (+20 дБмВт). В этом классе контроль мощности является обязательным, мощность должна нахо­диться в диапазоне 4-20 дБмВт. Данный режим обеспечивает наибольшее расстояние связи.


• Класс 2. Минимальная мощность выходного сигнала — 0,25 мВт (-6 дБмВт); для передачи на максимальное расстояние.— 2,4 мВт (+4 дБмВт). Контроль мощности — по желанию.

• Класс 3. Наименьшая мощность. Номинальный выход — 1 мВт.

Bluetooth использует полосу 2,4 ГГц в диапазоне ISM (полоса частот для промышленного, научного и медицинского использования). В большинстве стран этой полосы достаточно для определения 79 физических каналов шириной 1 МГц. Чтобы аппараты не излучали больше мощности, чем требует­ся, используется контроль мощности. Алгоритм контроля мощности реализуется посредством протокола администратора канала связи между ведущим и подчи­ненными устройствами в пикосети.

Для модуляции в устройствах Bluetooth выбрана гауссова частотная мани­пуляция, причем двоичная единица представляется положительным отклонени­ем от центральной частоты, а двоичный нуль — отрицательным. Минимальное отклонение — 115 кГц.


Узкополосная спецификация

Один из наиболее сложных документов Bluetooth — узкополосная специфика­ция, ключевые элементы которой рассмотрены ниже.

Перестройка частоты

Перестройка частоты (Frequency Hopping — FH) в Bluetooth используется с дву­мя целями.

1. Обеспечить сопротивление интерференции и эффектам многолучевого рас­пространения.

2. Предоставить некоторую схему множественного доступа соседствующим устройствам из разных пикосетей.

Опишем работу схемы FH. Общая полоса делится на 79 (почти во всех странах) физических каналов, каждый занимает полосу в 1 МГц. Перестрой­ка частоты производится путем перехода из одного физического канала в другой, причем последовательность изменения частоты определяется псевдо­случайной последовательностью. Все устройства отдельной пикосети исполь­зуют одинаковые последовательности изменения частоты; далее такую поcледовательность будем называть FH-каналом. Скорость изменения частоты — 1600 раз в секунду, так что каждый физический канал занят в течение 0,625 мс. Каждый интервал в 0,625 мс называются слотом, все слоты нуме­руются последовательно.

Радиоустройства Bluetooth сообщаются с использованием дуплекса с временным разделением (time division duplex — TDD). TDD — это схема передачи по каналу, в которой в любой момент времени данные передаются только в одну сторону, а направления передачи чередуются. Поскольку среду пикосети совместно используют более двух устройств, как схе­ма доступа используется TDMA. Таким образом, схему доступа к пикосети мож­но обозначить как FH-TDD-TDMA, а ее общий вид приведен на рис. Здесь k обозначает номер слота, а f(k) — физический канал, выбранный на это время. Передача пакета начинается в начале слота. Длина пакета может равняться 1, 3 или 5 слотам. Передача многослотового пакета ведется на одной частоте, без пере­стройки. В течение следующего слота передатчик переходит на частоту, определенную для данного периода времени последовательностью изменения частоты (таким образом, несколько частот последовательности пропускаются). Использование TDD предотвращает перекрестные помехи между операция­ми приема и передачи в радиотрансивере, что просто необходимо, если каждое устройство должно иметь один чип Bluetooth. Поскольку передача и прием про­исходят в разных слотах, в них используются разные частоты. Последовательность перестройки частоты определяется ведущим устройством пикосети и является функцией его Bluetooth-адреса. При этом для генерации этой последовательности используется довольно сложная математическая операция, включающая перестановку и выполнение операций исключающего ИЛИ. Поскольку разные пикосети в одной области будут использовать разные ве­дущие устройства, отличаться будут и последовательности перестройки частоты. Таким образом, большую часть времени передачи двух устройств разных пикосетей в одной области будут идти по разным каналам. В некоторые моменты вре­мени передачи в двух пикосетях будут вестись по одному физическому каналу, что приведет к конфликту и потере данных. Впрочем, такое случается довольно редко, и для страховки достаточно использовать схемы прямого исправления ошибок и выявления ошибок/запроса ARQ. Итак, некая форма множественного доступа с кодовым разделением каналов (code division multiple access — CDMA) успешно применяется к аппаратам разных пикосетей в одной рассеянной сети; именуется эта схема FH-CDMA.