Kitabı yüklə

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 ...................................................................................................12
1.9.
Интерференция ............................................................................................. 12
1.10. Экология ....................................................................................................... 13
1.11. Персональные сети ....................................................................................... 13
1.12. Топология Bluetooth..................................................................................... 13
1.13. Защита информации ............................................................... = ................... 15
1.14. Infrared .......................................................................................................... 16
Авторы знакомят читателей с одной из наиболее динамично развивающихся
1.15. Infrared и Bluetooth ....................................................................................... 17
беспроводных технологий связи, получившей широкую известность в мире как
1.16. Отличия в скорости....................................................................................... 17
Bluetooth технология.
1.17. Проводная и беспроводная сеть ................................................................... 17
Данная книга несомненно принесет пользу разработчикам, которые найдут в ней
1.18. Коммутируемый выход в Интернет .............................................................. 19
конкретные технические характеристики, особенности реализации и смогут
1.19. Беспроводные локальные сети ..................................................................... 19
1.20. Сети HomeRF................................................................................................ 21
изучить интересующие их разделы технических требований; менеджерам,
1.21. Преимущества Bluetooth .............................................................................. 23
инвесторам, пользователям, сетевым операторам, а также широкому кругу
1.22. Внедрение технологии .................................................................................. 24
читателей, интересующихся проблемами беспроводной передачи данных.
1.23. Проблемы Bluetooth ..................................................................................... 26
1.24. Программа квалификации Bluetooth ........................................................... 27
1.25. Рынок для Bluetooth ..................................................................................... 27
1.26. Резюме........................................................................................................... 28
РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ........................................................................... 30
2.1.
Руководство к чтению технических требований Bluetooth ........................... 30
2.2.
Ядро .............................................................................................................. 32
2.2.1. Радио ............................................................................................................ 32
2.2.2. Baseband ....................................................................................................... 40
2.2.3. Протокол управления связью ...................................................................... 59
2.2.4. L2CAP .......................................................................................................... 65
2.2.5. Протокол обнаружения услуг ...................................................................... 73
2.2.6. RFCOMM ..................................................................................................... 76
2.2.7. Взаимодействие с IrDA ................................................................................ 77
2.2.8. Протокол управления телефонией ............................................................... 78
2.2.9. Требования к взаимодействию для использования Bluetooth в качестве
WAP Bearer .................................................................................................. 79
2.2.10. Интерфейс хост-контроллера Bluetooth ...................................................... 81
2.2.11. Транспортный уровень HCI USB................................................................. 83
2.2.12. Транспортный уровень HCI RS232 ............................................................. 84
2.2.13. Транспортный уровень HCI UART.............................................................. 84
2.2.14. Тестирование ............................................................................................... 85
2.2.16. Интерфейс управления тестированием........................................................ 87
2.3.
Заимствованные протоколы ......................................................................... 87
2.3.1. Point-to-Point ............................................................................................... 87
2.3.2. TCP/UDP/IP ............................................................................................... 88
2.3.3. ОВЕХ ........................................................................................................... 90
2.3.4. WAP ............................................................................................................. 90
2.3.5. WAE ............................................................................................................. 93
2.3.6. Форматы содержимого................................................................................. 95
2.3.7. Резюме.......................................................................................................... 97
2.4.
Профили....................................................................................................... 97
2.4.1. Профиль общего доступа .............................................................................. 98
2.4.2. Профиль последовательного порта .............................................................. 98
2.4.3. Профиль приложения обнаружения услуг................................................. 100
2.4.4. Профиль общего обмена объектами ........................................................... 103
2.4.5. Профиль внутренней связи ........................................................................ 104
2.4.6. Профиль беспроводной телефонии ............................................................ 106
2.4.7. Профиль гарнитуры ................................................................................... 108
2.4.8. Профиль коммутируемого выхода в сеть .................................................. 110
2.4.9. Профиль факса ........................................................................................... 112
2.4.10. Профиль доступа к локальной сети ............................................................ 114
2.4.11. Профиль передачи файлов......................................................................... 117
2.4.12. Профиль помещения объекта в стек .......................................................... 118
2.4.13. Профиль синхронизации ........................................................................... 120
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ................................................................... 123
3.1.
Обзор технологии и архитектуры построения Bluetooth систем............... 123
3.2.
Архитектура аппаратного модуля .............................................................. 126
3.3.
Особенности построения модулей Bluetooth.............................................. 127
3.4.
Элементная база Bluetooth (vl.l) фирмы Ericsson .................................... 127
3.4.1. Модуль Bluetooth ROK 101 007 ................................................................. 128
3.4.2. Радио модуль РВА 313 02 ........................................................................... 130
3.4.3. Bluetooth Baseband контроллер РВМ 990 90/2 .......................................... 132
3.5.
Bluetooth модули компании Mitsumi ......................................................... 136
3.6.
Обзор модулей Bluetooth от различных фирм производителей ................. 139
3.7.
Антенны для устройств Bluetooth .............................................................. 145
3.8.
Отладочные и вспомогательные средства для разработки изделий
на основе Bluetooth..................................................................................... 150
3.9.
Экономичные режимы работы устройств Bluetooth .................................. 153
3.10. Электромагнитная совместимость сетей Bluetooth
и других технологий ................................................................................... 155
3.11. Пути снижения себестоимости проектируемых устройств Bluetooth ........ 162
3.12. Реализация Bluetooth в России.................................................................. 167
ПРИЛОЖЕНИЯ BLUETOOTH .......................................................................... 169
4.1.
Мобильный офис ........................................................................................ 169
4.2.
Организация презентаций .......................................................................... 169
4.3.
Организация видеоконференций ................................................................ 170
4.4. Совместная работа групп пользователей .................................................... 171
4.5.
Синхронизация данных .............................................................................. 171
4.6.
Доступ к локальной сети и сети Интернет ................................................. 173
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
4.12.
4.13.
4.14.
Bluetooth в промышленности .................................................................... 175
Bluetooth в медицине ................................................................................. 176
Bluetooth в доме ......................................................................................... 177
Bluetooth в автомобиле .............................................................................. 178
Системы оплаты..........................................................................................179
Ограничение использования мобильных телефонов..................................180
Мобильная электронная коммерция...........................................................181
Резюме......................................................................................................... 183
РАЗДЕЛ 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... 184
5.1.
Будущее технологии Bluetooth ................................................................... 184
5.2.
Новые рабочие группы и профили............................................................. 184
5.3.
Радио 2.0 и рабочие группы по совместимости ........................................... 185
5.4.
Рабочие группы по расширению и усовершенствованию Bluetooth........... 186
5.5.
Рабочие группы по разработке новых приложений.................................... 187
5.6.
Структура беспроводной связи третьего поколения................................... 187
5.7.
Роль Bluetooth в беспроводной связи третьего поколения ......................... 188
Сайты некоторых компаний, занимающихся разработкой Bluetooth .......................................... 189
Английские сокращения ........................................................................................................................ 196
Список литературы ................................................................................................................................. 202
Раздел 1
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая книга посвящена одной из наиболее динамично развивающихся бес проводных технологий связи, получившей широкую известность в мире как
Bluetooth технология. Книга адресована самому разнообразному кругу читателей:
«обывателям», желающим понять «проблему», инженерам-проектировщикам, которые найдут в книге конкретные технические характеристики и алгоритмы работы или будут ориентированы к интересующим их разделам технических требований, а также инженерам-интеграторам, которые используют технологию Bluetooth
для создания конкретных технических систем.
1.1. Происхождение Bluetooth
В 1994 году Ericsson Mobile Communications, всемирная телекоммуникационная
компания, основанная в Швеции, приступила к исследованию осуществимости маломощного, дешевого радио интерфейса между мобильными телефонами и их аксессуарами. Целью исследования было нахождение способа устранения проводных
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 ясно, 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 рабочую группу Bluetooth Special Interest Group (SIG), которая к июлю 2002 года увеличилась 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 взаимодействию приложений. Документ Core определяет составляющие технических
требований, такие как радио, baseband, протокол управления связью, протокол обнаружения услуг, транспортный уровень и взаимодействие Bluetooth с различными протоколами связи. Документ Profiles определяет протоколы и процедуры, необходимые для взаимодействия различных типов приложений Bluetooth.
Для формирования группы учредителей (Promoter group) к пяти компаниям-основателям 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].
С апреля 2002 года в рабочую группу Bluetooth SIG входит российская компания Kedah Electronics Engineering (KEE) из города Зеленограда (Москва).
1.2. Название
Инженеры фирмы Ericsson назвали новую беспроводную технологию Bluetooth по
имени прославленного датского короля викингов. Гаральд Блатан (Harald Blatand)
пребывал на троне с 940 по 985 год и ему приписывается роль правителя, объединившего страну.
Blatand вольно переводится на английский язык как Bluetooth («Голубой зуб»).
Но это никак не связано с цветом его зубов. Такое прозвище он получил из-за своих темных-волос (Ыа — темный) и высокого роста (tan — великий), что было большой редкостью среди викингов [2].
Целью беспроводной технологии Bluetooth является обеспечение консолидации и
согласованности — а именно, дать возможность различным устройствам связываться без проводов по общепринятому стандарту. Именно так разработчики фирмы Ericsson объясняют свой выбор названия технологии — «Bluetooth».
Рис. 1.1. Стилизованный рунический камень, посвященный датскому королю, установленный на
территории компании Ericsson в Швеции
1.3. Технология Bluetooth
Технические требования Bluetooth определяют создание законченного решения,
содержащего аппаратное и программное обеспечение и требования к взаимодействию с другими устройствами. Набор технических требований Bluetooth, разработанный Ericsson и другими компаниями, отвечает требованиям беспроводной связи
ближнего действия для произвольной организации сети. Baseband-протокол
Bluetooth определяет коммутацию каналов и коммутацию пакетов, позволяя, таким
образом, осуществлять передачу голоса и данных.
Беспроводная технология Bluetooth реализована в малогабаритных, недорогих
приемопередатчиках ближнего действия, которые интегрированы в существующие платы, либо включаются в адаптерные устройства, например PC-карты для
ноутбуков, адаптеры для принтеров и т.д. Как определено специальной рабочей
группой Bluetooth SIG, при массовом производстве чипсетов, их цена не должна
превышать $5.
Беспроводная технология Bluetooth использует общедоступный нелицензируемый ISM диапазон частот 2.4 ГГц. ISM диапазон (ISM — Industrial, Science, Medical
— диапазон, отведенный для промышленных, научных и медицинских целей)
включает частотные диапазоны 902-928 МГц и 2.4-2.483 ГГц, которые не требуют
лицензии для его использования. Использование общего нелицензируемого
частотного диапазона означает, что устройства, использующие беспроводную технологию Bluetooth, могут связываться между собой вне зависимости от того, в какой стране мира они находятся [1].
1.4. Типы связи
В технических требованиях Bluetooth определены два типа связи для передачи голоса и данных: асинхронная связь без установления соединения (Asynchronous
Connectionless — ACL) и синхронная, ориентированная на соединение (Synchronous
Connection-Oriented — SCO). ACL связь поддерживает потоки данных на основе
«максимальных усилий» (best effort). Это значит, что сетевые ресурсы выделяются
«по возможности», т.е. только те, которые свободны в данный момент времени.
Передаваемая информация может быть данными пользователя или управляющими
данными. SCO связь поддерживает голосовые и мультимедийные потоки данных в
реальном времени, используя отведенную полосу частот. И данные, и голос
передаются в форме пакетов. Технические требования Bluetooth предусматривают
одновременную поддержку ACL и SCO связи.
Асинхронная связь без установления соединения поддерживает симметричные и
асимметричные соединения point-to-multipoint с коммутацией пакетов, которые
обычно используются для передачи данных. Для симметричных соединений максимальная скорость передачи данных равна 433.9 кбит/сек в обоих направлениях,
передачи и приема. Для асимметричных соединений максимальная скорость передачи данных равна 723.2 кбит/сек в направлении передачи и 57.6 кбит/сек в направлении приема. Если на принимающем устройстве обнаруживаются ошибки,
уведомление об этом посылается в заголовке возвратного пакета, таким образом, в
повторной передаче нуждаются только потерянные или ошибочные биты.
Синхронная связь, ориентированная на установление соединения, поддерживает
симметричные соединения point-to-point с коммутацией каналов, которые обычно
используются для передачи голоса. Для передачи голоса доступны три синхронных
канала, каждый со скоростью передачи 64 кбит/сек. Эти каналы образуются путем
использования либо импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation —
PCM), либо дельта-модуляции с переменной крутизной (Continuous Variable-Slope
Delta modulation — CVSD). PCM является стандартом кодирования речи из аналоговой формы в цифровой формат для передачи по коммутируемой телефонной сети общего пользования (Public Switched Telephone Network — PSTN). Стандарт
CVSD обеспечивает большую защищенность передаваемых сигналов от интерференции и таким образом, лучше чем РСМ подходит для передачи голоса по беспроводному каналу. Требуемая схема кодирования голоса выбирается после согласования с администратором связи (Link Manager — LM) каждого устройства
Bluetooth [3].
1.5. Произвольная (ad hoc) организация сети
Технические требования Bluetooth определяют возможность произвольной организации сети для передачи данных путем установления быстрой радиосвязи с
одним или несколькими устройствами, как только они оказываются в зоне действия друг друга. Каждое устройство имеет уникальный 48-битный МАС-адрес
(MAC — Medium Access Control — управление доступом к среде), совместимый с
форматом стандарта IEEE 802.11х для локальных сетей (Local Area Network —
LAN). Если мобильный телефон, использующий беспроводную технологию
Bluetooth, оказывается в зоне действия другого мобильного телефона Bluetooth, то
разговор может происходить по локальной радио линии point-to-point. Так как
соединение не требует провайдера услуг связи, то нет платы за использование
канала связи [1].
1.6. Голос по Bluetooth
Технические требования Bluetooth позволяют организовывать телефонные соединения тремя различными способами.
Первый — когда телефоны в доме или офисе работают как беспроводные телефоны, соединяясь с коммутируемой телефонной сетью общего пользования. Этот
сценарий включает в себя звонки через базовую станцию, прямые звонки между
двумя терминалами через базовую станцию и получение доступа к дополнительным услугам, которые предоставлены внешней сетью.
Второй — когда телефоны, использующие беспроводную технологию Bluetooth,
напрямую соединяют с другими телефонами, работая как переносные радиостанции («walkie-talkie») или гарнитуры. При таком сценарии организации двусторонней 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 формата MPEG-4 и передачу по беспроводному радиоканалу Bluetooth на другое устройство, 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 — когда телефоны работают как мобильные телефоны, соединенные с сотовой инфраструктурой. При этом оплата разговоров производится по тарифу оператора сотовой связи.
Беспроводная технология Bluetooth поддерживает три одновременных голосовых канала. Кроме того, для голосовых соединений ближнего действия типа
«walkie-talkie», голосовой канал может быть использован для радиосвязи между
гарнитурой и мобильным телефоном, позволяя освободить руки, что бывает очень
удобно, например, при вождении автомобиля.
Фирмой Siemens разработана телефонная гарнитура со встроенным приемопередатчиком Bluetooth (рис. 1.2). Радио сигнал служит соединительным звеном между
гарнитурой и модулем Bluetooth в мобильном телефоне. Это означает, что в процессе разговора можно носить телефон на ремне или отложить его в сторону и находиться поблизости. Для приема входящего звонка нужно просто нажать кнопку
на гарнитуре. При исходящем вызове используется голосовой набор. Телефон может находиться на расстоянии до 10 метров: в портфеле, в кармане пальто или даже
в другой комнате.
Технология передачи данных в инфракрасном диапазоне (Infrared) также поддерживает передачу голоса. В спецификации инфракрасной технологии для связи с подвижными объектами (Infrared for Mobile Communications — IrMC) разработанной
ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (Infrared Data Association —
IrDA) предусмотрен метод цифровой передачи голоса по инфракрасному каналу связи в реальном масштабе времени (Real-Time CONnection — RTCON). Однако это возможно только при условии, что обе стороны канала занимают определенное положение относительно друг друга. Расстояние между устройствами не должно превышать
1 метра, а угол инфракрасного луча не должен отклоняться более чем на 30 градусов.
1.7. Видео по Bluetooth
Помимо голоса технология Bluetooth поддерживает передачу видеоинформации
между устройствами. Интегральные схемы, разработанные компанией Toshiba, од-
Рис. 1.3. Видеокамера Panasonic NV-EX21, имеющая встроенный интерфейс Bluetooth
Связь между устройствами происходит по протоколу TCP/IP, который работает
«поверх» протокола канального уровня Bluetooth. Протокол TCP/IP является основой для протокола передачи в реальном времени (Real-time Transfer Protocol —
RTP), который обеспечивает правильную синхронизацию видео пакетов. Скорость
передачи при этом равна всего десяти кадрам в секунду в формате QCIF (Quarter
Common Intermediate Format — вариант формата CIF с уменьшенным вчетверо
разрешением, CIF — единый промежуточный формат). Таким образом, качество
изображения хуже чем то, которое предлагается телевидением (25 кадров в секунду). Компания Toshiba работает над улучшением качества изображения и скорости
передачи кадров. Интегральные схемы от Toshiba для кодирования и декодирования видеоинформации в формате MPEG-4 обеспечивают очень высокие рабочие
характеристики. Кроме того, эти схемы имеют малое потребление мощности, что
делает их эффективными для использования в беспроводных приложениях, особенно в мобильных терминалах и устройствах связи третьего поколения.
Для качественной передачи видеоинформации экспертная группа по вопросам
движущегося изображения (Moving Picture Experts Group — MPEG), созданная в
1988 г. по инициативе Международной организации по стандартизации (International Organization for Standardization — ISO) и Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission — IEC) разрабатывает
форматы сжатия аудио и видео сигналов.
MPEG-2 — стандарт сжатия движущегося изображения и звука состоит из трех
частей. Видеочасть стандарта описывает кодированный битовый поток для высококачественного цифрового видео. MPEG-2 является совместимым расширением
MPEG-1.
MPEG-4 — стандарт сжатия движущегося изображения и звука для мультимедийных приложений. Существует новый стандарт MPEG-7, определяющий про-
граммные средства и интерфейс для мультимедийных данных, обрабатываемых в
соответствии с вышеописанными стандартами MPEG. В 2000 году началась работа
над созданием формата MPEG-21 «Multimedia Framework». Получить последнюю
информацию об этих стандартах можно на Интернет-сайте экспертной группы по
вопросам движущегося изображения по адресу www.cselt.it/mpeg/.
Ключевым элементом MPEG-4 является формат сжатия видеосигнала, эффективный для приложений, характеризующихся неустойчивой передачей данных,
включая приложения, работающие по беспроводным каналам связи. Компания
Toshiba добавила функцию исправления ошибок для предотвращения ухудшения
качества изображения, которое происходит из-за ошибок при обмене данными [1].
1.8. Радиолиния
Радиолиния Bluetooth, использующая технологию расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты, устойчива к интерференции и замираниям. Как
известно, расширение спектра является методом цифрового кодирования, в котором исходный сигнал преобразуется таким образом, что для случайного слушателя
он становится больше похожим на шум. Операция кодирования увеличивает количество передаваемых битов и расширяет используемую полосу пропускания.
Используя такой же расширяющий код как и в передатчике, приемник сжимает
расширенный сигнал обратно к исходной форме. Сигнал, передаваемый в расширенной полосе частот, более устойчив к различным помехам, что повышает надежность передачи данных и голоса. При псевдослучайной скачкообразной перестройке частоты, т.е. перескоках сигнала с одной частоты на другую по закону псевдошумовой последовательности, беспроводные системы становятся более конфиденциальными, т.е. защищенными от подслушивания [3].
1.9. Интерференция
Расширение спектра позволяет бороться с интерференцией от других устройств,
работающих в этом же диапазоне частот 2.4 ГГц. К таким устройствам относятся
микроволновые печи, беспроводные телефоны, а также некоторые беспроводные
локальные сети, использующиеся в офисах. В беспроводной технологии Bluetooth
каждое устройство перестраивает свою частоту 1600 раз в секунду, используя 79
частотных каналов. Выбор частотного канала происходит псевдослучайным образом. Устройство, инициирующее связь (мастер), сообщает другому устройству
(подчиненному) последовательность перестройки частоты, которая будет использоваться. При наличии интерференции на одной частоте связь будет прервана на
время, равное длительности совпадения частот, т.е. всего на миллисекунды. Для
увеличения надежности связи система может посылать три копии каждого бита
данных.
Беспроводная технология Bluetooth и беспроводные локальные сети (Wireless
Local Area Networks — WLAN), основанные на стандарте 802.1 lb, работают в одном
и том же диапазоне радиочастот 2.4 ГГц. Так как технология Bluetooth ориентирова-
на преимущественно на персональные сети пользователей, устройства Bluetooth могут оказаться в зоне действия беспроводной сети 802.11b. При работе устройств
Bluetooth в непосредственной близости от LAN 802.1 lb возможны взаимные помехи, приводящие к ошибкам передачи. Когда это происходит, схемы коррекции ошибок LAN 802.11b и Bluetooth восстанавливают ошибочные биты. Использование
различных законов скачкообразной перестройки частоты этих сетей, а также и различных методов расширения спектра уменьшает вероятность интерференции [4].
1.10. Экология
Электромагнитное излучение от устройств, использующих беспроводную технологию Bluetooth регламентируется стандартом. Согласно этому стандарту модуль
Bluetooth не будет интерферировать или вредить общественному и частному телекоммуникационному сетевому оборудованию и не будет подвергать опасности потребителей, находящихся в зоне действия устройств Bluetooth [5].
1.11. Персональные сети
Одной из общих целей, которую преследует институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers — IEEE) и специальная рабочая группа Bluetooth SIG, является глобальное использование беспроводных персональных сетей (Personal Area Network — PAN). Рабочая группа IEEE
802.15 создает стандарты, которые обеспечат фундамент для широкого внедрения
взаимодействующих устройств, путем установления общих правил для беспроводных цифровых коммуникаций.
Целью рабочей группы IEEE 802.15 является создание единого стандарта, который будет эффективно сосуществовать с другими беспроводными сетями, так как
технологии LAN IEEE 802.11b, PAN IEEE 802.15 и беспроводная технология
Bluetooth специально спроектированы для устройств, используемых в доме или
офисе.
В таблице 1.1 приведены рабочие характеристики изделий Bluetooth, работающих в диапазоне 2.4 ГГц [1].
1.12. Топология Bluetooth
Устройства в пикосети могут быть двух типов: основное устройство — мастер (master) и подчиненное устройство (slave) (рис. 1.4). Мастер — это устройство в пикосети, чьи часы и последовательность скачкообразной перестройки частоты используются для синхронизации всех подчиненных устройств. В пикосети может быть
только один мастер. Устройство, которое выполняет процедуры вызова и устанавливает соединение по умолчанию является мастером соединения. Подчиненными
устройствами в пикосети являются те, которые синхронизированы к часам мастера
и к его последовательности скачкообразной перестройки частоты.
Топология сети Bluetooth описана как структура с несколькими пикосетями.
Технические требования Bluetooth определяют как соединения point-to-point, так
Таблица 1.1. Рабочие характеристики изделий Bluetooth
Особенность/Функция
Тип связи
Диапазон частот
Мощность передачи
Скорость передачи данных
Дальность
Количество устройств в сети
Голосовые каналы
Защита данных
Адресация
Характеристика
Расширение спектра (скачкообразная перестройка частоты)
ISM диапазон 2.4 ГГц
1-100 мВт
1 Мбит/сек
До 10 метров (возможность расширения до 100 метров)
До восьми устройств в пикосети, до 10 пикосетей
ДоЗ
Для аутентификации используется 128-битный ключ; для
кодирования размер ключа может составлять от 8 до 128 бит
Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который
используется для установления соединения с другими
устройствами
и point-to-multipoint, поэтому при необходимости могут быть установлены и связаны между собой несколько пикосетей. Такая топология называется рассредоточенной сетью (scatternet) (рис. 1.4, с).
Пример реальной рассредоточенной пикосети представлен на рис. 1.5. Пикосети
не согласованы, скачкообразная перестройка частоты в них происходит независимо. Несколько пикосетей могут быть связаны между собой произвольным образом,
так что каждая пикосеть определяется своей последовательностью скачкообразной
перестройки частоты. Все устройства, объединенные в пикосеть, синхронизированы к этой последовательности. Хотя в нелицензированном ISM диапазоне не допускается синхронизация нескольких пикосетей, модули Bluetooth могут работать в
Рис. 1.5. Пример рассредоточенной пикосети
разных пикосетях с помощью временного разделения каналов (Time Division
Multiplexing — TDM). Это позволяет модулю последовательно работать в разных
пикосетях, в любой момент времени будучи активным только в одной из них.
С помощью протокола обнаружения услуг беспроводная технология Bluetooth
предоставляет широкие возможности для организации сети, включая создание персональных сетей, где все устройства отдельного пользователя могут связываться
между собой по радиоканалу. Технические меры безопасности гарантируют, что
устройства Bluetooth не будут несанкционированно взаимодействовать друг с другом в общественных местах.
1.13. Защита информации
Рис. 1.4. Варианты объединения в сеть устройств Bluetooth
a) пикосеть с одним подчиненным устройством
b) пикосеть с несколькими подчиненными устройствами
c) пикосеть с несколькими мастерами — рассредоточенная сеть (scatternet)
Защита информации является важным фактором любой технологии связи. Технические требования Bluetooth определяют несколько возможностей защиты информации. 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 функциям, и исключает доступ хакерам, которые попытаются выдавать себя за зарегистрированных пользователей. Кодирование скремблирует данные в процессе передачи для предотвращения подслушивания и для поддержки конфиденциальности
связи.
Кроме того, технические требования Bluetooth определяют формирование сеансового ключа, действующего только в одном сеансе передачи сообщений, который
может быть изменен в любое время в течение соединения.
Безопасность очень важна не только для обеспечения конфиденциальности сообщений и файлов в процессе их передачи, но и для обеспечения сохранности сделок электронной коммерции. Таким образом, технические требования Bluetooth
обеспечивают гибкую архитектуру организации секретности, которая позволяет
предоставлять доступ к «доверенным» устройствам и услугам и предотвращать доступ к «недоверенным» устройства и услугам.
Фирма Nokia принадлежит к числу компаний, развивающих идею использования телефонов и портативных компьютеров, оборудованных беспроводной технологией Bluetooth, в качестве «персональных доверенных устройств», с помощью
которых пользователи могут загружать «электронные деньги» в электронные кошельки в банкомате (Automated Teller Machine — ATM) и оплачивать товары в
кассовых терминалах (Point Of Sale — POS), расположенных в розничных магазинах или в торговых автоматах.
Благодаря возможности организации режима секретности Bluetooth, «недоверенные» или неизвестные устройства могут требовать авторизации для предоставления доступа. «Доверенными» устройствами являются те устройства, которые были предварительно аутентифицированы и им был разрешен доступ, основанный на
их ключе связи. Для этих устройств, ключ связи может храниться в базе данных устройства, которая определяет это устройство как «доверенное» на основе предыдущих попыток доступа.
Архитектура секретности технических требований Bluetooth аутентифицирует
только устройства, но не пользователей. Это значит, что «доверенные» устройства,
которые были похищены, или заимствованы, могут быть использованы, как если
бы они все еще были в собственности законного владельца. Для аутентификации
пользователей должны быть использованы дополнительные методы секретности
прикладного уровня, такие как ввод имени пользователя и пароля |6|.
1.14. Infrared
Многие устройства могут соединяться по оптическим линиям связи, таким как
Infrared. Этот метод связи для передачи голоса и данных между устройствами использует инфракрасный диапазон волн. При этом типе связи сигнал должен иметь
свободную, прямую траекторию распространения от одного устройства к другому,
а расстояние между устройствами не должно превышать одного метра [7]. Технология связи Infrared предназначена для передачи данных или синхронизации файлов только для соединений point-to-point. Беспроводная технология Bluetooth изначально была разработана для организации сетей передачи данных и голоса на
расстояния до 100 метров.
Ключевой задачей технологий Infrared и Bluetooth является обмен данными
между устройствами, например, передача электронной визитной карточки с мобильного телефона на портативный компьютер или передача информации между
портативным компьютером и настольным ПК. Фактически обе технологии поддерживают много одинаковых приложений.
1.15. Infrared и Bluetooth
Используемый в технологии Bluetooth широкополосный радиоканал с псевдослучайной перестройкой частоты позволяет проводить обмен данными, в случаях, когда этот обмен очень труден или совсем невозможен с использованием Infrared.
Например, с использованием беспроводной технологии Bluetooth можно синхронизировать мобильный телефон с ноутбуком, не доставая телефон из кармана
или сумки. Это позволит набрать телефонный номер на компьютере и передать его
в телефонную книгу мобильного телефона, не устанавливая проводного соединения между этими устройствами. Всенаправленность Bluetooth позволяет проводить мгновенную синхронизацию, при условии, что телефон и компьютер находятся в пределах взаимодействия друг друга.
Использование технологии Bluetooth для связи не требует стационарности телефона. Это позволяет пользователю, находящемуся в радиусе действия, иметь полную мобильность, что невозможно при использовании технологии Infrared. Более
того, использование Infrared требует чтобы в процессе обмена информацией оба устройства оставались стационарными [1].
1.16. Отличия в скорости
При передаче данных Infrared имеет преимущество перед технологией Bluetooth
v 1.1. В то время как при использовании беспроводной технологии Bluetooth vl.l
данные между устройствами передаются со скоростью 721 кбит/сек, Infrared обеспечивает пропускную способность 4 Мбит/сек. Сейчас существуют более высокоскоростные версии Infrared, которые передают данные между устройствами со скоростью до 16 Мбит/сек. Высокая скорость достигается с помощью протокола Very
Fast Infrared (VFIR), который спроектирован специально для передачи больших
файлов между цифровыми камерами, сканерами и персональными компьютерами.
При появлении технических требований Bluetooth v.2.0 максимальная скорость передачи устройств Bluetooth увеличится до 12 Мбит/сек.
1.17. Проводная и беспроводная сеть
Важной особенностью обеих технологий является их способность создавать беспроводные соединения между портативными устройствами и проводными сетями.
Для организации сетей Bluetooth не требуется линии прямой видимости, поэтому
пользователи имеют большую свободу в расположении точек доступа к локальной
сети. Точка доступа — это приемопередатчик, который принимает радиосигналы от
нескольких устройств и обеспечивает проводное соединение с локальной сетью.
Если устройство Infrared соединено с локальной сетью, оно должно оставаться
стационарным во время сеанса передачи данных, в тоже время портативные устройства Bluetooth могут перемещаться, оставаясь подключенными к точке доступа,
пока пользователь находится в пределах зоны действия.
Для доступа устройств Bluetooth к проводной локальной сети компанией RedМ (http://www.red-m.com) был создан концентратор доступа, а также малогаба-
1.18. Коммутируемый выход в Интернет
Еще одним приложением, характерным для технологий Infrared и Bluetooth, является эмуляция соединения EIA/TIA 232 между портативным компьютером и мобильным 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
Рис. 1.7. Малогабаритная точка доступа 1000АР компании Red-M
ритные точки доступа Bluetooth, предназначенные для расширения доступа (рис.
1.6, 1.7).
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).
Рис. 1.8. Локальная сеть, организованная с использованием сетевой инфраструктуры Red-M
Таблица 1.2. Рабочие характеристики Infrared
Особенность/Функция
Характеристика
Тип связи
Диапазон частот
Мощность передачи
Скорость передачи данных
Дальность
Количество устройств в сети
Голосовые каналы
Защита данных
Инфракрасное излучение, узкий луч (угол до 30 градусов)
Оптический
100 мВт
4 Мбит/сек (16 Мбит/сек, при использовании VFIR)
До 1 метра
Два (2)
Один(1)
Малый радиус действия и малый угол луча обеспечивает
простую форму защиты; на канальном уровне других
возможностей защиты нет.
Адресация
Каждое устройство имеет 32-битный физический
идентификатор (identifier — ID), который используется для
установления соединения с другим устройством.
1.19. Беспроводные локальные сети
Другим вариантом беспроводной связи является локальная сеть (LAN), работающая по стандарту 802.11Ь. Этот стандарт создан институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) (http://www.ieee.org/). 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 10—
100 метров. Скорость передачи данных в стандарте 802.1 lb может колебаться от
1—2 Мбит/сек до 11 Мбит/сек, при дальности действия до нескольких сотен метров, что позволяет строить корпоративные сети в зданиях, где прокладка проводов 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 приемопередатчиками, которые обеспечивают интерфейс между проводными и беспроводными сетями (рис. 1.9). Точки доступа получают, буферизуют и передают данные
между беспроводной локальной сетью и инфраструктурой проводной сети. Одна
точка
доступа может поддерживать небольшую группу пользователей, которые подключаются к ней через LAN адаптеры на своих ПК или ноутбуках (рис. 1.10) [8].
До определенного времени развитие беспроводных LAN сдерживалось отсутствием технических средств для взаимодействия, которое стало возможным только с
появлением стандарта IEEE 802.11b. Кроме того, необходимо заметить, что для
большинства пользователей компоненты для реализации беспроводных локальных
сетей все еще слишком дороги [9].
Беспроводные локальные сети 802.1 lb могут обеспечивать передачу данных со
скоростью до 11 Мбит/сек, используя расширение спектра с помощью прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum DSSS), и со скоростью 1 или
2 Мбит/сек, используя расширение спектра с помощью скачкообразной перестройки частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum — FHSS). При расширении спектра с помощью прямой последовательности узкополосный информационный сигнал
умножается на опорный псевдослучайный сигнал с требуемыми свойствами. При
приеме полезная информация выделяется из широкополосного сигнала с исполь зованием алгоритма свертки. При скачкообразной перестройке частоты полоса
пропускания делится на каналы шириной 1 МГц. Федеральная комиссия по связи
(Federal Communications Commission — FCC) требует, чтобы передатчик использовал как минимум 79 каналов хотя бы один раз за 30 секунд, что обеспечивает как
минимум 25 скачкообразных перестроек частоты в секунду. Последовательность
скачкообразных перестроек частоты определяется псевдослучайной кодовой комбинацией, вследствие чего сформированный сигнал воспринимается как шум с гауссовым законом распределения.
Таблица 1.3. Рабочие характеристики беспроводных локальных сетей 802.1 lb
Особенность/Функция
Характеристика
Тип связи
Расширение спектра (прямая последовательность
или скачкообразная перестройка частоты)
ISM диапазон 2.4 ГГц
100 мВт, 500 мВт
1 Мбит/сек и 2 Мбит/сек с использованием скачкообразной
перестройки частоты; 11 Мбит/сек с использованием прямой
[ i оследовател ьности
До 100 метров
Несколько устройств на одну точку доступа; несколько точек
доступа в сети
Голос по Интернет-протоколу
Аутентификация: вызов-ответ (challenge-response) между
точкой доступа и клиентом по стандарту WEP (Wired
Equivalent Privacy — защита информации, эквивалентная
проводной сети). Кодирование: 128-битное
Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который
используется для установления соединения с другим
устройством
Диапазон частот
Мощность передачи
Скорость передачи данных
Дальность
Количество устройств в сети
Голосовые каналы
Защита данных
Адресация
Хотя прямая последовательность (Direct Sequence — DS) обеспечивает большую
скорость передачи данных, расширение спектра со скачкообразной перестройкой
частоты более устойчиво к интерференции и предпочтительнее при жестких требованиях к обеспечению конфиденциальности связи.
В таблице 1.3 приведены рабочие характеристики беспроводных локальных сетей 802.11b [1].
1.20. Сети HomeRF
Рис. 1.9. Точка доступа к LAN 802.11b компании 3Com
Рис. 1.10. PC-карта 802.11b для ноутбука компании 3Com
Другой беспроводной технологией, которая использует нелицензируемый ISM диапазон 2.4 ГГц, является технология HomeRF. Эта технология поддерживается более чем 100 компаниями, которые относятся к консорциуму HomeRF
(http://www.homerf.org/). Многие из этих компаний входят также в специальную
рабочую группу Bluetooth SIG. Технология HomeRF нацелена на построение беспроводных сетей в частных домах и малых офисах.
Спецификация HomeRF основана на протоколе совместного беспроводного доступа (Shared Wireless Access Protocol — SWAP), который определяет общий интерфейс, 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 телефонной сетью общего пользования и сетью Интернет. Например, шлюз для цифро-
Появление в марте 2001 г. спецификаций HomeRF 2.0 позволило увеличить максимальную скорость передачи с 2 до 10 Мбит/сек. По заявлениям членов консорциума 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 2.0
Рис. 1.11. Беспроводной шлюз первого поколения компании Intel. AnyPoint Wireless Home
Network работает как точка соединения для беспроводных устройств находящихся в помещение,
а также DSL соединение для доступа в Интернет
вой абонентской линии (Digital Subscriber Line — DSL), поддерживающий
SWAP (рис. 1.11), может обеспечивать точку соединения для беспроводных устройств, при этом цифровая абонентская линия предоставляет услуги высокоскоростной передачи данных, телефонии и цифрового видео. Поддерживая SWAP,
шлюз позволяет получать доступ в Интернет одновременно для нескольких абонентов [1].
Ниже приведены некоторые примеры использования SWAP в различных приложениях [10]:
• Установка беспроводной домашней сети для передачи голоса и данных между
персональными компьютерами, периферийными устройствами, беспроводными те
лефонами.
• Совместное использование файлов/модемов/принтеров в помещении с боль
шим количеством ПК.
• Переадресация входящих телефонных звонков на многочисленные беспровод
ные телефонные гарнитуры, аппараты факсимильной связи и почтовые ящики ре
чевой корреспонденции (voice mailbox).
• Просмотр входящих голосовых, факсимильных и e-mail сообщений с беспро
водных телефонов.
• Активизация электронных систем, используя голосовое распознавание.
• Командные компьютерные игры на ПК или по сети Интернет.
В технологии HomeRF используется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты. Технология рассчитана на передачу разных типов трафика — данных, голоса и потокового мультимедиа. В качестве метода доступа к
среде передачи при транспортировке голоса используется метод множественного
доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access —
TDMA), заимствованный у сетей DECT. При транспортировке трафика данных
используется метод множественного доступа с контролем несущей и избежанием
конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance — CSMA/CA),
аналогичный применяемому в сетях 802.1 lb.
Особенность/Функция
Характеристика
Тип связи
Диапазон частот
Мощность передачи
Скорость передачи данных
Дальность
Количество устройств в сети
Голосовые каналы
Защита данных
Адресация
Расширение спектра (скачкообразная перестройка частоты)
ISM диапазон 2.4 ГГц
100 мВт
10 Мбит/сек
Охватывает обычный дом и двор
До 127 устройств в сети
До шести (6)
Алгоритмы кодирования Blowfish (более 1 триллиона кодов)
Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который
используется для установления соединения с другим устройством
Беспроводные сети HomeRF могут иметь максимум 127 узлов. Узлы могут быть
четырех основных типов:
• Точка соединения для поддержки услуг передачи голоса и данных
• Речевой терминал, который использует TDMA-доступ для связи с базовой
станцией
• Узел данных, который использует CSMA/CA-доступ для связи с базовой
станцией и другими узлами данных
• Интегральный узел, который может использовать как TDMA, так и
CSMA/CA.
Системы SWAP могут работать либо как сети с произвольной структурой, либо
как сети под управлением точки соединения, где поддерживается только передача
данных, все станции равноправны и управление сетью распределено между станциями.
Возможно, потребители захотят использовать как устройства HomeRF, так и
Bluetooth. Несмотря на ключевые различия между беспроводными технологиями
HomeRF и Bluetooth, некоторыми компаниями (в частности, Texas Instruments)
прилагаются усилия для создания двухрежимной системы, которая позволит устройству динамически переключаться с HomeRF на Bluetooth, и наоборот.
1.21. Преимущества Bluetooth
В настоящее время существует потребность в экономичной беспроводной тех нологии связи, которая будет удобной, надежной, простой в использовании, не
будет требовать прямой видимости и в то же время дешевой. Из многих появляющихся беспроводных решений для компьютерного и коммуникационного
рынка, только беспроводная технология Bluetooth удовлетворяет всем этим
требованиям.
Технические требования Bluetooth являются спецификацией глобальной технологии для беспроводной связи с низкой стоимостью. По существу, технология
Bluetooth предназначена для устранения кабельных соединений между компьютерами, периферийными устройствами и другими электронными устройствами.
Например, для передачи данных между портативным компьютером и ПК, обычно
нужен соответствующий кабель. Устранение проводов с помощью беспроводной
технологии Bluetooth делает рабочую среду более безопасной. При отсутствии
проводов рабочее пространство выглядит и ощущается более удобным и привлекательным.
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 беспроводной технологии Bluetooth является то, что устройства не требуют настройки, — они
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].
Разработчики объединяют в одном чипе радиочастотные и логические компоненты, стараясь уменьшить количество внешних элементов. Такая интеграция не
только уменьшает энергопотребление изделия, но и уменьшает его габаритные размеры и стоимость. На рис. 1.12 представлен одночиповый модуль Bluetooth компании GCT Semiconductor.
Рис. 1.13. Карманный компьютер Visor компании Handspring
Рис. 1.14. Bluetooth адаптер Blade компании Red-M
Специальные Bluetooth адаптеры для принтеров позволяют осуществлять беспроводную печать. Такие адаптеры выпускаются фирмами-производителями
принтеров, такими как Hewlett-Packard, Epson, NEC и др. На рис. 1.15 представлен
Bluetooth адаптер для принтера компании Epson.
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 Bluetooth, необязательно покупать новые устройства.
Разнообразные адаптеры беспроводной связи со встроенными модулями
Bluetooth позволяют связывать между собой самые разнообразные электронные
устройства.
Несмотря на то, что многие модели устройств PDA имеют встроенные возможности Bluetooth, широкое распространение получили адаптеры для карманных
компьютеров. На рис. 1.13 и 1.14 представлен карманный компьютер Visor компании Handspring, и Bluetooth адаптер Blade к нему.
Можно оснастить ноутбук беспроводной технологией Bluetooth, просто купив
соответствующий Bluetooth-адаптер, который может быть выполнен в виде дополнительного внешнего устройства, подключаемого через USB-порт (рис. 1.16) или в
виде PC-карты (рис. 1.17). Подобные решения позволяют осуществлять беспроводное соединение нескольких устройств.
Например пользователь ноутбука, оснащенного Bluetooth модулем может находиться в любом месте комнаты, сидеть за рабочим столом, заходить в соседние комнаты — везде ноутбук будет взаимодействовать с принтером, модемом, или любыми другими устройствами, также оснащенными Bluetooth.
Одна из причин задержки выхода на рынок заключается в том, что производимые чипы Bluetooth стоят достаточно дорого. Несмотря на значительную задержку, 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
Рис. 1.16. Адаптер Bluetooth, подключаемый к USB-разъему, компании 3Com
Рис. 1.17. PC-карта Bluetooth компании 3Com
1.23. Проблемы Bluetooth
Идея заложенная в технических требованиях Bluetooth заключается в том, чтобы
заменить провода, связывающие устройства, одной радиолинией ближнего действия. Ожидается, что до 2006 года 80 процентов мобильных телефонов будут снабжены чипами Bluetooth, которые смогут обеспечивать беспроводную связь с другими устройствами Bluetooth: ноутбуками, принтерами и другими цифровыми устройствами.
Хотя беспроводная технология Bluetooth очень перспективна, ее скорость передачи ограничена 1 Мбит/сек. Технические требования Bluetooth 2.0 будут поддерживать максимальную скорость передачи 12 Мбит/сек [11].
Проблема беспроводной технологии Bluetooth заключается в том, что она была
слишком рано разрекламирована. Устройства Bluetooth анонсировались еще до того, как стандарты были готовы к выпуску. Спецификации были опубликованы
раньше, для того чтобы дать толчок технологии, потому что Bluetooth SIG хотела
вовлечь в разработку изделий и приложений как можно больше компаний. Изна чально рабочая группа Bluetooth SIG надеялась, что технология станет неотъемлемой частью сотен миллионов устройств до 2002 года. Однако внедрение технологии проходило не такими быстрыми темпами. В докладе американской исследовательской фирмы Cahners In-Stat Group предсказывается, что завоевание массового
рынка технологией Bluetooth произойдет не раньше 2005 года.
Рабочая группа Bluetooth SIG установила процесс квалификации, для того чтобы
гарантировать, соответствие изделий техническим требованиям Bluetooth. Прохождение процесса квалификации гарантирует, что устройство Bluetooth будет
взаимодействовать с другим устройством Bluetooth должным образом. Каждое изделие, 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 Qualification Test Facility — BQTF), в результате которого появляется протокол испытаний, который рассматривается квалификационной группой Bluetooth (Bluetooth
Qualification Body — BQB). Все модификации программного или аппаратного
обеспечения изделия, отвечающего требованиям, подтверждаются документами и
рассматриваются группой BQB, которая выдает квалификационное свидетельство
на изделие.
Квалификационные требования неодинаковы для всех изделий. Те изделия, которые продаются как инструментальные средства разработки или демонстрационное программное обеспечение, освобождаются от требований к тестированию и
квалификация этих изделий может проходить путем простого заполнения декларации или документа о соответствии. Изделия, содержащие компоненты Bluetooth,
которые уже были квалифицированы, могут быть освобождены от повторного тестирования квалифицированных компонентов.
Подробная информация о программе квалификации Bluetooth приведена на сайте http://qualweb.opengroup.org/.
1.25. Рынок для Bluetooth
Сразу после официального представления, беспроводная технология Bluetooth квалифицировалась экспертами по промышленности как самая значительная разработка в области беспроводных коммуникаций за последние 20 лет. В ближайшее время
люди повсеместно будут пользоваться удобством, скоростью и надежностью мгновенной беспроводной связи. Для того чтобы оправдать эти ожидания, компоненты
Bluetooth должны быть встроены в сотни миллионов мобильных телефонов, персональных компьютеров, ноутбуков и целый спектр других электронных устройств.
Аналитическая компания Micrologic представила прогноз объема продаж чипсетов Bluetooth (рис. 1.18). По мнению аналитиков Micrologic в 2005 году объем продаж чипсетов увеличиться до 1,2 млрд. штук [14].
Рис. 1.18.
объема
чипсетов
Прогноз
продаж
Bluetooth,
Таблица 1.6. Характерные приложения беспроводных технологий
Технология
Характерные приложения
Bluetooth
Устранение проводов, связь между устройствами для передачи
голоса и данных, организация PAN, управление удаленными
устройствами, мобильная электронная коммерция
Устранение проводов, высокоскоростная передача файлов между
устройствами, управление локальными устройствами
Устранение проводов, обмен данными между компьютерами и
периферийными устройствами в доме или небольшом офисе
Устранение проводов, обмен данными между компьютерами
и периферийными устройствами в корпоративных офисах
Infrared
HomeRF
Беспроводные сети 802.1 lb
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 чипсеты Bluetooth/802.1 lb, совмещающие эти две перспективные технологии.
Беспроводные коммуникации ближнего действия находят применение в различных приложениях. Технология Bluetooth относится к числу наиболее перспективных.
представленный аналитической компанией Micrologic
1.26. Резюме
Достоинства беспроводной технологии Bluetooth основанные на низкой стоимости, высоком уровне интеграции и простоте конфигурации смогут изменить современные принципы связи мобильных компьютеров и сетей. Более того, так как беспроводная 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
2006
Сотовые телефоны
Портативные компьютеры
PDA
Настольные компьютеры
Гарнитуры
Автомобильное оборудование
Бытовая электроника
Порты доступа
Прочее
46,2
14,2
13,0
8,6
12,6
3,9
1,0
0,2
0,3
40,7
11,0
12,4
13,6
13,5
5,3
2,0
0,3
1,2
35,0
10,2
12,9
15,8
11,8
6,8
4,2
0,7
2,6
28,3
9,7
13,6
16,3
10,3
8,7
8,3
1,0
3,8
23,3
9,1
12,8
16,9
9,0
10,6
11,7
1,3
5,3
Раздел 2
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 — это Ядро (Core). Она представляет собой полное описание технологии, начиная с радио, как основы для системы и заканчивая приложениями.
Вторая часть — это Профили (Profiles). Профили определяют возможности использования технологии для каждого из нескольких приложений. Структура технических 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, которые имеют для них наибольший интерес [ 16].
Как уже упоминалось ранее, технические требования для системы Bluetooth поделены 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
его путь выше на более высокие программно-ориентированные уровни. Стек протоколов Bluetooth представлен на рис. 2.2.
Вторая часть, Профили, определяет протоколы и функции, которые поддер живают определенные модели использования. Так как многие устройства
Bluetooth имеют несколько различных уровней возможностей, не все особенности протокола являются необходимыми, или даже возможными для реализации
каждого устройства. Возникает вопрос: Что должно быть реализовано в каждом
классе устройств для того, чтобы гарантировать, что приложения в устройствах
от разных производителей смогут поддерживать обмен информацией? Для этого
существуют профили. Они являются вертикальными частями протокола
Bluetooth, в которых точно определяется, что нужно сделать для данного приложения, чтобы оно соответствовало техническим требованиям Bluetooth. Кроме
того, профили обеспечивают «связующее звено» между беспроводной техноло-
Рис. 2.1. Структура технических требований Bluetooth
гией Bluetooth и существующими системами связи и прикладными стандартами
или технологиями.
Знание Ядра является предпосылкой к пониманию Профилей. Важен порядок
чтения разделов. Сначала должен быть прочитан первый раздел — Радио (Radio).
Каждый из последующих разделов основан на терминах и понятиях, представленных в предыдущем разделе.
Все Профили могут быть прочитаны независимо, за одним исключением. Этим исключением является профиль общего доступа. Этот профиль, (первый по счету) является базовым требованием для всех остальных, и все остальные профили Bluetooth
должны, хотя бы частично, удовлетворять требованиям профиля общего доступа.
Ниже представлено описание каждого раздела технических требований
Bluetooth 1.1 [17]. Как представляется авторам, этот раздел книги является путеводителем по техническим требованиям. Разделы, имеющие особую важность (РаДио, Baseband), рассмотрены более подробно.
Таблица 2.1.
Читатели
Рядовые читатели — люди,
интересующиеся основными
понятиями о технологии.
Маркетологи, оценивающие
конкурирующие технологии, для того,
чтобы выбрать наиболее подходящую
для применения.
Инженеры-разработчики, ответственные
за аппаратную реализацию беспроводной
технологии Bluetooth.
Интеграторы систем, использующие
технические решения для создания
целых систем.
Прикладные программисты, создающие
программы, которые используют
беспроводную технологию Bluetooth.
Что читать
Описания разделов Радио и Baseband технических
требований Bluetooth.
По существу, те же разделы, что и для рядовых
читателей, кроме того «белые страницы» (White
Pages) сайта www.bluetooth.com.
Разделы Радио, Baseband, LMP и L2CAP.
Необходимая информация ограничивается
пониманием интерфейса хост-контроллера.
Инженерам, ответственным за объединение готовые
подсистем в функционирующее изделие, необходимо
прочитать Ядро технических требований.
Программистам будет прежде всего необходимо
прочитать Профили технических требований.
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, отведенном для промышленных, научных и медицинских целей. Этот диапазон был оставлен
свободным в большинстве стран мира, чтобы позволить свободный обмен информацией 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 (таб лица
2.2). Для соответствия этим ограничениям были определены специальные алгоритмы перестройки частоты для данных стран. Следует отметить, что устройства, 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 перестройкой частоты и двухуровневая Гауссовская частотная манипуляция (Gaussian
frequency Shift Keying — GFSK). Скачкообразная перестройка частоты подразумевает, что полоса частот подразделяется на определенное количество каналов, шиРиной 1 МГц каждый (таблица 2.2).
д ля
Таблица 2.2. Диапазон частот и размещение каналов
Страна
Частота (МГц)
Европа (кроме Испании
2400-2483,5
Франции) и США
Япония
2471-2497
Испания
2445-2475
Франция
2446,5-2483,5
Диапазон (Мгц)
f-2402 +к
Число каналов
к = 0 - 78 и
к = 0 - 22
к = 0 - 22
к = 0 - 22
f=2473 + k
f-2449 +к
f = 2454 + к
Для соответствия требованиям на внеполосные излучения определены защитные интервалы по краям рабочей полосы (таблица 2.3).
уменьшения энергопотребления устройства и помеховой обстановки. Шаг
регулировки должен составлять от 2 до 8 дБ. Устройства с выходной мощностью
класса 1 (максимальная выходная мощность +20 дБм) должны регулировать выходную мощность до 4 дБм или меньше. Регулировка осуществляется после измерения уровня принимаемого сигнала в приемнике (Received Signal Strength
Indication — RSSI) первого устройства путем подачи команды (через протокол
управления связью) на изменение выходной мощности передатчика второго устройства.
Следует отметить, что если устройство не поддерживает измерение мощности
си! нала в приемнике, то другое устройство с выходной мощностью класса 1 (при
связи с первым устройством) должно работать как устройство класса 2 или 3.
Таблица 2.3. Защитные интервалы но краям рабочей полосы
Страна
Нижний защитный интервал
Верхний защитный интервал
2 МГц
3.5 МГц
Европа, США и большинство
других стран
Характеристики передатчика
Выходная мощность передатчика
Параметры, установленные в данном разделе, даны для мощности на антенном
разъеме устройства. Если устройство не имеет антенного разъема (интегрированная антенна), то подразумевается антенна с коэффициентом усиления 0 дБи. Для
измерения параметров передатчика устройства с интегрированной антенной предпочтительно предусмотреть временный антенный разъем для проведения измерений.
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.
Модуляция
В технологии Bluetooth используется гауссовская частотная манипуляция с индексом модуляции от 0,28 до 0,35. Бинарная единица соответствует положительной
девиации, а бинарный нуль — отрицательной девиации частоты (рис. 2.4). Бинарные символы передаются с частотой 1 МГц ± 20 ррт. Для каждого канала, минимальное значение девиации частоты (Fmin = min{Fmin+, Fmin—}) для последовательности символов 1010 должно быть не меньше чем 80% от девиации частоты (fd) для
последовательности символов 00001111. При этом минимальная девиация никогда
не должна быть меньше 115 кГц.
Джиттер при модуляции должен быть менее 8% периода символа (рис. 2.3).
Таблица 2.4. Классы мощности передатчика
Класс
мощности
Максимальная выходная
мощность (Ртах)
1
100 МВТ
(20 дБм)
2.5 МВТ
(4дБм)
1мВт (0
дБм)
2
3
Номинальная выходная
мощность
Минимальная выходная
мощность
1мВт
1мВт (0
дБм)
-
(ОдБм)
0.25 мВт
(-бдБм)
-
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. 2.3. Фактическая модуляция передачи
Побочные излучения
Побочные излучения внутри- и вне- рабочей полосы частот, измеряются при состоянии передатчика, работающем на одной частоте (т. е. приемопередатчик перестра-
Таблица 2.6. Уровни побочных излучении
Рис. 2.4. Способ кодирования пакетной информации
ивает синтезатор поочередно между приемным и передающим слотом, но частота
передачи всегда одинаковая). Нормы на излучение для США приведены в документе FCC части 15.247, 15.249, 15.205, 15.209; для Японии в документе RCR
STD-33; для Европы в рекомендации ETSI 328.
Побочные излучения внутри рабочей полосы частот
Внутри ISM полосы излучение передатчика должно соответствовать требованиям
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. Измерение мощности должно проводиться в полосе 100 кГц. М — канал передачи, N — соседний канал. Передатчик должен передавать тестовую псевдослучайную последовательность (ПСП).
Таблица 2.5. Спектральная маска передаваемого сигнала
Отклонение частоты от несущей
Излучаемая мощность
±500 кГц
-20дБм
-20 дБм
-40дБм
|М - N| - 2
|М - N| > 3
Исключения по побочному излучению внутри рабочей полосы допустимы максимум на трех рабочих каналах (шириной по 1 МГц каждый), в то же время они
должны удовлетворять требованию по абсолютному побочному излучению равному -20 дБм. Надо отметить, что это является требованием FCC.
Побочные излучения вне рабочей полосы частот
Измерение мощности должно проводиться в полосе 100 кГц.
В таблице 2.6 приведены уровни побочных излучений вне рабочей полосы.
Полоса частот
Режим передачи сигнала
30 МГц - 1 ГГц
1 ГГц - 12-75 ГГц
18 ГГц- 1.9 ГГц
5.15 ГГц-5.3 ГГц
-36дБм
-30дБм
-47 дБм
-47 дБм
Режим отсутствия передачи сигнала
(передатчик выключен)
-57 дБм
-47 дБм
-47дБм
-47 дБм
Точность установки несущей частоты
Точность установки несущей частоты (определяется на момент начала передачи
пакета) должна быть ±75 кГц от номинала FH. Следует учесть, что требование к частотному дрейфу не включает вышеуказанные ±75 кГц. Допустимый дрейф несущей частоты во время передачи пакета определен в таблице 2.7.
Таблица 2.7. Допустимый дрейф несущей частоты
Тип пакета
Частотный дрейф
Однослотовый пакет
Трсхслотовый пакет
Пятислотовый пакет
Максимальный дрейф несущей
±25 кГц
±40 кГц
±40 кГц
400 Гц/мксек
Характеристики приемника
Для измерения вероятности появления ошибочных битов (Bit Error Rate — BER),
устройство должно иметь режим обратной петли (loopback), т.е. устройство должно посылать обратно декодированную информацию. Базовый уровень чувствительности при этом составляет -70 дБм.
Чувствительность приемника
Чувствительность приемника определена как уровень входного сигнала, для которого BER на входе равен 0.1%. Требование к чувствительности для приемника
Bluetooth: -70 дБм или лучше. Приемник должен соответствовать требованию чувствительности -70 дБм с любым передатчиком Bluetooth, удовлетворяющим требованиям на передатчик системы Bluetooth.
Прием при наличии помеховых сигналов
Параметры приемника при помехе в соседнем канале, отстоящем на 1 МГц и на
2 МГц, измеряются при уровне принимаемого сигнала, превышающем базовый
Уровень чувствительности на 10 дБ. Во всех остальных случаях уровень принимаемого сигнала должен превышать базовый уровень чувствительности на 3 дБ. Если
помеховый сигнал расположен вне рабочей полосы частот 2400—2497 МГц, то дан-
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:
Таблица 2.8. Прием при наличии помеховых сигналов
Требование
Помеха в соседнем канале, C/Ico.chany
Помеха в соседнем канале (1 МГц), С/1( мг
Помеха в соседнем канале (2 МГц), С/12 МГц
Помеха в соседнем канале (>3 МГц), С/1>3 МГ|(
Помеха зеркального канала C/Iimage
Помеха в канале, соседнем с зеркальным (1 МГц), C/Ijmagc+1 МГц
Соотношение
ИдБ
ОдБ
-30 дБ
-40 дБ
-9дБ
-20 дБ
» сигнал принимается на частоте f() с уровнем, на 6 дБ превышающем базовый
уровень чувствительности;
• смодулированная несущая передается на частоте 1, с уровнем -39 дБм;
• Bluetooth-модулированный сигнал передается на частоте f2 с уровнем —39 дБм;
При этом f = 2f, - f2 и |2f, - f2| = n x 1 МГц, где п может принимать значения 3, 4,
или 5.
Динамический диапазон приемника
Максимальный уровень принимаемого сигнала должен быть лучше чем -20 дБм.
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
1 ГГц - 12.75 ГГц
-57 дБм
-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
2000 МГц-2399 МГц
2498 МГц - 3000 МГц
3000 МГц - 12.75 ГГц
-ЮдБм
-27дБм
-27дБм
-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 другого устройства, входящего в канал связи. Эта процедура возлагается на RSSI-блок.
RSSI-блок измеряет уровень принимаемого сигнала и сравнивает его с двумя порогами, 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 чувствительности приемника. Верхний порог на 20 ± 6 дБ выше нижнего порога (рис. 2.5).
Параметры Bluetooth-модулированного сигнала
Модуляция
Индекс модуляции
ВТ
Битовая скорость
очность установки несущей частоты
GFSK
0.32 + 1%
0.5 ± 1%
1 Мбит/сек ± 1 ррт
не хуже ±1 ррт.
В стандарте Bluetooth предусмотрена дуплексная передача с временным раздеением (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 («главным»
устройством) и одним или более подчиненными устройствами. Устройство, инициировавшее связь автоматически становится мастером пикосети. Каждая пикоРис. 2.5. Динамический диапазон и точность RSSI-блока
сеть определена последовательностью скачкообразной перестройки частоты, которая становится физическим каналом, основанным на адресе и часах станции мастеПараметры тестирования
Параметры тестирования описаны в приложениях к разделу Радио. Однако в этих ра Все активные модули, входящие в эту пикосеть, синхронизированы к этому каприложениях нет процедуры для полного тестирования приемопередатчика. Фак- налу В пикосети могут быть активными максимум семь подчиненных устройств.
В каждой пикосети действует только один мастер, однако подчиненные устройтически в приложениях приведены требования к рабочей температуре и напряжества
могут входить в различные пикосети. Кроме того, мастер одной пикосети монию.
жет
одновременно
являться подчиненным устройством в другой (рис. 2.6, с). ПикоДля получения логотипа Bluetooth необходимо официальное тестирование издесети не синхронизированы друг с другом по времени и частоте - каждая из них ислия на соответствие техническим требованиям.
пользует свою последовательность перестройки частоты. В одной пикосети все устройства синхронизированы по времени и частотам. Последовательность перест2.2.2. Baseband
ройки частоты является уникальной для каждой пикосети. Длина цикла псевдоЭто один из самых больших и наиболее сложных разделов технических требоваслучайной последовательности перестройки частоты равна 227 элементов.
ний. В разделе Baseband рассматриваются вопросы организации и работы пикосеТехнология Bluetooth предназначена для создания соединений point-to-point
ти.
(когда в пикосеть включены только два элемента). Соединение point-to-multiРаздел Baseband состоит из 14 подразделов:
point - это разновидность модели с одним подчиненным устройством. Для подчи1) 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 технологии Bluetooth в целом. Оно представляет Bluetooth как радио линию (radio
link) ближнего действия, предназначенную для замены кабельных соединений
между портативными и/или стационарными электронными устройствами.
ис
- 2.6. Возможные топологии пикосети Bluetooth
Физический канал
Физический канал представляет собой псевдослучайную последовательность перестройки частоты по 79 или 23 радиочастотным каналам шириной 1 МГц. Каждый
канал делится на слоты продолжительностью 625 мксек, причем каждому слоту соответствует определенный канал. Слоты пронумерованы в соответствии с часами
мастера пикосети, номера расположены в диапазоне от 0 до 227 -1. Передатчик в
каждый момент времени использует только один канал. Перестройка частоты происходит синхронно на передатчике и на приемнике по закону заранее зафиксированной псевдослучайной последовательности. В секунду может происходить до
1600 перестроек частоты. Этот метод обеспечивает конфиденциальность и помехозащищенность передач. Если на каком-либо канале передаваемый пакет не был
принят, то приемник посылает запрос на повторную передачу и пакет повторно передается на другом канале на другой частоте.
Следует учесть, что физическим каналом (physical channel) является набор радиочастот, распределенный по закону псевдослучайной последовательности, а физической линией связи (physical link) является то, ЧТО ПЕРЕДАЕТСЯ по этому
каналу на основе потоков данных.
Протокол Bluetooth может поддерживать асинхронный канал передачи данных,
о трех синхронных (с постоянной скоростью) голосовых каналов или канал с одновременной асинхронной передачей данных и синхронной передачей голоса. Скорость каждого голосового канала — 64 кбит/сек в каждом направлении, асинхронного в асимметричном режиме — до 723,2 кбит/сек в прямом, и 57,6 кбит/сек в обратном направлениях или до 433,9 кбит/сек в каждом направлении в симметричном режиме.
Физические линии связи
В этом разделе описаны два типа связи, которые могут быть установлены между
мастером и подчиненными устройствами. Это два вида физических линий связи,
каждая со своими Baseband-пакетами:
• Синхронная ориентированная на соединение (SCO) линия связи — это симме
тричная линия связи point-to-point между мастером и определенным подчиненным
устройством. SCO линия связи резервирует слоты, и таким образом, может рассма
триваться как соединение с коммутацией каналов. SCO линии связи обычно под
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.
• 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
Рис. 2.8. Передача многослотовых пакетов
Технические требования Bluetooth определяют использование двух видов пакетов: синхронных ориентированных на соединение и асинхронных без установления соединения. SCO-пакеты используются в синхронных каналах связи для передачи голоса и направляются на синхронный I/O (input/output) голосовой порт.
Они не содержат механизма обнаружения ошибок и никогда не передаются повторно, потому что это создает временные задержки, которые ухудшают качество
голоса.
ACL-пакеты используются в асинхронных каналах связи. Передаваемая информация 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
процессе передачи, могут использоваться повторные передачи.
Общий формат пакетов (рис.2.9), использующийся в беспроводной технологии
Bluetooth состоит из трех частей: код доступа, заголовок и полезная информация.
Рис. 2.9. Общий формат пакетов
• Код доступа устройства (Device Access Code — DAC) — используется для спеиальных процедур сигнализации, таких как вызов и ответ на вызов. Вызов вклю, ает в себя передачу ряда сообщений с установлением канала связи с модулем, активным в пределах зоны действия. Когда модуль отвечает на запрос, канал связи
может быть установлен.
. Код доступа запроса (Inquiry Access Code — IAC). Существует два типа кода
доступа запроса: общий и специализированный. Общий код доступа запроса одинаков для всех устройств. Он используется для обнаружения других модулей
Bluetooth, находящихся в зоне действия. Специализированный IAC является одинаковым для отдельной группы модулей Bluetooth, которые имеют общие характеристики. Он используется для обнаружения только тех специализированных модулей 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.
• Адрес активного члена (Active Member Address — АМА) (3 бита)
Концевик следует после синхрослова и указывает на окончание кода доступа. Ко• Тип (4 бита)
личество бит в коде доступа может варьировать, в зависимости от того, последовал
• Поток (1 бит)
ли заголовок пакета. Если заголовок пакета последовал, длина кода доступа состав• Автоматический запрос на повторение (Automatic Repeat Request — ARR)
ляет 72 бита; в противном случае, 68 бит.
(1 бит)
• Порядковый номер (Sequence Number — SEQN) (1 бит)
• Проверка заголовка на наличие ошибок (Header Error Check — НЕС) (8 бит)
Функции кода доступа могут отличаться в зависимости от режима работы устройства Bluetooth. Соответственно, существует три типа кода доступа:
• Канальный код доступа (Channel Access Code — САС) — 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 устройств связаны с одним мастером. Для того чтобы идентифицировать каждое подчиненное устройство в отдельности, каждому подчиненному устройству назначает-
Общий формат пакетов (рис.2.9), использующийся в беспроводной технологии
Bluetooth состоит из трех частей: код доступа, заголовок и полезная информация.
Код доступа
Каждый пакет начинается с кода доступа, который используется для оповещения и
обмена служебной информацией. Поле кода доступа состоит из преамбулы, синхрослова и концевика (рис. 2.10). Преамбула указывает на прибытие пакета в приемник. Синхрослово используется для временной синхронизации с приемником.
Концевик следует после синхрослова и указывает на окончание кода доступа. Количество бит в коде доступа может варьировать, в зависимости от того, последовал
ли заголовок пакета. Если заголовок пакета последовал, длина кода доступа составляет 72 бита; в противном случае, 68 бит.
Функции кода доступа могут отличаться в зависимости от режима работы устройства Bluetooth. Соответственно, существует три типа кода доступа:
• Канальный код доступа (Channel Access Code — САС) — 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.
• Код доступа устройства (Device Access Code — DAC) — используется для
спеиальных процедур сигнализации, таких как вызов и ответ на вызов. Вызов вклюеТ в себя передачу ряда сообщений с установлением канала связи с модулем, ак(вным в пределах зоны действия. Когда модуль отвечает на запрос, канал связи
жет быть установлен.
• Код доступа запроса (Inquiry Access Code — 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
ристики. Он используется для обнаружения только тех специализированных модуicii Bluetooth, которые находятся в пределах зоны действия.
Заголовок
Если используется заголовок, то он содержит информацию управления каналом
связи и состоит из шести полей, составляющих 18 бит (рис. 2.11).
• Адрес активного члена (Active Member Address — АМА) (3 бита)
• Тип (4 бита)
• Поток (1 бит)
• Автоматический запрос на повторение (Automatic Repeat Request — ARR)
(1бит)
• Порядковый номер (Sequence Number — SEQN) (1 бит)
• Проверка заголовка на наличие ошибок (Header Error Check — НЕС) (8 бит)
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 устройств связаны с одним мастером. Для того чтобы идентифицировать каждое подчиненное устройство в отдельности, каждому подчиненному устройству назначает-
ся временный 3-х битный адрес, который используется, когда устройство активно
Пакеты, которыми обмениваются мастер и подчиненное устройство, имеют АМд
этого подчиненного устройства. Другими словами, адрес подчиненного устройства
используется как в пакетах, которые передаются от мастера к подчиненному устройству, так и наоборот. Нулевой адрес зарезервирован для радиовещательных пакетов от мастера к подчиненным устройствам. Прекращающие связь или находящиеся в режиме парковки (Park) подчиненные устройства оставляют свои адреса, а
когда они снова войдут в пикосеть, им должен быть назначен новый адрес.
Тип
Это 4-битное поле используется для кода, который устанавливает тип пакета. Интерпретация этого кода зависит от типа канала, который ставится в соответствие
пакету: либо SCO, либо ACL. Существует четыре различных типа SCO пакетов и
семь типов ACL пакетов. Код типа также означает номер слотов, которые будет занимать текущий пакет. Это позволяет неадресованным приемникам воздерживаться от прослушивания канала в течение длительности оставшихся слотов.
Поток
Это 1-битное поле используется для управления потоком пакетов по ACL каналу.
Когда буфер приемника для ACL каналов переполнен, возвращается указание
«стоп» для временной остановки передачи данных. Сигнал «стоп» применяется
только для ACL пакетов. Кроме того, могут быть приняты пакеты, включающие
только информацию по управлению каналом связи, или SCO пакеты. Когда буфер
приемника пуст, возвращается указание «старт». Когда не получено ни одного пакета 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 проверяется с помощью циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Code — CRC).
Возвратное сообщение может быть в форме положительного уведомления
(ACKnowledgement — АСК) или отрицательного уведомления (Negative
Acknowledgement — NAK). Если полезная информация была получена без искажений, возвращается АСК, в противном случае — NAK. Когда не принимается никакого возвратного сообщения, предполагается получение NAK. ACK/NAK располагается в заголовке возвратного пакета.
CRC — это вычислительная процедура для обеспечения точности получаемых
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 назначения (адресате информации). Если эти два значения совпадают, возвращается АСК.
в противном случае — NAK.
Порядковый номер
Ято 1-битное поле обеспечивает последовательную схему нумерации для того, чтобы правильным образом упорядочить поток пакетов данных, когда он достигает
принимающего устройства. Для каждого нового переданного пакета, который содержит данные со значением CRC, бит порядкового номера преобразуется для того, чтобы отфильтровывать повторные передачи на принимающем устройстве. Если повторная передача происходит вследствие отсутствия АСК, адресат принимает
лот пакет дважды. Сравнение порядковых номеров следующих пакетов означает,
что безошибочно принятые повторные передачи могут быть отброшены.
Проверка заголовка на наличие ошибок
Это 8-битное поле используется для проверки целостности заголовка. После инициализации генератора НЕС, вычисляется значение НЕС для битов заголовка.
Приемник инициализирует свои схемы НЕС так, что он может интерпретировать
значение. Если значения НЕС не совпадают, весь пакет игнорируется.
Полезная информация
Заключительной частью общего формата пакета является полезная информация. В
этой части есть два типа полей: поле голоса (синхронное) и поле данных (асинхронное). ACL пакеты имеют только поле данных, a SCO пакеты — только поле голоса. Исключением является пакет данных и голоса (Data Voice — DV), который
имеет оба поля. Поле данных состоит из трех сегментов: заголовок полезной информации, тело полезной информации и возможно, CRC код (рис. 2.12).
Ис-
а
2.12. Поле полезной информации
головок полезной информации
°лько поля данных имеют заголовок полезной информации. Длина заголовка пое
зной информации равна одному или двум байтам и определяет логический канал
Таблица 2.11
(Logical Channel — LCH), управление потоком в логических каналах, а также имеет указатель длины полезной информации. Этот указатель обозначает количество
байт (т.е. 8-битное слово) в теле полезной информации, исключая заголовок полезной информации и CRC код.
Тело полезной информации
Тело полезной информации включает пользовательскую информацию. Длина этого сегмента указана в поле длины заголовка полезной информации.
Формирование CRC кода
После того как генератор CRC инициализирован, от передаваемой информации
вычисляется 16-битный CRC код, который прикрепляется к информации.
Типы пакетов
В технических требованиях описаны также различные типы пакетов: общие,
SCO-пакеты и ACL-пакеты. Каждому типу соответствуют определенные характеристики.
Общие пакеты:'
• ID-пакет
• Null-пакет
• Poll-пакет
• FHS-пакет
• DM 1-пакет
SCO-пакеты:
• HV1 -пакет
• НУ2-пакет
• НУЗ-пакет
• DV-пакет
ACL-пакеты:
• DM 1-пакет
• DH1-пакет
• ОМЗ-пакет
• ОНЗ-пакет
• ОМ5-пакет
• DI-15-пакет
• AUX1-пакет
В таблице 2.11 приведены используемые сокращения.
Коррекция ошибок
Как ACL-пакеты (данные), так и SCO-пакеты (голос и данные) могут быть снабжены различными уровнями прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction —
FEC) или проверки циклическим избыточным кодом (CRC), а также могут быть
ID
NULL
POLL
FHS
DM1
Dili
DM3
DH3
DM5
DH5
AUX1
HV1
HV2
HV3
DV
Identification
Null
Polling
Frequency Hopping Synchronization
Data Medium rate, 1 slot
Data High rate, 1 slot
Data Medium rate, 3 slots
Data High rate, 3 slots
Data Medium rate, 5 slots
Data High rate, 5 slots
Auxilary packet, 1 slot
High Quality Voice, 1 slot
High Quality Voice, 2 slots
High Quality Voice, 3 slots
Data Voice
Идентификация
Пусто
(Упорядоченный)опрос
Синхронизация перестройки частоты
Средняя скорость передачи данных, один слот
Высокая скорость передачи данных, один слот
Средняя скорость передачи данных, три слота
Высокая скорость передачи данных, три слота
Средняя скорость передачи данных, пять слотов
Высокая скорость передачи данных, пять слотов
Вспомогательный пакет, один слот
Голос высокого качества, один слот
Голос высокого качества, два слота
Голос высокого качества, три слота
Данные и голос
зашифрованы. В этом разделе определено несколько схем коррекции ошибок и их
применение для различных типов пакетов.
Существует три схемы коррекции ошибок, определенных для беспроводной связи Bluetooth:
• Прямая коррекция ошибок с коэффициентом 1/3
• Прямая коррекция ошибок с коэффициентом 2/3
• Схема автоматического запроса повторной передачи
Назначение FEC в полезной информации — уменьшить количество повторных
передач за счет способности восстанавливать данные. В тоже время технические
требования указывают, что в ситуации, свободной от ошибок, FEC является лишним, поскольку при этом уменьшается пропускная способность. Заголовок пакета
всегда защищен прямой коррекцией ошибок с коэффициентом 1/3, так как он содержит ценную информацию связи и должен быть способен «выдержать» несколько битовых ошибок.
Логические каналы
Логические каналы являются дополнением физических линий связи. В этом разделе определены пять логических каналов Bluetooth.
• LC канал (Link Control — управление связью)
• LM канал (Link Manager — администратор связи)
• UA канал (User Asynchronous data — асинхронные пользовательские данные)
• Ш канал (User Isochronous data — изохронные пользовательские данные)
• US канал (User Synchronous data — синхронные пользовательские данные)
В таблице 2.12 дано описание каждого логического канала.
Таблица 2.12. Логические каналы
Название Функция
Управление связью
LC
LM
Управление связью
UA
Асинхронные данные пользователя
Изохронные данные пользователя
Синхронные данные пользователя
LJS
т
Расположение
Заголовок
Полезная информация
Полезная информация
Полезная информация
Полезная информация
Где встречается
Все пакеты
SCO или ACL
ACLIUHSCO-DV
ACLHOTSCO-DV
SCO
Обеливание данных
Процедура обеливания данных позволяет изменить распределение информации с
целью придания ей свойств белого шума.
Такое преобразование позволяет существенно упростить процесс демодуляции информации, который будет сводиться к обработке сигнала в присутствии белого шума.
Процедуры передачи/приема
В этом разделе описан способ использования пакетов, определенных в разделе Пакеты.
Рассмотрены потоки ACL, SCO и комбинированные ACL/SCO. Информация, приведенная здесь, дает возможность понять идею, представленную в разделе Пакеты.
Синхронизация передачи/приема
Синхронизация важна для устойчивой связи. Этот раздел описывает толерантность (допустимые отклонения) синхронизации и синхронизацию мастера с подчиненным устройством. Представление о синхронизации пикосети при обмене
данными иллюстрирует рис. 2.13.
Мастер всегда передает в четных слотах. Подчиненное устройство, к которому
только что обратились, должно отвечать в следующем (нечетном) слоте. Подчиненные устройства должны всегда «слушать» на четных слотах, потому что они никогда не знают, когда к ним могут обратиться.
Управление каналом
В этом разделе рассказывается о процедуре установления канала пикосети. Приведено описание работы каналов и процедур добавления и исключения устройств пикосети. Для поддержания этих функций определено девять режимов работы модулей Bluetooth. Кроме того, рассмотрена работа разнесенной сети (scatternet). Подробно рассмотрено устройство и работа часов Bluetooth, которые играют главную
роль в FH-синхронизации.
Канал в пикосети определяется рабочими характеристиками мастера. Адрес мастера определяет последовательность перестройки частоты и коды доступа к каналу;
системные часы мастера определяют фазу в последовательности перестройки частоты и устанавливают синхронизацию. Кроме того, мастер контролирует трафик в
канале с помощью схемы опроса.
По определению, мастером является тот модуль Bluetooth, который инициирует
соединение. Термины «мастер» и «подчиненное устройство» имеют отношение
только к протоколу: на аппаратном уровне модули Bluetooth считаются функционально идентичными. Любое устройство Bluetooth может стать мастером пикосети;
нет «всегда подчиненных» устройств. Кроме того, когда пикосеть уже установлена,
роли мастер/подчиненное устройство могут поменяться местами.
Часы Bluetooth
Каждый модуль Bluetooth имеет внутренние системные часы, которые устанавливают синхронизацию и скачкообразную перестройку частоты приемопередатчика. Часы Bluetooth получены из собственного независимого генератора тактовых импульсов, который никогда не корректируется и никогда не выключается. Для синхронизации с другими модулями используются только смещения,
добавление которых к собственным часам каждого модуля обеспечива ет 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 способность равна половине длительности Rx или Тх слота, т.е. 312.5 мкеек. Часы
имеют цикл около одного дня. Для часов Bluetooth необходим 28-битный счетчик, который проходит цикл за 2 28 -1. Схема часов Bluetooth изображена на
Рис. 2.14.
Синхронизация и скачкообразная перестройка частоты в канале пикосети определяется Bluetooth-часами мастера. Когда пикосеть установлена, часы мастера связаны с подчиненными устройствами. Каждое подчиненное устройство добавляет
смещение к своим собственным часам, чтобы быть синхронизированным к часам
мастера. Так как часы автономные, то смещения должны регулярно обновляться
(корректироваться).
CLK — это часы мастера пикосети. Они используются для всех процессов синхронизации и распределения в пикосети. Все устройства Bluetooth используют
CLK для распределения передачи и приема. CLK формируется из собственных часов (CLKN) и смещения. Для мастера пикосети смещение равно нулю (рис. 2.16),
т к. CLK равен его собственным часам (CLKN). Каждое подчиненное устройство
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:
• Собственные часы (Native Clock — CLKN)
• Расчетные часы (Estimated Clock — CLKE)
• Часы мастера (Master Clock — СLK)
CLKN — это собственные автономные часы, которые являются эталоном для
всех остальных видов часов. В режимах высокой активности, собственные часы управляются опорным кварцевым генератором с наихудшей временной нестабильностью +20 ррт. В маломощных режимах, таких как Standby, Hold, Park и Sniff (таблицы 2.13 и 2.17) собственные часы могут управляться маломощным генератором
(Low Power Oscillator — LPO) с нестабильностью ±250 ppm.
Расчетные часы (CLKE) и часы мастера (CLK) получаются от опорных CLKN
путем добавления смещения. CLKE — 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 установление соединения.
Рис. 2.15. Формирование CLKE
Рис. 2.16. Формирование CLK мастера
Рис. 2.17. Формирование CLK подчиненного устройства
Обзор состояний
На рис. 2.18 изображена диаграмма состояний, использующихся в контроллере
связи Bluetooth. Существует два основных состояния: ожидание (Standby) и соединение (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. 2.18. Диаграмма состояний контроллера связи Bluetooth
Таблица 2.13
Режим
Ожидание
(STANDBY)
Соединение
(CONNECTION)
Вызов
(Page)
Ожидание вызова
(Page scan)
Запрос
(Inquiry)
Ожидание запроса
(Inquiry scan)
Ответ мастера
(Master response)
Ответ подчиненного
устройства (Slave
response)
Ответ на запрос
(Inquiry response)
Описание
Модуль Bluetooth находится в режиме малой мощности и не активно
связывается (не является частью пикосети). Устройство ожидает сигнал
на подключение к пикосети
После того как соединение установлено, пакеты могут посылаться в
обоих направлениях
Используется мастером для активации и соединения с подчиненным
устройством, которое периодически «просыпается» в режиме ожидание
вызова
Потенциальное подчиненное устройство «слушает» свой код доступа
устройства (DAC) в течение установленного отрезка времени. Модуль
«слушает» на одной частоте достаточно долго для полного
сканирования 16 page-частот
Подобно режиму вызов, этот режим используется мастером для
обнаружения набора новых устройств. Мастер не признает сообщения
ответ на запрос, но продолжает зондировать на различных каналах и в
промежутках ожидать ответные пакеты
Подобен режиму ожидание вызова. Однако, в этом режиме
потенциальное подчиненное устройство ожидает свой код доступа
запроса (IAC) вместо своего адреса
Мастер вводит этот режим, когда он получает ответ от подчиненного
устройства, после того как оно было вызвано
Подчиненное устройство вводит этот режим при признании своего кода
доступа устройства (DAC)
Устройство вводит этот режим при признании своего кода доступа
запроса (IAC)
либо команды администратора связи (LM) Bluetooth, либо внутренние сигналы
контроллера связи.
Выбор перестройки частоты
Определено десять типов последовательностей скачкообразной перестройки частоты: пять для системы с 79 перестройками (т.е. каналами) и пять для системы с 23
перестройками (показаны в скобках), соответственно.
• Последовательность для вызова с 32 (16) уникальными частотами для «про
буждения», распределенными по полосе 79 (23) МГц, с периодом, равным 32 (16).
• Последовательность для ответа на вызов охватывает 32 (16) уникальных час
тот для ответа, которые имеют взаимно-однозначное соответствие с текущей по
следовательностью для вызова.
• Последовательность для запроса с 32 (16) уникальными частотами для «про
буждения», распределенными по полосе 79 (23) МГц, с периодом, равным 32 (56).
• Последовательность для ответа на запрос охватывает 32 (16) уникальных ча
стот для ответа, которые имеют взаимно-однозначное соответствие с текущей по
следовательностью для запроса.
• Канальная последовательность, которая имеет очень большую длину пер№
да, распределяет частоты одинаково по полосе 79 (23) МГц в течение короткого »
тервала времени.
Общая схема выбора частоты
Схема выбора частоты состоит из двух частей:
• Выбор последовательности;
• Установление частот в соответствии с последовательностью.
Общая схема выбора частоты представлена на рис. 2.19. Определенная часто'
Устанавливается в соответствие с входными параметрами в блоке выбора частот
Входные параметры — это собственные часы и текущий адрес мастера.
В состоянии соединение (Connection) собственные часы (CLKN) корректир
ются с помощью смещения для соответствия часам мастера (CLK). Используют!
только 27 наиболее значимых бита (Most Significant Bit - MSB) часов. В промеж
точных состояниях вызов (Page) и запрос (Inquiry) используются все 28 битов ч
с
«в. Однако в промежуточном состоянии вызов собственные часы не корректир
ются.
Адресный вход состоит из 28 бит, т.е. все поле LAP и 4 наименее значимых бита
(Least Significant Bit — LSB) поля UAP (см. раздел Адресация устройств). В состоянии соединение используется адрес мастера. В промежуточном состоянии вызов 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 2.15
Голосовые кодеки
Линейный
8-битный логарифмический (рекомендация ITU-T G.711)
Рис. 2.19. Общая схема выбора частоты
В 79-канальной системе схема выбора частоты выбирает сегмент из 32 частот,
охватывающий диапазон около 64 МГц (рис. 2.20) и проходит по этим частотам
один раз в псевдослучайном порядке. Далее, выбирается другой 32-частотный сегмент и т.д. В промежуточных состояниях вызов, ожидание вызова или ответ на вызов все время используется 32-частотный сегмент (сегмент выбирается с помощью
адреса; разные модули будут иметь различные сегменты). В состоянии соединение
на выходе составляется псевдослучайная последовательность, которая перемещается по 79 или 23 частотам, в зависимости от системы. Для 23-канальной системы
размер сегмента равен 16 (таблица 2.14). Принцип работы схемы выбора частоты
изображен на рис. 2.20.
Аудио интерфейс
Обработка аудиоинформации в беспроводной технологии Bluetooth основана на
традиционных методах, т.е. информация кодируется на передающей стороне и декодируется на приемной.
Аудиоинформация кодируется одним из двух способов: 8-битным логарифмическим или линейным кодами (таблица 2.15). Требуемая схема кодирования голоса выбирается после согласования администраторов связи двух задействованных
модулей.
CVSD
А-функция
ц-функция
Адресация устройств
BD ADDR
Каждый приемопередатчик Bluetooth снабжен уникальным 48-битным адресол
устройства Bluetooth (Bluetooth Device Address — BD ADDR). Этот адрес назна
чается управлением регистрации IEEE (http://standards.ieee.org/regauth/oui/
index.shtml) для производителей и называется организационно уникальным идеи
тификатором (Organizationally Unique Identifier — ОШ).
Организационно уникальный идентификатор определен в IEEE Std 802-1990 \
используется для создания 48-битных универсальных MAC адресов локальных се
тей. Это позволяет идентифицировать уникальным образом LAN и MAN станции.
Коммуникации Bluetooth используют этот 48-битный адрес для создания своей
собственного формата. Идентификатор поделен на три поля следующим образол
(рис. 2.21):
• Поле LAP (Lower Address Part): нижняя адресная часть, состоящая из 24 би
тов;
• Поле UAP (Upper Address Part): верхняя адресная часть, состоящая их 8 битов;
• Поле NAP (Non-significant Address Part): незначимая адресная часть, состоя
Щая из 16 битов.
Поля LAP и UAP формируют значимую часть BDADDR. Полный объем адрес;
равен 232.
Рис. 2.21. Формат адреса Bluetooth
Коды доступа
Для сигнализации в системе Bluetooth используются 72-битные и 68-битные коды доступа. Определено три различных кода доступа:
• Код доступа устройства (DAC);
• Канальный код доступа (САС);
• Код доступа запроса (I АС).
Также определены адреса для устройств Bluetooth, находящихся в различных
состояниях: адрес активного члена (Active Member Address — AM_ADDR), адрес
устройства, находящегося в состоянии парковки (Parked Member Address —
PMADDR), адрес требования доступа (Access Request Address — ARADDR).
AM ADDR
Каждому активному подчиненному устройству в пикосети назначается 3-х битный адрес активного члена (AMADDR). Адрес AMADDR, состоящий только из
нулей, зарезервирован для широковещательных сообщений. Мастер не имеет
AM_ADDR.
Адрес AMADDR назначается подчиненному устройству мастером, когда оно
активизируется. Это происходит либо во время установления соединения, либо
сразу после выхода подчиненного устройства из режима парковки.
РМ ADDR
Подчиненное устройство в режиме парковки может быть идентифицировано
своим BDADDR, или выделенным адресом устройства, находящегося в состоянии парковки (РМ ADDR). Это 8-битный адрес, который назначается подчиненному устройству, как только оно вошло в режим парковки. Адрес PM_ADDR действителен только в период пребывания подчиненного устройства в режиме парковки. Когда подчиненное устройство активизируется, вместо РМ ADDR ему назначается адрес активного члена (AMADDR).
AR ADDR
Адрес требования доступа (AR_ADDR) используется подчиненным устройством, находящимся в режиме парковки, для определения «окна», в котором можно
послать сообщения с требованием доступа.
Адрес AR ADDR назначается подчиненному устройству, когда оно входит в режим парковки и действителен только во время пребывания в этом режиме. Этот
адрес необязательно должен быть уникальным; т.е. различные устройства, находящиеся в режиме парковки могут иметь одинаковый ARADDR.
Защита информации
Технология Bluetooth обеспечивает беспроводную передачу между равноправными узлами. Для обеспечения защиты и конфиденциальности информации, система
обеспечивает меры защиты как на прикладном, так и на канальном уровне. В каждом модуле Bluetooth осуществляются процедуры аутентификации и кодирования.
Для поддержки защиты информации на канальном уровне используются четыре
различных объекта: уникальный общий адрес для каждого пользователя, два секретных ключа и случайное число, которое различно для каждой транзакции. Описание каждого объекта приведено в таблице 2.16.
Таблица 2.16. Объекты, используемые в процедурах аутентификации и кодирования
Объект
Уникальные адреса устройства Bluetooth (BD ADDR)
Личный ключ пользователя, аутентификация
Личный ключ пользователя, кодирование
Случайное число (RAND)
Размер
48 бит
128 бит
8-128 бит
128 бит
Секретные ключи получаются в процессе инициализации и за время существования пикосети никогда не меняются. Ключ кодирования получается из ключа аутентификации в процессе аутентификации. Алгоритм аутентификации всегда использует 128 бит.
Для алгоритма кодирования, размер ключа может колебаться от 8 до 128 бит.
Размер ключа кодирования конфигурируем по двум причинам:
1) Для учета различий в требованиях, наложенных на криптографические алго
ритмы в различных странах.
2) Для обеспечения будущего обновления, для исключения неоправданно доро
гостоящего перепроектирования алгоритмов и аппаратных средств кодирования.
Увеличение размера ключа является самым простым способом борьбы с потенци
альными подслушивателями.
2.2.3. Протокол управления связью
Протокол управления связью (Link Manager Protocol — LMP) описывает процедуры, использующиеся для установления, защиты и управления линией связи между
устройствами Bluetooth. Пакеты LMP не содержат данных пользователя. Раздел
LMP включает семь подразделов:
1) Общий обзор
2) Формат LMP сообщений
3) Процедуры и протокольные единицы обмена
4) Установка соединения
5) Описание PDU
6) Режимы тестирования
7) Обработка ошибок
Общий обзор
LMP сообщения используются для установления, защиты и управления линией
связи. Они передаются в полезной информации вместо L2CAP и различаются с помощью зарезервированного значения в поле L_CH заголовка полезной информации. LMP сообщения отфильтровываются и не распространяются на высшие уровни.
LMP сообщения имеют приоритет над данными пользователя. Это значит, что
если LM посылает сообщение, Ь2САР-трафик не будет задерживать это сообщение, хотя оно может задерживаться многочисленными повторными передачами
baseband-пакетов.
LC не отвечает ни за время, необходимое для доставки сообщения на удаленное
устройство, ни за задержки между доставкой сообщения на удаленное устройство и
получением отправителем соответствующего уведомления.
Основным содержанием этого раздела является описание установления сеанса
связи между парой LM, а не непосредственно LM (рис. 2.22).
PDU назначен 7-битный код операции, который используется для того, чтобы однозначно определить различные типы PDU. Код операции и однобитный идентификатор транзакции расположены в первом байте тела полезной информации
(рис. 2.23). Идентификатор транзакции расположен в наименее значимом бите
(LSB). Он равен 0, если PDU принадлежит транзакции, инициированной подчиненным устройством. Если PDU содержит один или более параметров, они расположены в полезной информации, начиная со второго байта тела полезной информации. Количество используемых байтов зависит от длины параметров. Если SCO
линия связи представлена с использованием пакетов HV1 и длина содержимого
менее 9 байт, PDU могут передаваться в пакетах DV. В противном случае должны
использоваться пакеты DM1. Все параметры имеют формат с прямым порядком
байт, т.е. первым передается наименее значимый байт.
Источник/пункт назначения PDU определены адресом AM_ADDR в заголовке
пакета.
Рис. 2.23. Тело полезной нагрузки при передаче LM PDU
Каждая PDU может быть либо обязательной, либо дополнительной. Администратор связи должен распознавать все дополнительные PDU, которые он принимает, и если требуется, посылать соответствующий ответ. Если принятая дополнительная 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 2.17
Физический уровень i--------Рис. 2.22. Роль LMP в процессе установки соединения
Формат LMP сообщений
Протокольные единицы обмена (Protocol Data Units — PDU) LM всегда посылаются как однослотовые пакеты, а заголовок полезной информации занимает 1 байт.
Два наименее значимых бита в заголовке полезной информации определяют логический канал. Для протокольных единиц обмена LM этим битам присвоено определенное значение.
Поле Поток в заголовке полезной информации (см. раздел Baseband, Пакеты)
всегда состоит из одного бита и игнорируется на принимающей стороне. Каждой
Процедура
Общие ответные
сообщения
Аутентификация
Сопряжение
Изменение
ключа связи
Функция
Используются для того, чтобы сообщить инициатору запроса или команды,
была ли команда принята — и возможно, выполнена
Процедура аутентификации, основанная на схеме вызов-ответ, необходима
для подтверждения присутствия потенциальных членов пикосети
Используется, когда два устройства не имеют общего ключа связи или ключа
инициализации. Эта процедура создает ключ, основанный на персональном
опознавательном номере (Personal Identification Number — PIN) и случайном
числе (RAND)
Если два устройства соединены, и ключ связи получен из комбинации
ключей, линия связи может быть изменена в целях повышения ее
защищенности
Изменение
текущего
ключа связи
Текущий ключ связи может быть полупостоянным ключом связи или
временным ключом связи. Замена на временный ключ связи необходима,
если пикосеть должна поддерживать зашифрованную радиопередачу,
которая в этом случае позволила бы иметь общий ключ связи для всех
членов пикосети
Начинает процесс кодирования. Кодирование может использоваться, если
Кодирование
была выполнена хотя бы одна аутентификация
Запрос смещения Если подчиненное устройство получает FHS пакет, то всегда вычисляется
часов
разница между его собственными часами и часами мастера. Этот запрос
заставляет подчиненное устройство включить эту разницу в полезную
информацию FHS пакета, таким образом, мастер знает на каком частотном
канале подчиненное устройство «просыпается» в режиме Ожидание вызова
после того, как оно покинуло пикосеть
Информация о
Ответ на Запрос смещения часов
смещении слота
Запрос
Возвращенные параметры точности синхронизации — это долговременный
информации 0
дрейф, измеренный в ррш и длительные колебания, измеренные в
точности
миллисекундах. Они используются в режимах Пауза (Hold), Внимание
синхронизации
(Sniff) и Парковка (Park). Эти параметры фиксированы для определенного
устройства и не должны изменяться при очередных запросах
Версия LMP
Запрос версии протокола LMP
Поддерживаемые В результате этого запроса возвращаются типы пакетов контроллера связи
и свойства, поддерживаемые модулем Bluetooth
особенности
Переключение
Т.к. вызывающие устройства всегда становятся мастерами пикосети, иногда
роли мастер/
необходимо переключение ролей мастер/подчиненное устройство
подчиненное
устройство
Запрос удобного для пользователя имени, связанного с устройством
Запрос имени
Bluetooth. Это имя должно состоять максимум из 248 байт, закодированных в
соответствии со стандартом UTF-8
Обрывает соединение между двумя устройствами Bluetooth. Это может быть
Отсоединение
сделано в любое время либо мастером, либо подчиненным устройством.
Параметр «причина» включается в сообщение для информирования другой
стороны о причине прекращения связи
Линия
связи между двумя устройствами Bluetooth может быть помещена в
Пауза (Hold)
режим Hold на определенное время. В течение этого времени, от мастера не
будет передано ни одного ACL пакета
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
только в определенный слот
Парковка
Если у подчиненного устройства нет надобности участвовать в пикосети, но
(Park)
оно все еще должно быть FH-синхронизировано, оно может быть переведено в
режим Park. В этом режиме устройство «оставляет» свое место в пикосети, но
все еще ресинхронизируется на канал, «пробуждаясь» в моменты появления
радиомаяка, отделенные специальным интервалом
Если значение уровня мощности принятого сигнала слишком сильно
Регулирование
отличается от необходимого для устройства Bluetooth значения, оно может
мощности
запрашивать увеличение или уменьшение уровня мощности передачи
другого устройства. После получения этого сообщения выходная мощность
увеличивается или уменьшается
Выбор между
пакетами DM и
DH в зависимости
от качества
канала
Устройство конфигурировано для постоянного использования DM пакетов
(защищенных FEC с коэффициентом 2/3), постоянного использования DH
пакетов (не защищенных), или для автоматической регулировки типа своих
пакетов согласно качеству канала. Эта команда устанавливает DH
Качество
обслуживания
(Quality of
Service - QoS)
Этой командой устанавливается интервал опроса, который определен как
максимальное время между последующими передачами от мастера к
конкретному подчиненному устройству. Опрос с заданным интервалом
происходит всегда, кроме тех случаев, когда случаются коллизии при
вызове, ожидании вызова, запросе и ожидании запроса
Устанавливает SCO линии связи, которые резервируют регулярные
временные интервалы для обмена данными между модулями. Отрезок
времени между этими интервалами называется SCO интервалом
Количество слотов, которые использует подчиненное устройство в своем
возвратном пакете, может быть ограничено. В этой процедуре мастер
позволяет подчиненному устройству использовать максимальное количество
слотов
Устанавливает одну из опциональных схем вызова, которая будет
использована в следующий раз при вызове модуля. Вызываемое устройство
может принять или отклонить эту схему
Эта процедура используется для установки значения времени ожидания
(timeout), которое необходимо для контроля существования линии связи
SCO линии
связи
Контроль
многослотовых
пакетов
Схема вызова
Управление
линией связи
Установка соединения
Когда вызывающее устройство создает соединение, включая уровни выше LM, оно
посылает LM запрос на соединение с хостом. Когда другая сторона принимает это
сообщение, хост информируется о входящем соединении. Удаленное устройство
может принимать или отклонять запрос на соединение. Если LMP-запрос на соединение с хостом принят, запускаются LMP-процедуры защиты (сопряжение, аутентификация и кодирование). Если устройство не собирается инициировать другие процедуры защиты в процессе соединения, высылается сообщение о том, что
установка закончена. Схема установления соединения представлена на рис. 2.24.
После того как устройства обменяются этими сообщениями по логическому каналу, отличному от LMP, может быть передан первый пакет.
Описание PDU
В этом разделе технических требований представлена подробная таблица протокольных единиц обмена протокола управления связью. Для каждой PDU определены следующие характеристики:
• Длина (в байтах)
• Код операции
• Тип пакета
• Возможное направление передачи
• Содержание
• 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 причины «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 отклоняет процедуру, начатую подчиненным устройством, с кодом причины «Ошибка
LMP. Коллизия при передаче». После этого выполняется процедура, начатая мастером.
2.2.4. L2CAP
Рис.2. 24. Схема установления соединения
Режимы тестирования
Протокол LMP имеет несколько протокольных единиц обмена для поддержания
различных режимов тестирования Bluetooth, которые используются для сертификации и испытания на соответствие Bluetooth-стандартам Радио и Baseband.
Для активизации режима тестирования (РТ) на тестируемое устройство (Device
Under Test — DUT) посылаются РТ-сообщения. Тестируемое устройство всегда
является подчиненным. Администратор связи устройства должен быть способен
получать эти сообщения в любое время. Если активизация режима тестирования
Протокол управления логической связью и адаптацией (Logical Link Control and
Adaptation Protocol — L2CAP) отвечает за предоставление услуг SCO- и ACL-передачи данных на протоколы высших уровней. L2CAP имеет возможность мультиплексирования 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
также поддерживает концепцию групповых абстракций. Раздел L2CAP содержит
семь подразделов:
1) Введение
2) Общий процесс
3) Конечный автомат
4) Машина состояний
5) Сигнализация
6) Опции параметров конфигурации
7) Базовые элементы обслуживания
Введение
Этот подраздел технических требований Bluetooth дает обзор протокола управления логической связью и адаптацией. Протокол L2CAP расположен над Baseband
протоколом и находится на уровне передачи данных (рис. 2.26). Функции L2CAP:
• СО- и CL- услуги передачи данных для протоколов высших уровней
• Мультиплексирование протоколов
• Сегментация и реассемблирование
• Групповая абстракция
L2CAP позволяет высокоуровневым протоколам и приложениям передавать и
принимать пакеты данных L2CAP длиной до 64 кбайт.
Рис. 2.28. Структура ACL заголовка полезной информации для многослотовых пакетов
2-битное поле логического канала (L_CH), определенное в таблице 2.18, отличает пакеты L2CAP от пакетов LMP. Остальные коды зарезервированы для последующего использования.
Таблица 2.18
Рис. 2.26. Уровни связи между устройствами Bluetooth
В разделе Baseband определено два типа линий связи: синхронные с установлением соединения и асинхронные без установления соединения. SCO линии связи
поддерживают голосовой трафик в реальном времени, используя зарезервированную полосу пропускания. ACL линии связи поддерживают трафик на основе максимальных усилий (best effort).
Протокол L2CAP определен только для ACL линий связи и не обеспечивает
поддержки SCO линий связи.
Для ACL линий связи не допускается использование пакетов AUX1. Этот тип
пакетов не поддерживает проверку целостности данных с помощью циклического
избыточного кода. Поскольку L2CAP зависит от проверки целостности на baseband
уровне, пакеты AUX1 никогда не используются для транспортировки данных
L2CAP.
Формат ACL заголовка полезной информации рассмотрен ниже. На рис. 2.27
изображен заголовок полезной информации, использующийся для однослотовых
пакетов, а на рис. 2.28 изображен заголовок, использующийся для многослотовых
пакетов. Разница заключается только в длине поля. Тип пакета (в поле basebandзаголовка; см. раздел Baseband, Пакеты) отличает однослотовый пакет от много-
Рис. 2.27. Структура ACL заголовка полезной информации для однослотовых пакетов
слотового.
L СНкод
Q0
01
L2CAP
Пакет LMP
Логический канал
Информация
Зарезервирован
Зарезервирован для последующего использования
L2CAP
Продолжение пакета L2CAP Ю
Начало пакета L2CAP 11
LMP
В ACL заголовке 1-битное поле Поток управляется контроллером связи и обычно его значение равно 1. Его значение равно 0, когда по ACL линии связи больше
не будет передаваться L2CAP трафик. Передача пакета L2CAP со значением поля
Поток, равным 1, возобновляет поток входящих пакетов L2CAP.
Функциональные требования L2CAP
Функциональные требования L2CAP включают мультиплексирование протоколов, сегментацию и реассемблирование (Segmentation and Reassembly - SAR), a
также групповое управление. На рис. 2.29 изображено размещение L2CAP в стеке
протоколов Bluetooth. L2CAP находится над протоколом Baseband и взаимодействует с другими протоколами, такими как SDP, RFCOMM и TCS.
Реализация L2CAP должна быть приемлемой для устройств с ограниченными
вычислительными ресурсами. Требования к памяти для реализации протокола также должны быть сведены к минимуму.
Сложность протокола должна быть приемлема для персональных компьютеров,
PDA, цифровых сотовых телефонов, беспроводных гарнитур и других беспроводных устройств, поддерживающих Bluetooth. Более того, протокол должен быть разработан таким образом, чтобы достигнуть достаточно высокой эффективности использования полосы частот.
• Мультиплексирование протоколов
L2CAP поддерживает мультиплексирование протоколов, т.к. протокол Baseband
не поддерживает поле Тип, распознающее протоколы высших уровней, которые
мультиплексируются выше. Baseband мультиплексирует потоки SCO и ACL. Протокол L2CAP должен мультиплексировать протоколы высших уровней, такие как
протокол обнаружения услуг, RFCOMM и протокол управления телефонией
(рис. 2.29). Мультиплексирование протоколов означает направление пакетов данных на соответствующий протокол более высокого уровня.
• Сегментация и реассемблирование
По сравнению с проводными физическими средами передачи данных, пакеты
данных, определенные протоколом Baseband, ограничены'в размере. L2CAP пакеты большой длины должны быть сегментированы на многочисленные baseband пакеты меньшей длины до передачи. Подобным образом, принимаемые baseband пакеты могут быть реассемблированы в один L2CAP пакет после простой проверки
целостности. Функциональные возможности сегментации и реассемблирования
необходимы для поддержки протоколов, которые используют пакеты, длина которых превышает длину baseband пакетов.
• Качество услуг
Процесс установления соединения L2CAP позволяет проводить обмен информацией относительно качества услуг (QoS), ожидаемого между двумя модулями
Bluetooth. Каждая реализация L2CAP должна контролировать ресурсы, используемые протоколом.
Обший процесс
Протокол L2CAP базируется на понятии «каналов». Их использование определяет
идентификатор канала (Channel IDentifier — CID). Идентификатор канала — это
конечная точка канала L2CAP, использующаяся для демультиплексирования входящего пакета.
Идентификаторы каналов
Идентификаторы от 0x0001 до 0x003F заразервированы для специальных функции. Нулевой идентификатор (0x0000) определен как недопустимый идентификатор и никогда не должен использоваться для конечной точки назначения. В таблице 2.19 приведены другие зарезервированные CID.
Таблица 2.19. Распределения СШ
его
0x0000
0x0001
0x0002
0x0003-0x003F
0x0040-0xFFFF
Описание
Нулевой идентификатор
Канал сигнализации
Канал приема без установления соединения
Зарезервированный
Динамически распределенный
Операции между устройствами
Рис. 2.29. Схема мультиплексирования протоколов на уровне L2CAP
• Группы
Многие протоколы используют концепцию группы адресов. Протокол Baseband
поддерживает концепцию пикосети, т.е. группы устройств, синхронно меняющих
частоту, используя одни часы. Групповая абстракция L2CAP позволяет проводить
эффективное отображение групп протоколов на пикосети.
Следует отметить свойства, которые НЕ поддерживает L2CAP:
• L2CAP не передает голос, предназначенный для SCO линий связи;
• L2CAP не выполняет повторные передачи и вычисление контрольной суммы;
• L2CAP не поддерживает надежного широковещательного канала;
• L2CAP не поддерживает концепции глобального группового имени.
На рис. 2.30 приведен пример использования СШ при связи между соответствующими равноправными объектами L2CAP на отдельных устройствах. Ориентированные на соединение каналы передачи данных представляют связь
между двумя устройствами, где идентификатор канала идентифицирует каждую конечную точку канала. Каналы без установления соединения ограничивают поток данных до однонаправленного. Эти каналы используются для поддержки «группы» каналов, где СШ на источнике представляет одно или несколько удаленных устройств. Существует также определенное количество
CID, зарезервированных для особых целей. Примером зарезервированного канала является канал сигнализации. Этот канал используется для установления
каналов передачи данных, ориентированных на соединение, и для определения
изменений характеристик этих каналов. Поддержка каналов сигнализации в
объектах L2CAP обязательна. Другие СШ зарезервированы для всех входящих потоков данных без установления соединения. В примере, приведенном
на рис. 2.30, СШ используется для представления группы, состоящей из устройства 3 и устройства 4. Данные, посланные от этого СШ, направляются на
Удаленный канал, зарезервированный для потока данных без установления соединения.
В таблице 2.20 описаны различные каналы и соответствующие идентификаторы
источника и пункта назначения.
Таблица 2.20
Тип канала
Локальный CID
Ориентированный
Динамически распределенный
на соединение
Без установления соединения Динамически распределенный
Канал сигнализации
0x0001 (фиксированный)
Удаленный CID
Динамически распределенный
0х0002(фиксированный)
0x0001 (фиксированный)
В пакете определены следующие поля:
• Длина (16 бит) — указывает размер полезной информации в байтах, исключая
длину заголовка L2CAP. Это поле обеспечивает простую проверку целостности реассемблированного L2CAP пакета на приемной стороне.
• ID канала (16 бит) — идентифицирует конечную точку канала назначения пакета.
• Полезная информация (до 65535 байт) — содержит полезную информацию,
полученную от протокола верхнего уровня (исходящий пакет), или переданную на
протокол верхнего уровня (входящий пакет).
Канал без установления соединения
Пакеты данных без установления соединения поддерживают ненадежные групповые связи, которые иногда называются «широковещанием» или многоабонентской доставкой сообщений (multicast).
На рис. 2.32 изображена структура CL пакета, который используется для передачи данных, ориентированных на группы.
Рис. 2.30. Каналы между устройствами
Диаграмма состояний
В этом разделе описана диаграмма состояний протокола L2CAP для канала с установлением соединения. Диаграмма состояний определяет состояния, события, влекущие смену состояний, а также действия, которые должны быть выполнены в ответ на события. Диаграмма состояний не определена для канала сигнализации и
для однонаправленного канала.
Формат пакетов данных
Протокол L2CAP основан на пакетах, но следует модели связи, основанной на
каналах. Канал представляет собой поток данных между объектами L2CAP на отдаленных устройствах. Каналы могут быть ориентированными на соединение и без
установления соединения. Все поля пакета используют прямой порядок байтов.
Канал ориентированный на соединение
Пакеты данных, ориентированные на соединение, используются для поддержки
надежного сеанса связи point-to-point. На рис. 2.31 изображен формат L2CAP пакета в канале, ориентированном на соединение.
Групповые каналы ненадежны. Протокол L2CAP не гарантирует, что данные, передаваемые группе, достигнут каждого члена этой группы.
Данные, ориентированные на группу, передаются всем членам группы без исключения. Локальное устройство не может быть членом группы.
В пакете определены следующие поля:
• Длина (16 бит) — указывает размер полезной информации, плюс PSM поле (в
байтах), исключая длину заголовка L2CAP.
• ID канала (16 бит) — указывает групповой пункт назначения пакета.
• Мультиплексор протоколов/служб (Protocol/Service Multiplexer — PSM)
(минимум 16 бит) — значения PSM имеют два интервала. Значения первого интер
вала назначены Bluetooth SIG и служат признаком определенного протокола. Зна
чения второго диапазона динамически распределены и используются вместе с про
токолом обнаружения услуг.
• Полезная информация (до 65535 байт) содержит полезную информацию, ко
торая должна быть распределена всем членам группы.
Интерфейс групповых служб L2CAP обеспечивает механизм для простого управления группами, включая создание группы, добавление новых членов в группу,
исключение членов из группы.
Сигнализация
В этом разделе описаны команды сигнализации, которыми обмениваются два объекта L2CAP на удаленных устройствах. Все команды сигнализации передаются на
CID 0x0001. Реализация L2CAP определяет адрес устройства Bluetooth, которое
передает команды. В одном L2CAP пакете может быть передано несколько команд.
На рис. 2.33 изображен общий формат всех команд сигнализации.
Рис. 2.33. Общий формат команд сигнализации, передаваемых между объектами L2CAP на
удаленных устройствах
Опции параметров конфигурации
Опции являются механизмами расширения возможностей, необходимых для вы полнения различных требований подключения. Опции передаются в форме элементов информации, которые включают тип опции, длину опции, и одно или более
поле данных опции (рис. 2.34).
Опция содержит следующие поля:
• Тип (8 бит) — это поле определяет конфигурируемые параметры.
• Длина (8 бит) — это поле определяет число байт в полезной информации. Ес
ли тип опции не имеет полезной информации, то его длина равна нулю.
• Данные опции (16 бит) — содержимое этого поля зависит от типа опции.
Типы опций:
• Модуль максимальной передачи
• Опция времени ожидания сброса
• Опция качества обслуживания
Базовые элементы обслуживания
Этот раздел представляет абстрактное описание услуг, предлагаемых L2CAP, на основе базовых элементов и параметров обслуживания. Интерфейс обслуживания нужен для тестирования. Интерфейс описан независимо от использования какой-либо
определенной реализации. Все значения данных используют прямой порядок байтов.
2.2.5. Протокол обнаружения услуг
Пакет команд сигнализации содержит следующие поля:
• Код (8 бит) — определяет тип команды. Если принимающая сторона не рас
познает поля Код, в ответ посылается пакет, отклоняющий всю команду.
• Идентификатор (8 бит) — используется для согласования запроса с ответом.
Запрашивающее устройство устанавливает значение этого поля, а отвечающее уст
ройство использует такое же значение в своем ответе. Для каждой команды должен
использоваться отдельный Идентификатор.
• Длина (16 бит) — указывает только размер поля данных команды сигнализа
ции (в байтах). Не включает количество байт в полях Код, Идентификатор и
Длина.
• Данные (0 и более байт) — это поле с переменной длиной обнаруживается с
помощью поля Длина. Формат поля Данные определяет поле Код.
Протокол обнаружения услуг (Service Discovery Protocol — SDP) является механизмом, посредством которого устройства Bluetooth обнаруживают доступные услуги, а также характеристики этих услуг.
Термин «услуги» включает в себя широкий спектр приложений или ресурсов.
Доступ к ресурсам может включать информационный доступ к услугам или провайдерам услуг.
Услуги могут быть обычными:
• Печать
• Поисковая связь
• Факсимильная связь
Возможны также различные виды доступа к информации:
• Организация телеконференций
• Сетевые мосты
• Точки доступа
• Возможности электронной коммерции (eCommerce)
Кроме того, существуют другие возможности:
• Получение доступа к услугам
• Управление доступом к услугам
• Рекламирование услуг
Частью функции протокола обнаружения услуг является обеспечение средств
обнаружения и получения протоколов, методов доступа, «драйверов», и других кодов, необходимых для использования услуг. Кроме того, через этот протокол контролируются другие атрибуты, такие как: управление доступом к услугам, рекламирование услуг, выбор между конкурирующими услугами, оплата услуг и т.п.
В разделе SDP интерес представляют следующие подразделы:
1) Общий обзор
2) Представление данных
3) Описание протокола
4) Определения атрибутов услуг
Общий обзор
Механизм обнаружения услуг предоставляет приложениям клиента средства для
обнаружения услуг, предоставленных приложениями сервера, а также атрибутов
этих услуг. Атрибуты услуг включают тип или класс услуги, а также механизм или
протокол, необходимый для получения и использования услуги.
SDP включает связь между SDP-клиентом и SDP-сервером. Сервер поддерживает так называемые записи об услугах, которые описывают характеристики услуг,
связанных с сервером. Каждая запись содержит информацию об одной услуге. Кли-
Рис. 2.35. SDP-взаимодействие клиента и сервера
ент может получать информацию из записи с помощью SDP-запроса (рис. 2.35).
Если клиент или приложение, связанное с клиентом, решает использовать услугу, оно должно создать отдельное соединение с провайдером услуг. SDP обеспечивает механизм для обнаружения услуг и их атрибутов (включая протоколы доступа
к услугам), но не обеспечивает механизм использования этих услуг.
На каждое устройство Bluetooth приходится не более одного SDP-сервера.
(Если устройство Bluetooth работает только как клиент, ему не нужен SDP-cepвер.) Одно устройство Bluetooth может функционировать и как SDP-клиент, и
как SDP-сервер. Если многочисленные приложения на устройстве предоставляют услуги, SDP-сервер устройства может работать от лица провайдера этих
услуг.
Подобным образом, многочисленные приложения клиента могут использовать
SDP-клиент для запроса серверов от лица приложений клиента.
Количество SDP-серверов, доступных SDP-клиенту, может меняться, по мере
того как клиент и сервер входят в зону действия друг друга или выходят из нее.
Когда сервер становится доступен, потенциальный клиент должен быть уведомлен
об этом без использования SDP, для того чтобы он мог использовать SDP для запроса сервера о его услугах. Подобным образом, когда сервер покидает зону действия или становится недоступен по какой-либо причине, SDP не используется для
уведомления об этом клиента. Однако, клиент может использовать SDP для запроса сервера, и если сервер не отвечает на запросы, клиент заключает, что сервер ему
недоступен.
Представление данных
Представление данных об атрибутах представляет собой формализованные списки базовых элементов, называемых просто элементами. SDP определяет простой механизм для описания значений атрибутов различных типов с любой
сложностью. Список атрибутов SDP интересен из-за большого разнообразия
классов услуг.
Описание протокола
Протокол обнаружения услуг является простым протоколом с минимальными требованиями к основному транспорту. SDP использует модель запрос/ответ, где
каждая транзакция состоит из одного PDU запроса и одного PDU ответа. Однако,
нет гарантии, что серии запросов приведут к возвращению ответов в том же самом
порядке.
Когда SDP использует транспортный протокол Bluetooth L2CAP, в одном
L2CAP пакете может быть передано несколько SDP PDU, но в определенный момент времени только один L2CAP пакет за соединение к данному SDP серверу может ожидать выполнения. Другими словами, клиент должен получать ответ на
каждый запрос до того, как он сделает следующий запрос в этом же L2CAP соединении. Ограничение SDP к передаче одного непризнанного запроса обеспечивает
простую форму управления потоком данных.
Порядок передачи байтов
Протокол обнаружения услуг передает многобайтовые поля в обратном порядке
байтов, при котором сначала передаются наиболее значимые байты, а потом наименее значимые.
Формат PDU
Каждая протокольная единица обмена протокола SDP состоит из заголовка
PDU, за которым следуют специальные параметры PDU. Заголовок состоит из
трех полей: PDU ID, ID транзакции и длина параметра (рис. 2.36).
Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательных портов по протоколу L2CAP. Протокол основан на стандарте ETSI TS 07.10.
RFCOMM эмулирует последовательные порты EIA/TIA-232 (ANSI/TIA/EIA232-F-1997) со встроенной схемой для безмодемной эмуляции. Эмуляция также
включает передачу состояния цепи передачи голосовых сигналов. В большинстве
систем RFCOMM будет частью драйвера порта, который включает объект эмуляции последовательного порта.
Фактическое управление потоком данных между RFCOMM и нижним уровнем
L2CAP зависит от конкретной реализации. RFCOMM имеет виртуальный механизм управления потоком данных.
Раздел посвященный протоколу RFCOMM заканчивается описанием того, как
он должен использоваться для эмуляции последовательных портов различных устройств.
• Устройства типа 1 — оконечные точки связи, такие как компьютеры и принте
ры.
• Устройства типа 2 — часть сегмента связи; например, модемы.
Определения атрибутов услуг
В раздел SDP Ядра технических требований Bluetooth включены только классы
услуг, которые непосредственно поддерживают SDP-сервер. Дополнительные
классы услуг определены в разделе Профили. Вероятно, что последующие модернизации технических требований Bluetooth будут иметь дополнительные классы
услуг и модификации уже существующих.
Интерфейсы связи
Чтобы усовершенствовать большое количество современных коммуникационных приложений беспроводная технология Bluetooth должна взаимодействовать с
существующими структурами протоколов и приложений.
Технические требования Bluetooth описывают четыре адаптации:
1)RFCOMM
2) Взаимодействие с IrDA
3) Управление телефонией
4) Требования к взаимодействию для использования Bluetooth в качестве WAP
bearer1.
2.2.7. Взаимодействие с IrDA
2.2.6. RFCOMM
RFCOMM — это последовательный протокол связи. Создатели приложений часто
используют этот протокол при проектировании функции, которая использует последовательный кабель связи.
'Bearer — однонаправленный канал передачи данных. Совокупность средств передачи информации и среды распространения, используемых в процессе информационного обмена
Беспроводной технологией Bluetooth был принят протокол инфракрасного объектного обмена (Infrared OBject EXchange - IrOBEX, сокращенно ОВЕХ). Bluetoothреализация OBEX предлагает такие же возможности для приложений, как и в иерархии протокола IrDA. Он является протоколом высокого уровня, который работает с абстракциями данных (т.е. объектами).
Целью авторов этого раздела технических требований Bluetooth было продемонстрировать, что можно разрабатывать приложения, которые хорошо функционируют как РАДИОЧАСТОТНЫЕ и как ИНФРАКРАСНЫЕ средства передачи дан ных с малым радиусом действия. Каждая среда имеет свои преимущества и недостатки, и некоторые приложения могут работать в обеих средах.
Этот раздел определяет «точку пересечения», где могут сходиться беспроводная
технология Bluetooth и приложения IrDA. Этой точкой пересечения является протокол ОВЕХ.
Протокол ОВЕХ может передавать объект, используя операции Put и Get. Один
объект может быть передан в одном или нескольких запросах Put или ответах Get.
Модель оперирует и информацией об объекте (т.е. типом), и непосредственно самим объектом.
Существует два метода реализации протокола ОВЕХ в системе Bluetooth. Протокол ОВЕХ может быть реализован с использованием возможностей, определенных протоколом RFCOMM или TCP/IP.
В устройствах Bluetooth при реализации ОВЕХ с использованием RFCOMM
Должны быть выполнены следующие требования:
1) Устройство, поддерживающее ОВЕХ, должно быть способно функционировать как клиент, как сервер, или и то и другое.
2) Все серверы, одновременно функционирующие на устройстве должны ис
пользовать отдельные каналы RFCOMM сервера.
3) Приложения (служба/сервер), использующие ОВЕХ, должны быть способны
регистрировать надлежащую информацию в базу данных обнаружения услуг. Эта
информация необходима для различных прикладных профилей, и определена в
технических требованиях каждого профиля.
Для создания надежных услуг, ориентированных на соединение, протоколу
ОВЕХ ставится в соответствие протокол TCP/IP. Этот раздел технических требований не определяет, как TCP/IP ставится в соответствие беспроводной связи
Bluetooth. Устройства Bluetooth, которые поддерживают протокол ОВЕХ по
TCP/IP, должны удовлетворять следующим требованиям:
1) Устройства, поддерживающие ОВЕХ, должны быть способны функциониро
вать как клиент, как сервер, или и то, и другое.
2) Для сервера TCP порт с номером 650 назначен агентством по выделению
имен и уникальных параметров протоколов Internet (Internet Assigned Number
Authority — IANA). Если назначенный номер не подходит, номер порта может при
нимать значение выше 1023. Однако рекомендуется использование номера TCP
порта (650), определенного IANA.
3) Клиент должен использовать номер порта (на стороне клиента), который на
ходится вне диапазона 0-1023.
4) Приложения (служба/сервер), использующие ОВЕХ, должны быть способны
регистрировать надлежащую информацию в базу данных обнаружения услуг.
Технические требования Bluetooth определяют три прикладных профиля, которые используют ОВЕХ (см. Профили):
1) Профиль синхронизации
2) Профиль передачи файлов
3) Профиль помещения объекта в стек
2.2.8. Протокол управления телефонией
Протокол управления телефонией (Telephony Control Specification — TCS), является бит-ориентированным протоколом. Этот протокол определяет управление
сигнализацией вызова для установления сеансов передачи данных и голоса между
устройствами Bluetooth. Кроме того, он определяет процедуры управления мобильностью при работе с группами TCS-устройств Bluetooth.
Протокол TCS обладает следующими функциональными возможностями:
• Управление вызовом (Call Control — СС) — сигнализация для установления и
прекращения сеансов передачи голоса и данных между устройствами Bluetooth.
• Групповое управление (Group Management — GM) — сигнализация для упро
щения управления группой устройств Bluetooth.
• TCS без установления соединения (ConnectionLess — CL) — условия для об
мена сигнальной информацией, не связанной с текущим запросом.
На рис. 2.37 показано положение протокола TCS в стеке протоколов Bluetooth.
Рис. 2.37. Положение протокола TCS в стеке Bluetooth
2.2.9. Требования к взаимодействию для использования Bluetooth в качестве
WAP Bearer
Протокол беспроводных .приложений (Wireless Application Protocol — WAP) спроектирован для обеспечения доступа в Интернет с устройств, имеющих те или иные
ограничения:
• Полоса рабочих частот канала связи
• Объем памяти
• Производительность
• Возможности отображения
• Устройства ввода
В этом разделе рассматривается, как беспроводная технология Bluetooth может
быть использована как служба Bearer (однонаправленный канал передачи данных),
а также определяются SDP записи, позволяющие обнаружение WAP серверов с их
оборудованием.
Описываются требования к взаимодействию для использования беспроводной
технологии Bluetooth с протоколом point-to-point (PPP) в качестве однонаправленного канала передачи данных для приложений и протоколов WAP.
Среда WAP обычно состоит из трех типов устройств:
1) WAP клиент
2) WAP Ргоху/шлюз
3) WAP сервер
WAP клиент — устройство, которое использует конечный пользователь. Это может быть портативный компьютер или мобильный телефон. Отличительной особенностью WAP клиента является наличие дисплея и устройства ввода. WAP-клиент соединяется с WAP Proxy/шлюзом через беспроводную сеть.
WAP Proxy/шлюз работает как интерфейс между беспроводной сетью и сетью
Интернет. Основной функцией модуля доступа (proxy) является обеспечение услуг разрешения DNS имен WAP клиенту и преобразование Интернет-протоколов
и форматов содержимого в их WAP эквиваленты.
В некоторых случаях WAP Proxy/шлюз может включать функциональные возможности сервера.
WAP сервер выполняет функцию, идентичную функции сервера в сети Интернет. Зачастую, WAP сервер является HTTP сервером.
2.2.10.Интерфейс хост-контроллера Bluetooth
Интерфейс хост-контроллера (Host Controller Interface — HCI) обеспечивает единый интерфейсный метод доступа к возможностям аппаратного обеспечения
Bluetooth.
Технические требования интерфейса хост-контроллера точно определяют как
логическую, так и физическую работу этого интерфейса.
На рис. 2.39 показано расположение HCI в стеке протоколов Bluetooth.
функциональные технические требования Bluetooth HCI
Введение
Интерфейс хост-контроллера является эквивалентом кабеля, который соединяет
модем с персональным компьютером. По такому интерфейсу проходят два различных класса информации. Первый — полезная информация, которая распространялась бы между хостом и его системой связи, если бы они были в физическом контакте (т.е. интегрированы вместе). Второй — информация управления и координации, необходимая для поддержки удаленной физической связи. HCI охватывает
оба эти потока связи.
Этот раздел необходим тем специалистам, которые участвуют в согласовании
или реализации возможностей связи Bluetooth. Некоторые сигналы и интерфейсы
к нижним уровням, описаны только в разделе HCI.
Интерфейс хост-контроллера обеспечивает единый интерфейсный метод получения доступа к возможностям аппаратных средств Bluetooth. Функциональные
технические требования обеспечивают:
• Общий обзор нижних уровней стека программного обеспечения Bluetooth и
аппаратных средств Bluetooth.
• Обзор транспортного уровня хост-контроллера.
• Описание управления потоком данных, который используется между хостом и
хост-контроллером.
• Детали каждой команды HCI (параметры для каждой команды и списки собы
тий, связанных с каждой командой).
Обзор нижних уровней стека программного обеспечения Bluetooth и аппаратных
средств Bluetooth
На рис. 2.40 изображены нижние уровни стека программного обеспечения
Bluetooth. Программно-аппаратное обеспечение HCI выполняет HCI-команды для
аппаратного обеспечения Bluetooth, имея доступ к baseband-командам, LM-команДам, регистрам состояния аппаратного обеспечения, регистрам управления и регистрам событий.
На рис. 2.41 изображена архитектура аппаратного обеспечения Bluetooth.
Контроллер связи состоит из программного и аппаратного обеспечения, которые
выполняют baseband-обработку данных, и протоколов физического уровня, таких
как ARQ-протокол и FEC-кодирование.
Транспортный уровень хост-контроллера описан для каждой физической среды
в следующих трех разделах технических требований:
• Транспортный уровень HCI USB;
• Транспортный уровень HCI RS23;
• Транспортный уровень HCI UART.
Управление потоком
Управление потоком данных используется в направлении от хоста к хост-контроллеру. Оно позволяет избежать заполнения буфера данных хост-контроллера ACL-данными, предназначенными для удаленных устройств, которые не отвечают на запросы.
HCI команды
Интерфейс хост-контроллера обеспечивает единый командный метод доступа к
возможностям аппаратного обеспечения Bluetooth. Команды связи HCI дают возможность хосту контролировать соединения с другими устройствами Bluetooth на
канальном уровне. Эти команды обычно включают LM для обмена LMP-командами с удаленными устройствами Bluetooth.
2.2.11. Транспортный уровень HCI USB
Рис. 2.40. Нижние уровни стека программного обеспечения Bluetooth
CPU-ядро позволяет модулю Bluetooth обрабатывать требования запроса
(inquiry) и вызова (page) без привлечения хост-устройства. Хост-контроллер может быть запрограммирован на ответ определенными page-сообщениями и аутентифицировать удаленные линии связи.
В этом разделе рассматриваются требования к интерфейсу универсальной последовательной шины (Universal Serial Bus — USB) для аппаратных средств Bluetooth. Предполагается, что читатели знакомы с интерфейсом USB, проблемами конструкции USB, усовершенствованным интерфейсом конфигурирования системы и управления энергопитанием
(Advanced System Configuration and Power Interface — ACPI), полной архитектурой
Bluetooth, основами радио интерфейса, и с интерфейсом хост-контроллера Bluetooth. На
рис. 2.42 приведена взаимосвязь между хостом и радио модулем Bluetooth.
Обзор транспортного уровня HCI
Между HCI драйвером и HCI контроллером находится транспортный уровень. На
ноутбуке, например, этим транспортным уровнем может быть PC-карта или уни-
Рис. 2.41. Аппаратная архитектура Bluetooth
версальная последовательная шина.
Рис. 2.42. Взаимосвязь между хостом и радио модулем Bluetooth
Аппаратное обеспечение USB может быть реализовано двумя путями:
• Как USB адаптер (рис. 2.43);
• Интегрировано в материнскую плату ноутбука.
Рис. 2.43. Bluetooth USB адаптер компании Bluetake
2.2.12. Транспортный уровень HCI RS232
Цель транспортного уровня HCI RS232 состоит в том, чтобы сделать возможным
использование интерфейса хост-контроллера Bluetooth по одному физическому интерфейсу RS232 между хостом Bluetooth и хост-контролером Bluetooth (рис. 2.44).
Рис. 2.44. Интерфейс между хостом и хост-контроллером Bluetooth (уровень HCI RS232)
2.2.13. Транспортный уровень HCI UART
Цель транспортного уровня универсального асинхронного приемопередатчика
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter — UART) HCI состоит в том, чтобы
сделать возможным использование Bluetooth HCI по последовательному интерфейсу между двумя UART на одной печатной плате (рис. 2.45). Транспортный уровень UART HCI предполагает, что UART-связь не имеет линейных ошибок. Этот
раздел описывает транспортный уровень UART (между хостом и хост-контроллером). Через этот уровень проходят HCI пакеты, содержащие команды, события и
данные, но уровень не декодирует их.
2.2.14. Тестирование
Режим тестирования поддерживает тестирование передатчика и приемника
Bluetooth. Это предназначено главным образом для сертификации и испытания на
соответствие стандартам Радио и Baseband.
Режим тестирования спроектирован таким образом, что он не дает доступа к
данным пользователя. Это сделано из соображений безопасности, для того чтобы
гарантировать, что никто не сможет включить испытательный режим устройства
Bluetooth и получить доступ к данным, минуя всю защиту.
Тестированию посвящены три раздела технических требований:
• Режим тестирования Bluetooth;
• Требования на соответствие стандартам;
• Интерфейс управления тестированием.
Режим тестирования Bluetooth
Тестирование протокола используется, для проверки функциональных возможностей на самых нижних уровнях для всех приложений, компонентов и изделий
Bluetooth. Это испытание на соответствие нужно для того, чтобы полностью проверить функционирование устройства Bluetooth.
Установка для тестирования состоит из тестируемого устройства (DUT) и тестера (при желании, может использоваться дополнительное измерительное оборудование). Тестер и DUT формируют пикосеть, где тестер действует как мастер и имеет полный контроль над процедурой тестирования. Тестируемое устройство действует как подчиненное. Контроль производится по воздушному интерфейсу с использованием команд протокола управления связью. Схема режима тестирования
изображена на рис. 2.46.
Режим тестирования — это специальное состояние модели Bluetooth. Из соображений защиты, устройство в режиме тестирования не может поддерживать «нормальную работу». В этом состоянии не могут быть отправлены или получены данные пользователя. Это делается для того, чтобы обезопасить, т.е. исключить не санкционированное вхождение в режим тестирования и получения нежелательного доступа к информации.
Когда DUT-устройство выходит из режима тестирования, оно входит в режим
ожидания (Standby). После отключения питания, устройство Bluetooth должно
вернуться в режим ожидания.
2.2.15. Требования на соответствие стандартам
Группа Bluetooth SIG имеет подписанное соглашение, по которому на все изделия,
Удовлетворяющие техническим требованиям, выдается лицензия.
В этом разделе приведен обзор требований и программа квалификации
Bluetooth. Программа квалификации — это процесс проверки изделия на соответствие техническим требованиям Bluetooth.
В программе квалификации задействованы следующие объекты:
Рис. 2.46. Алгоритм режима тестирования
• Аналитический совет программы квалификации Bluetooth (BQRB);
• Администратор квалификации Bluetooth (BQA);
• Квалификационное испытательное оборудование Bluetooth (BQTF);
• Квалификационная группа Bluetooth (BQB).
Схема квалификационного процесса Bluetooth изображена на рис. 2.47.
2.2.16. Интерфейс управления тестированием
jCo всем приложениям, компонентам и изделиям Bluetooth применяются аттестационные испытания.
Интерфейс управления тестированием (Test Control Interface — TCI) Bluetooth
используется при проверке выполнения протокольных требований Bluetooth для
приложений, компонентов или изделий Bluetooth. Таким образом, интерфейс TCI
используется для проверки реализованных функциональных возможностей следующих уровней:
• Baseband;
• LMP;
• L2CAP;
• HCI, если производитель требует поддержки HCI.
2.3. Заимствованные протоколы
Технические требования Bluetooth используют несколько существующих протоколов, которые применяются для различных целей на высших уровнях [1].
2.3.1. Point-to-Point
Беспроводная технология Bluetooth использует протокол point-to-point (PPP),
разработанный проблемной группой проектирования Интернет (Internet
Engineering Task Force — IETF). Протокол РРР должен работать «поверх»
RFCOMM. Соединения point-to-point служат средством, позволяющим перемещать IP-пакеты с уровня РРР на уровень локальных сетей. Такие соединения используются при получении доступа в сеть Интернет через модем на основе коммутации, или через маршрутизатор по выделенной линии. Протокол point-to-point
имеет три основных составляющих.
Инкапсуляция
Инкапсуляция — это метод, используемый многоуровневыми протоколами, суть
которого заключается в том, что каждый уровень добавляет свой заголовок в протокольную единицу обмена (PDU).
Протокол РРР обеспечивает средство для инкапсулирования дэйтаграмм 2 через
последовательные линии связи и предоставляет протокол инкапсуляции через биториентированные синхронные линии связи и через асинхронные линии связи с вовемью битами данных и без контроля на четность. Эти линии связи полнодуплексНые, но могут быть выделенными или с коммутацией каналов. Протокол point-topoint использует высокоуровневый протокол управления линией связи (High-level
Data Link Control — HDLC) в качестве основы для инкапсуляции. Инкапсуляция
также предусматривает мультиплексирование различных протоколов сетевоРис. 2.47. Схема квалификационного процесса
Дэйтаграмма — это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без
Установления соединения.
го уровня одновременно через одну линию связи. Это дает общее решение для простых соединений между большим количеством хостов, мостов и маршрутизаторов.
лы используются многочисленными устройствами, такими как настольные компьютеры, ноутбуки, принтеры, портативные компьютеры, мобильные телефоны и т.д.
Протокол управления линией связи
Протокол управления линией связи (Link Control Protocol — LCP) PPP обеспечивает метод для установления, конфигурирования, управления и завершения одноранговой связи. Протокол LCP включает четыре фазы:
• Установление связи и согласование конфигурации. Перед тем, как можно бу
дет поменять любую дэйтаграмму сетевого уровня (например, IP), протокол LCP
должен установить связь и согласовать конфигурирующие параметры. Эта фаза за
вершается, когда конфигурирующий опознавательный пакет будет отправлен и по
лучен обратно.
• Определение качества передачи. Протокол LCP предусматривает фазу опре
деления качества передачи, следующую сразу за фазой установления связи. На
этой фазе тестируется канал и определяется достаточно ли его качество для работы
протокола сетевого уровня.
• Согласование конфигурации протокола сетевого уровня. Как только LCP за
вершает фазу определения качества передачи, могут быть сконфигурированы про
токолы сетевого уровня из семейства протоколов управления сетью.
• Прекращение передачи. Протокол LCP может прекратить передачу в любое
время. Это может быть сделано по запросу пользователя, но может также произой
ти по причине физических нарушений, таких как потеря несущей или отключение
таймера.
Протокол управления передачей
Протокол управления передачей — это ориентированный на соединение протокол
сквозной передачи данных, который приспособлен для уровневой иерархии протоколов, которые поддерживают многосетевые приложения. Протокол TCP отправляет данные, полученные в форме IP-дейтаграмм или пакетов на приемный хост.
Кроме того, протокол TCP определяет процедуры для деления потока данных на
пакеты, восстанавливая их в правильном порядке для получения исходного потока
данных на приемной стороне, и запрашивая повторную передачу для замены пропущенных или поврежденных пакетов. Так как пакеты обычно доходят по сети Интернет до пункта назначения различными путями, они приходят в разное время и
не по порядку. Все пакеты временно сохраняются, пока не придут запоздавшие пакеты, тогда они могут быть собраны в правильном порядке. Если полученный пакет поврежден, он отвергается, и в ответ на запрос о повторной передаче поврежденный пакет высылается повторно.
Протокол управления сетью
Использование линий связи point-to-point может создать дополнительные проблемы с сетевыми протоколами. Например, распределение и управление IP адресами,
проблемы даже в среде LAN, особенно сложны по линиям связи point-to-point с
коммутацией каналов. Эти проблемы решаются с помощью семейства протоколов
управления сетью (Network Control Protocol — NCP).
В беспроводных сетях Bluetooth протокол point-to-point работает «поверх»
RFCOMM для обеспечения последовательных линий связи point-to-point, например, между подвижными устройствами и точками доступа к LAN. Протокол РРР
является средством, позволяющим забирать IP пакеты на/из РРР уровень и передавать их на LAN, например, для предоставления пользователю доступа к корпоративной электронной почте.
2.3.2. TCP/UDP/IP
Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol — TCP), протокол
передачи дейтаграмм пользователя (User Datagram Protocol — UDP) и Интернетпротокол (Internet Protocol — IP) определены IETF и используются для связи по сети Интернет. Они относятся к числу самых используемых протоколов. Эти протоко-
Протокол передачи дейтаграмм пользователя
Тогда как протокол TCP предполагает гарантированную доставку, протокол UDP
только передает отдельные сообщения на IP для передачи на основе максимальных
усилий. Так как протокол IP не обладает высокой надежностью, нет гарантии корректной доставки данных. Тем не менее, протокол UDP очень удобен для определенных типов связи, таких как быстрый поиск баз данных. Например, система имен
доменов (Domain Name System — DNS) состоит из набора распределенных баз данных, которые предоставляют услуги, которые проводят соответствие между упрощенными доменными именами и их IP адресами. Протокол UDP подходит для простого обмена сообщениями между приложениями и этими сетевыми ресурсами.
Интернет-протокол
Интернет-протокол доставляет дэйтаграммы между различными сетями через маршрутизаторы, которые обрабатывают пакеты при передаче от одной автономной
системы (Autonomous System — AS) на другую. Каждое устройство в автономной
системе имеет уникальный IP адрес. Протокол IP добавляет свой собственный заголовок и контрольную сумму для того, чтобы данные были направлены правильно. Этот процесс поддерживается наличием направляющих корректирующих сообщений, которые хранят таблицы адресов на каждом маршрутизаторе. В зависимости от набора подсетей, включенных в домен управления, используется несколько
типов корректирующих сообщений. Таблицы маршрутизации регистрируют различные узлы в подсети, а также маршруты между узлами. Если пакет данных
слишком велик для принятия узлом назначения, он будет сегментирован на меньшие пакеты с помощью высокоуровневого протокола TCP.
Реализация этих стандартов техническими требованиями Bluetooth позволяет
организовать связь с другими устройствами, подключенными к сети Интернет. Устройство Bluetooth, будь то сотовая гарнитура или точка доступа к LAN, используется как «мост» в Интернет. Протоколы TCP, IP и РРР используются для всех моделей использования «мост в Интернет». Протоколы UDP, IP и РРР также могут
выполнять роль транспортного механизма для протокола беспроводных приложений (WAP).
доставления такого рода информации и услуг. Обычно потребителями информации
WAP порталов являются пользователи сотовых телефонов, PDA и ноутбуков.
На рис. 2.49 изображен мобильный телефон Sony-Ericsson T68i, поддерживающий протоколы WAP, Bluetooth.
2.3.3. ОВЕХ
IrOBEX (сокращенно — ОВЕХ) является протоколом сеансового уровня, разработанным ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA). Его целью является поддержка простого, поэтапного обмена объектами. Протокол ОВЕХ,
обеспечивающий функциональность, сходную с протоколом передачи гипертекстовых файлов (HyperText Transfer Protocol — HTTP), использует модель клиентасервера, не зависит ни от транспортного механизма, ни от транспортного API-интерфейса. Наряду с самим протоколом — «грамматикой» для ОВЕХ-переговоров
между устройствами — ОВЕХ дает также модель для представления объектов и
операций. Кроме того, ОВЕХ определяет оглавление папок, которое используется
для просмотра содержимого папок, находящихся на удаленных устройствах.
К устройствам, использующим протокол ОВЕХ, относятся мобильные телефоны, PDA, портативные сканеры и т.д. На рис. 2.48 изображен портативный сканер
Capshare 910 компании Hewlett-Packard, который может передавать документы на
мобильные телефоны через ОВЕХ, и отправлять их на другие устройства, такие
как факсы или устройства для чтения электронной почты.
Рис. 2.48. Портативный сканер Capshare 910 компании Hewlett-Packard
2.3.4. WAP
Протокол беспроводных приложений (WAP) является стандартом для беспроводного доступа к информационным и сервисным ресурсам Интернет с цифровых устройств, таких как сотовые телефоны, PDA и т.д. К наиболее распространенным информационным службам, доступных с помощью WAP, относятся новости, курс акции, прогноз погоды, расписание полетов и корпоративные извещения. Специальные Web-сайты, называемые WAP порталами, специально форматированы для пре-
Рис. 2.49. Мобильный телефон Sony-Ericsson T68i
Обычно, эти устройства имеют маленькие экраны, поэтому информация должна
быть представлена в формате «no-frills» (без излишеств). Кроме того, пропускная
способность ограничивает современные услуги сотовой связи, поэтому информация должна быть оптимизирована для портативных устройств. Для получения информации в такой форме Web-сайты оснащены упрощенной версией языка HTML,
которая называется WML (Wireless Markup Language — язык разметки для беспроводных систем). Язык WML предназначен для создания Интернет страниц с синтаксисом, соответствующим спецификации XML3.
Достоинство WAP заключается в том, что он охватывает многочисленные стандарты воздушных линий связи (airlink) и, в соответствие с традициями Интернет,
позволяет издателям содержимого и разработчикам приложений не беспокоиться о
специальном механизме доставки. Архитектура WAP определена на основе сетевых протоколов, форматах содержимого и общих служб. Этот подход приводит к
гибкой архитектуре «клиент-сервер», которая может быть реализована различными способами, а также обеспечивает взаимодействие и мобильность в сетевых интерфейсах. На рис. 2.50 изображен стек протоколов WAP.
WAP решает проблему использования Интернет-стандартов, таких как HTML,
HTTP, TLS и TCP в мобильных сетях. Эти протоколы неэффективны, требуют передачи большого количества преимущественно текстовых данных. Web-содержимое, написанный с помощью HTML как правило не может быть эффективно отображено на малогабаритных экранах миниатюрных мобильных телефонов и пэйдЖеров.
XML - Extensible Markup Language — расширяемая спецификация языка, предназначенного
Для создания Интернет страниц
3
д,1Я защиты конфиденциальности приложений электронной коммерции и скрытых
вычислений.
Скрытое вычисление — это способность получать доступ и управлять функциональными возможностями компьютера с равноправных мобильных устройств.
Скрытые вычисления могут использоваться в таких приложениях как киоски в аэропортах, торговых центрах и других общественных местах, где пользователи портативных устройств могут покупать товары, заказывать билеты и т.д.
2.3.5. WAE
Рис. 2.50. Стек протоколов WAP
Более того, HTTP и TCP не оптимизированы для неустойчивого покрытия, длительных задержек и ограниченной пропускной способности, свойственных беспроводным сетям. HTTP переводит свои заголовки и команды в неэффективный текстовый формат, вместо сжатого двоичного формата. Беспроводные службы, использующие эти протоколы, зачастую медленны, дорогостоящи и сложны в использовании. Использование стандарта защиты TLS также проблематично, так как клиент и
сервер обмениваются большим количеством сообщений.
WAP оптимизирован для решения всех этих проблем. Он использует двоичную
передачу для большего сжатия данных и оптимизирован для длительных задержек
и невысокой пропускной способности. WAP-сеансы справляются с неустойчивым
покрытием и могут работать по самым различным беспроводным транспортам, используя протокол IP где возможно, а другие оптимизированные протоколы, где использование IP невозможно. Язык WML, используемый при создании WAP-содержимого, позволяет оптимально использовать малогабаритные экраны и допускает
простое управление одной рукой, без полной клавиатуры; он имеет возможность
расширения от двухстрочного текстового дисплея до цветных графических дисплеев, которыми обладают смарт-телефоны и коммуникаторы.
Существуют две причины, по которым WAP подходит для среды Bluetooth: доставка информации и скрытое вычисление (hidden computing). При передаче информации, с использованием беспроводной технологии Bluetooth, WAP клиент обнаруживает наличие WAP сервера, используя протокол обнаружения услуг (SDP).
При обнаружении услуг определяется адрес WAP сервера. Когда клиент получает
адрес, он устанавливает соединение с сервером и может получать доступ к информации или услугам, предоставленных этим сервером на основе операций push/pull.
Кодирование и аутентификация обеспечиваются протоколом защиты уровня беспроводной передачи (Wireless Transport Layer Security — WTLS), который служит
WAP приложения построены в среде беспроводных приложений (Wireless
Application Environment — WAE), которая строго следует модели доставки Webсодержимого, но с добавлением функций шлюза. На рис. 2.51 сопоставляются традиционная Web-модель и WAE-модель. Все содержимое определено в форматах,
подобных стандартным Интернет-форматам, и транспортируется с использованием стандартных протоколов, принятых во «всемирной паутине», наряду с использованием оптимизированных HTTP-подобных протоколов в беспроводной среде
(т.е. WAP). Архитектура разработана с учетом того, что мобильные терминалы
имеют ограниченный объем памяти и возможности процессора. Поддержка сетей с
низкой пропускной способностью и большими задержками также включена в архитектуру. Там где существующие стандарты не подходят вследствие уникальных
особенностей малогабаритных беспроводных устройств, WAE модифицирует стандарты, не теряя преимуществ Интернет технологии. Основные элементы модели
WAE:
• Агент пользователя - Эти программные компоненты на стороне клиента
обеспечивают конечному пользователю специальные функциональные возможнос
ти. Примером агента пользователя является браузер (программа ускоренного про
смотра), который выводит на экран содержимое, загружаемое из сети Интернет. В
этом случае, агент пользователя интерпретирует содержимое сети, полученное по
унифицированному указателю информационного ресурса (Uniform Resource
Locator - URL). WAE включает агентов пользователя для двух основных типов
стандартного содержимого: кодированный язык разметки для беспроводных сис
тем (WML) и компилируемый WML-скрипт (Wireless Markup Language Script WMLScript).
• Генераторы содержимого - Приложения или услуги на сервере, которые мо
гут принять форму CGI-скриптов (Common Gateway Interface - общий шлюзовой
интерфейс), которые создают стандартные форматы содержимого в ответ на запросагентов пользователя на мобильном терминале. WAE не определяет какого-либо
определенного генератора содержимого, так как ожидается, что в будущем их коли
чество сильно увеличится.
• Стандартное кодирование содержимого — Это кодирование содержимого поз
воляет агенту пользователя WAE (например, браузеру) легко управлять Web-coДержимым. Стандартное кодирование содержимого включает сжатое кодирование
сервер, предоставлять пользователям доступ к возможностям устройств и периферийному оборудованию, и взаимодействовать с пользователем без двукратного обращения к сетевому серверу.
Кроме WML и WMLScript, поддерживаются другие форматы содержимого для
WAP- Это vCard, vCalendar, vMessage и vNote. Эти и другие компоненты являются
частью среды беспроводных приложений.
2.3.6. Форматы содержимого
VCard и vCalendar являются открытыми спецификациями, разработанными организацией Versit Consortium, которые в настоящее время контролируются консорциумом почты Интернет (Internet Mail Consortium — IMC), а его дальнейшая разработка производится проблемной группой проектирования Интернет. Эти спецификации определяют формат электронных визитных карточек и содержимого персонального календаря и расписания, соответственно. vCard и vCalendar не определяют никакого транспортного механизма. Они определяют только формат, в котором передаются данные между устройствами.
vCalendar
Рис. 2.51. Стандартная модель доставки Web-содержимого (сверху) и модель WAE (снизу)
для WML, кодирование байт-кода (машинно-независимый код, генерируемый
Java-компилятором) для WMLScript, стандартные форматы изображений, а также
заимствованные форматы деловых и календарных данных (vCard и vCalendar).
• Приложения беспроводной телефонии (Wireless Telephony Applications WTA) — Этот набор дополнений (предназначенных для телефонии) обеспечивает
механизмы управления вызовом и функциональными возможностями, позволяя
пользователям получать доступ и взаимодействовать с мобильными телефонами
для приложений «телефонная книга» и «календарь».
WMLScript является упрощенным процедурным языком подготовки сценариев,
основанным на JavaScript. WMLScript улучшает стандартные возможности просмотра и презентации WML с поведенческими характеристиками. Например, прикладной программист может использовать WMLScript для проверки достоверности данных, введенных пользователем, до того, как они отправляются на сетевой
Спецификация vCalendar определяет транспортно- и платформо- независимый
формат для обмена календарной информацией и информацией о расписании. Формат vCalendar (рис. 2.52) включает информацию о событиях и сообщениях, обычно
используемых приложениями, такими как личная информационная система
(Personal Information Manager — PIM) и программы группового планирования.
Формат vCalendar обеспечивает совместимый и простой способ обмена информацией. Базовый набор свойств vCalendar включает такие расширенные свойства
как присоединение элементов, звуковые и e-mail напоминания, классификация событий. К элементам, которые могут быть присоединены к событию, относится электронная визитная карточка отправителя, называемая vCard. Кроме того, технические требования vCalendar обеспечивают взаимодействие между различными приложениями календаря и расписания для планирования встреч через Интернет или
корпоративные сети. С принятием специальной рабочей группой Bluetooth этого
протокола, vCalendar может выполнять свои функции внутри пикосети.
vCard
Card является открытой спецификацией, разработанной организацией Versit
Consortium, одновременно с vCalendar. Ответственность за разработку и поддержК
У vCard сейчас возложена на консорциум почты Интернет (IMC). vCard используется в таких приложениях как Интернет почта, голосовая почта, Web-браузеры,
Те
лефония, центры обработки вызовов, видеоконференции, PIM, PDA, пэйджеры,
°фисное оборудование и смарт-карты. Информация vCard не ограничивается простым текстом, и может включать такие элементы как картинки, логотипы компаний и ссылки на Web-страницы.
v
была сохранена на диске, а потом импортирована в нужную программу. Формат
vCard позволяет обмениваться визитными карточками, передавая информацию по
линиям связи Bluetooth. Все участники деловой встречи смогут автоматически получить необходимую информацию.
vMessage и vNote
Два других формата содержимого, которые передаются протоколом ОВЕХ, — это
форматы vMessage («сообщение») и vNote («заметка»). Они также являются открытыми стандартами и используются для обмена сообщениями и замечаниями.
Они определены в спецификации инфракрасной технологии для связи с подвиж ными объектами (IrMC). Там же определен формат журнальных файлов, который
необходим для синхронизации данных между отдельными устройствами.
Рис. 2.52. Формат vCalendar
vCard содержит в себе важные справочные данные, такие как имя, адреса (рабочий,
домашний, электронный), телефонные номера (домашний, рабочий, мобильный),
факс, пэйджер, ISDN, голос, данные, видео, ссылки на Web-страницы (рис. 2.53).
2.3.7. Резюме
Протоколы Bluetooth способствуют быстрому развитию различных приложений.
Нижние уровни стека протоколов разработаны с целью обеспечения гибкой основы для дальнейшего развития протоколов. Другие протоколы, такие как
RFCOMM, заимствованы и незначительно модифицированы для Bluetooth. Протоколы высших уровней, такие как WAP, используются без изменений. Таким образом, существующие приложения могут использоваться для работы с беспроводной технологией Bluetooth, не препятствуя взаимодействию.
Целью технических требований Bluetooth является развитие взаимодействующих приложений, нацеленных на различные модели использования. Использование беспроводной технологии Bluetooth с возможностями современных компьютеров и коммуникационных устройств создает поистине неограниченные возможности для новых беспроводных приложений.
2.4. Профили
Рис. 2.53. Формат vCard
Все vCard могут также содержать графику и мультимедийные данные, включая
фотографии, логотипы компании и аудио-клипы. Информация о географических и
временных зонах, представленная в vCard, позволяет определить время, когда
можно звонить абоненту. vCard также поддерживает большое количество языков.
Спецификация vCard является транспортно- и ОС- независимыми, таким образом, пользователь может установить программное обеспечение для vCard на любом
компьютере. Разные программы хранят vCard по-разному. Некоторые позволяют
«перетаскивать» пиктограмму vCard в программы, другие требуют, чтобы vCard
Специальная рабочая группа Bluetooth определила различные модели использования, каждая из которых сопровождается профилем. Профили определяют протоколы и функции, которые поддерживают определенные модели использования. Если
устройства от различных производителей соответствуют одному профилю, определенному в технических требованиях Bluetooth, они смогут взаимодействовать.
Профили определяют специальные сообщения и процедуры, используемые для
выполнения определенной функции. Функции могут быть обязательными, дополнительными или условными. Одинаковые функции одинаково работают в любом
устройстве, вне зависимости от производителя.
Четыре общих профиля являются базовыми и применяются для различных моделей использования. Это профиль общего доступа, профиль последовательного
порта, профиль приложения обнаружения услуг и профиль общего обмена объектами. Остальные профили применяются непосредственно для определенных моделей использования [17, 18].
2.4.1. Профиль общего доступа
Профиль общего доступа (Generic Access Profile — GAP) определяет общие процедуры для обнаружения устройств Bluetooth, а также процедуры управления связью между устройствами. Таким образом, главной целью этого профиля является
описание использования нижних уровней стека протоколов Bluetooth — LC и
LMP. В этом профиле также определены процедуры, связанные с секретностью, в
которых начинают действовать высшие уровни — L2CAP, RFCOMM и ОВЕХ.
Профиль общего доступа описывает работу устройств, находящихся в режиме
ожидания (Standby) и соединения (Connection). Это, в свою очередь, гарантирует,
что между устройствами Bluetooth всегда могут быть установлены линии и каналы
связи. Если устройства работают одновременно в соответствии с несколькими профилями, GAP описывает механизмы управления всеми ими.
Профиль общего доступа определяет общие процедуры для обнаружения имен,
особенностей и основных возможностей устройств Bluetooth, которые поддаются
обнаружению. Устройство, поддающееся обнаружению, готово установить соединение и принять запросы на обслуживание от других устройств. Даже если два устройства Bluetooth не имеют общего приложения, они должны быть способны связаться друг с другом для определения своих возможностей. Если два устройства от
разных производителей имеют общие приложения, установление соединения не
будет затруднено только потому, что производители решили по-разному назвать
основные возможности Bluetooth па уровне пользовательского интерфейса, или
потому что эти изделия выполняют основные процедуры в разной последовательности.
Устройства Bluetooth, которые не соответствуют какому-либо другому профилю, должны по крайней мере соответствовать GAP. Это гарантирует их взаимодействие и совместимость со всеми устройствами Bluetooth, независимо от того, какие
типы приложений они поддерживают. Устройства, которые соответствуют другому
профилю Bluetooth, могут использовать адаптации общих процедур так, как это
определено этим профилем. Однако они должны быть совместимы с GAP на уровне общих процедур. На рис. 2.54 изображена связь профиля общего доступа с другими профилями Bluetooth.
Рис. 2.54. Связь профиля общего доступа с другими профилями Bluetooth
канале L2CAP. Подразумевается, что соединение происходит по последовательному кабелю, который эмулируется с помощью этого профиля.
Любое устройство может использовать для связи с другим устройством виртуальный последовательный порт с передачей управляющих сигналов интерфейс с
RS-232 вместо физического последовательного кабеля.
При простой конфигурации последовательного порта, в которой два компьютера
соединены эмулированным последовательным кабелем (рис. 2.56), одно устройст-
2.4.2. Профиль последовательного порта
При использовании беспроводной технологии Bluetooth с целью замены кабеля,
для получения канала, ориентированного на соединение, используется профиль
последовательного порта (Serial Port Profile — SPP). Этот профиль основан на профиле общего доступа (GAP) и определяет то, как устройства Bluetooth могут быть
настроены для эмулирования последовательного кабельного соединения с использованием RFCOMM, транспортного протокола, который эмулирует последовательный порт RS-232 между двумя равноправными устройствами (рис. 2.55).
RFCOMM используется для передачи пользовательских данных, модемных сигналов управления и команд задания конфигурации. Сеанс RFCOMM происходит в
Рис. 2.55. Модель эмуляции последовательного кабельного соединения
Инициатор
Рис. 2.56. Два компьютера, один из которых выполняет роль инициатора, а другой роль
получателя при установлении последовательного кабельного соединения
во берет инициативу создания соединения с другим устройством. Такое устройство
называется инициатором, а другое получателем. Когда инициатор начинает установление связи, выполняются процедуры обнаружения услуг для установления
эмулированного последовательного кабельного соединения.
Согласно этому профилю, поддерживаются скорости передачи данных до
128 кбит/сек. Хотя технические требования Bluetooth описывают соединение двух
устройств с помощью эмулированного последовательного порта в конфигурации
point-to-point, ничто не препятствует многократному одновременному использованию SPP на одном устройстве для создания нескольких соединений. В таких случаях устройства могут выступать даже в двух различных функциях (инициатора и
получателя) одновременно. В этом профиле не определяется фиксированных ролей мастер/подчиненное устройство, так как предполагается, что устройства равноправны.
Поддержка функций секретности авторизации, аутентификации и кодирования
необязательна. Однако устройство должно поддерживать соответствующие процедуры секретности, если этого требует равноправное устройство. Соединение в профиле последовательного порта используется не явным образом, поэтому поддержание связи не обязательно.
ставления персонального идентификационного номера (PIN) для создания ключа
связи, необходимого для авторизации устройства и кодирования данных. После установления линии связи может потребоваться обнаружение BD_ADDR другого
модуля Bluetooth посредством процедур запроса (inquiry) и вызова (paging).
Протокол обнаружения услуг, включенный в стек протоколов, используется
для обнаружения услуг, которые могут предоставить устройства Bluetooth, находящиеся в зоне действия, а также услуг, доступных через эти устройства. По с ме создания линии связи, услуги могут быть обнаружены, и одна или несколько
из них могут быть выбраны через интерфейс пользователя. Хотя протокол обнаружения услуг не непосредственно включен в организацию доступа к опреде ленной услуге, он облегчает доступ путем привлечения локального стека
Bluetooth для доступа к требуемой услуге. В отличие от других профилей, где
обмен данными по обнаружению услуг происходит из-за необходимости перемещать услугу, этот профиль требует, чтобы обнаружение услуг было затребовано
пользователем.
2.4.3. Профиль приложения обнаружения услуг
Профиль приложения обнаружения услуг (Service Discovery Application Profile
SDAP) описывает процедуры и функции, используемые для обнаружения услуг,
зарегистрированных на других устройствах Bluetooth, а также для получения информации об этих услугах. Стандартные процедуры помогают пользователям обнаружить и идентифицировать услуги, которые могут быть предоставлены устройствами Bluetooth.
В этом профиле используются только каналы, ориентированные на соединение.
Кроме того, не используется широковещание L2CAP. До того как какие-либо два
устройства Bluetooth смогут обмениваться информацией друг с другом, они должны быть включены и инициализированы. Инициализация может требовать предо-
Рис. 2.57. Стек протоколов Bluetooth для профиля приложения обнаружения услуг
2.4.4. Профиль общего обмена объектами
Профиль общего обмена объектами (Generic Object Exchange Profile — GOEP) определяет модели использования обмена объектами, включая профиль передачи
файлов, профиль помещения объекта в стек и профиль синхронизации. Самые распространенные устройства, которые используют эти модели, это ноутбуки, PDA,
с март-телефоны и мобильные телефоны, использующие беспроводную технологию
Bluetooth.
Профиль GOEP обеспечивает полное взаимодействие для прикладных профилей,
использующих протокол ОВЕХ и определяет требования к взаимодействию нижних
уровней стека протоколов (т.е. Baseband и LMP) для прикладных профилей.
Профиль GOEP определяет использование клиент-серверного протокола
ОВЕХ, заимствованного у IrDA, который позволяет приложениям обмениваться
данными непосредственно, без использования протокола IP.
Протокол ОВЕХ предоставляет услуги обмена объектами, подобно протоколу
передачи гипертекстовых файлов (HTTP), который используется в сети Интернет.
Однако ОВЕХ работает для многих устройств, которые не могут предоставить необходимые ресурсы, требуемые HTTP-сервером. Главное преимущество ОВЕХ заключается в поддержке приложений «Push» запись в стек, и «Pull» записи из стека,
что позволяет установить своевременную и эффективную связь между портативными устройствами в динамической среде.
ОВЕХ не ограничен быстрыми сценариями «соединение-передача-разъединение». Возможны длительные сеансы связи, при которых соединение поддерживается даже когда в этом нет необходимости. Это значит, что ОВЕХ может использоваться для выполнения сложных задач, таких как передача баз данных и синхрониРис. 2.58. Обычный сценарий обнаружения услуг, в котором компьютер посылает запросы услуг
различным удаленным устройствам. Компьютер получит назад ответы на запросы услуг от SDP
сервера одного или нескольких устройств
Протокол SDP поддерживает запросы следующих услуг:
• Поиск по классу услуги
• Поиск атрибутов услуг
• Просмотр услуг
Первые два типа запросов используются при поиске определенных услуг и
предоставлении пользователю ответов на следующие вопросы: «Доступна ли услуга X?» или «доступна ли услуга X с характеристиками 1 и 2?» Просмотр услуг
используется для поиска общих услуг и предоставляет пользователю ответы на
следующие вопросы: «Какие услуги доступны?» или «Какие услуги типа X доступны?» При совершении какого либо из этих запросов услуг необходимо, чтобы устройства сначала были обнаружены, чтобы была установлена линия связи,
и только потом запрашиваются услуги, которые поддерживаются этими устройствами.
Рис. 2.59. Протоколы и объекты, используемые в профиле общего обмена объектами
зация. Он спроектирован для обеспечения межплатформенного взаимодействия.
Протокол ОВЕХ компактный, гибкий, открытый (наращиваемый), минимизирует
нехватку ресурсов небольших устройств.
Профили для моделей использования
Далее описаны профили, имеющие модели использования. Специальная рабочая
группа Bluetooth SIG определила различные модели использования, каждая из которых поддерживается определенным профилем, который определяет протоколы и
функции, необходимые для реализации каждой модели использования.
2.4.5. Профиль внутренней связи
Профиль внутренней связи (InterCom Profile — ICP) поддерживает модели использования, которые требуют прямой линии связи для передачи речи между
устройствами Bluetooth, например, сотовыми телефонами. Даже при прямом
;оединении телефонов (phone-to-phone) с использованием только беспровод-*ой
технологи Bluetooth, линия связи должна быть установлена с использовасигнализации, основанной на телефонии. Используемый голосовой кодек
быть как импульсно-кодовой модуляцией (РСМ), так и дельта-модуля-щей с
переменной крутизной (CVSD). Согласование качества услуг (QoS) необязательно.
Рис. 2.61. Блок-схема модели профиля внутренней связи
'ис. 2.60. Профиль внутренней связи зависит от профиля общего доступа
На рис. 2.60 показана зависимость профиля внутренней связи от профиля обще-о
доступа. В модели профиля внутренней связи, интерфейсы, помеченные на
не. 2.61 буквами А, В и С, используются для следующих целей:
Элемент управления вызовом (СС) использует интерфейс А для управления
синхронизацией речи и для соединения и разъединения речевых каналов. Интер фейс В доставляет сообщения TCS на L2CAP канал, ориентированный на соединение (point-to-point). Интерфейс С используется элементом СС непосредственно для
управления администратором связи с целью установления и разъединения SCO
линий связи. Он также непосредственно управляет элементами LC/Baseband для
введения режимов запроса, вызова, ожидания запроса и ожидания вызова.
На рис. 2.62 изображена типичная конфигурация устройств, которые используют
профиль внутренней связи. Так как модель использования внутренней связи
полностью симметрична, в ней нет определенных ролей для каждого устройства.
Устройства, поддерживающие профиль внутренней связи, как правило, относятся
к терминалам (Terminal TL).
Сотовый телефон
Сотовый телефон
Рис. 2.62. Конфигурация системы двух устройств, использующих профиль внутренней связи
Когда терминал осуществляет вызов другого терминала по внутренней связи
(intercom call) имеют место несколько взаимодействий. Если инициатор вызова по
внутренней связи не имеет Bluetooth-адреса получателя, он должен получить его,
используя процедуру обнаружения устройства, которая описана в профиле GAP.
Профиль внутренней связи не подразумевает определенного режима защиты, поэтому для создания защищенного соединения могут быть выполнены процедуры
аутентификации и кодирования, определенные в профиле общего доступа.
Линия и канал связи устанавливаются инициатором также согласно профилю
общего доступа. Когда вызов по внутренней связи установлен, может осуществляться двусторонняя связь между пользователями терминалов, например для передачи речи.
Рис. 2.63. Зависимость профиля беспроводной телефонии от профиля общего доступа
ким образом, интерфейс В используется для доставки всех сообщений TCS, которые посылаются по SCO L2CAP каналу point-to-point. Интерфейс D используется
элементом СС для непосредственного управления администратором связи (LM) с
2.4.6. Профиль беспроводной телефонии
Профиль беспроводной телефонии (Cordless Telephony Profile — СТР) определяет
процедуры и функции, связанные с установлением вызова через базовую станцию
и созданием прямых внутренних вызовов между двумя терминалами. Он также может использоваться для доступа к дополнительным службам, предоставленным
внешней коммутируемой телефонной сетью общего пользования. Этот режим работы позволяет сотовым телефонам использовать беспроводную технологию
Bluetooth как однонаправленный канал передачи данных ближнего действия для
доступа к службам PSTN через базовую станцию беспроводного телефона, который
относится к устройствам, которые могут работать как «шлюз» к PSTN.
Для выполнения этих функций профиль беспроводной телефонии использует
протокол Baseband, протокол управления связью, L2CAP, протокол обнаружения
услуг и протокол управления телефонией. Как видно из рис. 2.63, профиль беспроводной телефонии зависит от профиля общего доступа.
В профиле беспроводной телефонии, интерфейсы, обозначенные на рис. 2.61
буквами A-G, используются для следующих целей:
Как и в профиле внутренней связи, элемент управления вызовом (СС) использует интерфейс А для управления синхронизацией речи, для соединения и разъе динения внутренних речевых каналов. Интерфейс В используется шлюзом для отправления, а терминалом — для приема широковещательных сообщений TCS. Та-
Рис. 2.64. Типичная конфигурация системы шлюза и терминальных устройств по профилю
беспроводной телефонии
целью установления и разъединения SCO линий связи. Интерфейс Е используется
процедурами группового управления для управления функциями LM в процессе
инициализации и для основных целей обработки. В профиле беспроводной теле фонии интерфейс F не используется. Интерфейс G используется процедурами
группового управления для непосредственного управления LC/Baseband с целью
введения режимов запроса, вызова, ожидания запроса и ожидания вызова.
2.4.7. Профиль гарнитуры
Профиль гарнитуры (Headset Profile HP) определяет протоколы и процедуры для
модели использования, называемой «головной телефон», или «гарнитура». Эта модель использования может быть реализована такими устройствами, как сотовые телефоны и персональные компьютеры (рис. 2.67). Гарнитура может работать как аудио интерфейс ввода/вывода устройства, который обеспечивает свободу передвижения пользователя при поддержании конфиденциальности вызова. Гарнитура может посылать АТ-команды и получать ответ. Это позволяет владельцу гарнитуры
отвечать на входящие вызовы и завершать их без физического манипулирования
телефонной трубкой.
На рис. 2.65 показана зависимость профиля гарнитуры от профиля последовательного порта и профиля общего доступа. На рис. 2.66 показаны протоколы и объекты, которые используются в профиле гарнитуры. Baseband соответствует физическому уровню модели взаимодействия открытых систем (Open System
Interconnection OSI), a LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (Global
Аудио шлюз
Гарнитура
Рис. 2.66. Протоколы и объекты, используемые в профиле гарнитуры
System for Mobile communications GSM) TS 07.10 в технических требованиях
Bluetooth для эмуляции последовательного порта, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. Для всех этих протоколов/объектов, профиль последовательного порта является основным стандартом; при этом выполняются все требования, определенные профилем последовательного порта, кроме тех, где профиль
гарнитуры явно определяет отклонения.
Объект «управление гарнитурой» (рис. 2.66) отвечает за передачу сигналов управления гарнитурой, и основан на АТ-командах. В этом профиле предполагается,
что объект «управление гарнитурой» имеет доступ к некоторым процедурам ниж-
Рис. 2.65. Профиль гарнитуры зависит и от профиля последовательного порта и от профиля
общего доступа
Рис. 2.67. Модель использования профиля гарнитуры
них уровней, таким как установление SCO линии связи. Уровень эмуляции аудио
порта является объектом, который эмулирует аудио порт на сотовом телефоне и
персональном компьютере, а аудио драйвер является программным драйвером в
гарнитуре.
Устройства, определенные профилем гарнитуры могут выполнять две функции:
аудио шлюз и гарнитура. Аудио шлюз (Audio Gateway AG) является аудио шлюзом
для ввода и вывода. Типичными устройствами, работающими как аудио шлюзы,
являются сотовые телефоны и персональные компьютеры. Гарнитура работает как
механизм удаленного ввода/вывода аудио-шлюза. Профиль гарнитуры требует,
чтобы оба устройства поддерживали SCO линии связи.
2.4.8. Профиль коммутируемого выхода в сеть
Профиль коммутируемого выхода в сеть (Dial-Up Networking Profile DUNP) определяет протоколы и процедуры, используемые устройствами, такие как модемы и
сотовые телефоны, для реализации моделей использования «мост в Интернет»
(рис. 2.68). Среди возможных сценариев для этой модели — использование сотового телефона в качестве беспроводного модема для соединения компьютера с сервером коммутируемого доступа в Интернет, или использование сотового телефона
или модема компьютером для приема данных.
Рис. 2.69. Профиль коммутируемого выхода в сеть зависит от профиля последовательного порта
и профиля общего доступа
равление являются командами и процедурами, которые используются для автоматической коммутации и управления по асинхронной последовательной линии связи, предоставленной нижними уровнями.
Интернет
Рис. 2.68. Модель использования профиля коммутируемого выхода в сеть, которая называется
«мост в Интернет»
На рис. 2.69 изображена зависимость профиля коммутируемого выхода в сеть от
профиля последовательного порта и профиля общего доступа. На рис. 2.70 изображены протоколы и объекты, использующиеся в профиле коммутируемого выхода в
сеть. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требованиях
Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. Коммутация и уп-
Рис.2.70. Протоколы и объекты, используемые в профиле коммутируемого выхода в сеть
Уровень эмуляции модема — это объект, эмулирующий модем, а драйвер модема — это программный драйвер в информационном терминале. Для всех этих протоколов/объектов, профиль последовательного порта является основным стандартом; при этом выполняются все требования, определенные в профиле последовательного порта, кроме тех, где профиль коммутируемого выхода в сеть явно определяет отклонения. Этот профиль подразумевает, что прикладной уровень имеет
доступ к некоторым процедурам нижних уровней, таким как установление SCO
линии связи.
В профиле коммутируемого выхода в сеть для устройств определены две функции: шлюз и информационный терминал. Шлюзом (Gateway — GW) является устройство, которое обеспечивает доступ к сети общего пользования. Типичными устройствами, которые могут работать как шлюз, являются сотовые телефоны и модемы. Информационный терминал (Data Terminal — DT) — это устройство, которое
использует dial-up-услуги (услуги коммутации) шлюза. Типичными устройствами,
которые работают как информационные терминалы, являются настольные ПК, ноутбуки и PDA.
2.4.9. Профиль факса
Профиль факса определяет протоколы и процедуры, необходимые для реализации
модели использования, которая называется «точки доступа к данным, глобальные
сети (Wide Area Network WAN)». Сотовый телефон или модем, использующий
беспроводную технологию Bluetooth, может использоваться компьютером в каче-
Рис. 2.71. Профиль факса зависит от профиля последовательного порта и профиля общего
Доступа
Рис. 2.72. Протоколы и объекты, использующиеся в профиле факса
стве беспроводного факс-модема для отправления и приема факсимильных сообщений. Как показано на рис. 2.71, профиль факса зависит от профиля последова тельного порта и профиля общего доступа.
На рис. 2.72 показаны протоколы и объекты, которые используются в профиле
факса. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, a LMP и L2CAP
соответствуют канальному уровню. RFCOMM является адаптацией глобальной
системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требованиях Bluetooth, a
SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. Для всех этих протоколов/объектов, профиль последовательного порта является основным стандартом; при этом
выполняются все требования, определенные в профиле последовательного порта,
кроме тех, где профиль факса явно определяет отклонения.
Уровни коммутации и управления определяют команды и процедуры для автоматической коммутации и управления асинхронной последовательной линией связи, предоставленной нижними уровнями. Уровень эмуляции модема является объектом, ответственным за эмуляцию модема, а драйвер модема является программным драйвером в информационном терминале. Этот профиль подразумевает, что
прикладной уровень имеет доступ к некоторым процедурам нижних уровней, таким как установление SCO линии связи.
Две функции, определенные для устройств в профиле факса, такие же как и в
профиле коммутируемого выхода в сеть. Шлюзом является устройство, которое
предоставляет услуги факсимильной связи. Типичными устройствами, которые
могут работать как шлюзы, являются сотовые телефоны и модемы. Информационный терминал — это устройство, которое использует услуги факсимильной связи
шлюза. Типичными устройствами, которые работают как информационные терминалы являются ноутбуки, PDA и настольные ПК.
Рис. 2.74. Профиль доступа к локальной сети зависит от профиля последовательного порта и
профиля общего доступа
2.4.10. Профиль доступа к локальной сети
Профиль доступа к локальной сети определяет процедуры, с помощью которых устройства Bluetooth могут получать доступ к услугам LAN, используя протокол
point-to-point «поверх» RFCOMM, а также использовать одинаковые РРР-механизмы для объединения в сеть двух устройств Bluetooth. В этой модели многочисленные информационные терминалы используют точку доступа к LAN (LAN
Access Point — LAP) для беспроводного подключения к локальной сети. Подключившись, информационные терминалы работают так, как если бы они были подключены к локальной сети через коммутируемый выход в сеть и могут получать
доступ ко всем услугам, предоставленным локальной сетью.
Протокол point-to-point является стандартом проблемной группы проектирования Интернета (IETF), который широко используется как средство доступа к сети.
Он предоставляет протоколы аутентификации, кодирования и сжатия данных. Хотя протокол point-to-point поддерживает различные сетевые протоколы (например,
IP, IPX и другие), профиль доступа к локальной сети не требует использования какого-либо определенного протокола. Профиль доступа к локальной сети определяет, как протокол point-to-point используется для доступа к локальной сети для одного устройства Bluetooth, доступа к локальной сети для многочисленных устройств Bluetooth и беспроводной связи компьютеров через эмуляцию последовательного кабеля.
Рис. 2.75. Протоколы и объекты, используемые в профиле доступа к локальной сети
Как показано на рис. 2.74, профиль доступа к локальной сети зависит и от профиля последовательного порта и от профиля общего доступа.
На рис. 2.75 изображены протоколы и объекты, использующиеся в профиле доступа к локальной сети. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI,
a LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является
адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических
требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. В
этом профиле определен объект управления (Management Entity — ME), который
координирует процедуры в процессе инициализации, конфигурирования и управления соединением. Организация сети по протоколу point-to-point позволяет отдавать/забирать IP пакеты в/из РРР уровня и выдавать их в локальную сеть. Необходимый для этого механизм не определен в профиле доступа к локальной сети, но
такую функцию имеет сервер удаленного доступа (Remote Access Server — RAS).
В профиле доступа к локальной сети для устройств определены две функции:
точка доступа к локальной сети и информационный терминал. Точка доступа к локальной сети предоставляет доступ к таким сетям как Ethernet4, Token Ring5 и Fibre
Channel6. Точка доступа к локальной сети предоставляет услуги РРР сервера. Соединение point-to-point происходит «поверх» протокола RFCOMM, который используется для транспортировки РРР пакетов и управления РРР потоком данных. Информационный терминал является устройством, которое использует услуги
точки доступа к локальной сети. Типичными устройствами, которые могут работать как информационные терминалы, являются портативные компьютеры, ноутбуки, настольные персональные компьютеры и PDA. Информационный терминал
является РРР клиентом. Он устанавливает РРР соединение с точкой доступа к ло-
кальной сети с целью получения доступа к LAN. Этот профиль предполагает, что и
точка доступа к LAN и информационный терминал оснащены беспроводной технологией Bluetooth.
2.4.11- Профиль передачи файлов
Профиль передачи файлов поддерживает передачу информационных объектов
(data objects) от одного устройства Bluetooth к другому. К этим устройствам обычно относятся персональные компьютеры, смарт-телефоны или PDA. Типы информационных объектов обычно включают *.exl (файлы Microsoft Excel), *.ppt (файлы
PowerPoint), *.wav (аудио файлы), *.jpg, *.gif (файлы изображения) и *.doc (файлы
Microsoft Word). Модель использования «передача файлов» также дает возможность просматривать содержимое папок, которые находятся на удаленном устройстве. Возможно создание новых папок и удаление старых. Между устройствами
могут передаваться целые папки и директории.
Как показано на рис. 2.77, профиль передачи файлов зависит и от профиля последовательного порта и профиля общего доступа, но он использует профиль общего обмена объектами как основной профиль для взаимодействия приложений.
На рис. 2.78 изображены протоколы и объекты, используемые в профиле передачи файлов. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, a LMP и
L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. OBEX яв-
Рис. 2.76. Модель использования профиля доступа к LAN
Ethernet — стандарт организации локальных сетей, описанный в спецификациях IEEE и других
организаций; наиболее популярная реализация Ethernet — локальная сеть lOBaseT и 100BaseT.
3
Token Ring — (маркерное кольцо) спецификация локальной сети кольцевой топологии, в которой кадр управления (supervisory frame) называемый также маркером (token) последовательно
передается от станции к соседней; станция, которая хочет получить доступ к среде передачи,
должна ждать получения кадра, и только после этого может начать передачу данных.
Fibre Channel — волоконнно-оптический канал (стандарт, интерфейс и архитектура рассредоточенного хранения данных с использованием высокоскоростных оптических каналов).
4
Рис. 2.77. Профиль передачи файлов зависит от профиля последовательного порта и профиля
общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной профиль
ляется Bluetooth-адаптацией протокола инфракрасного объектного обмена, стандартизованного Ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA).
В профиле передачи файлов для устройств определены две функции: клиент и
сервер. Устройство-клиент инициирует отправку объектов на сервер и получение
объектов от сервера (т.е. выполняет операции Push и Pull). Устройство-сервер является удаленным устройством, которое представляет собой сервер объектного обмена и дает возможность просмотра папок, используя ОВЕХ-формат записи папок.
Сервер поддерживает папки и файлы, предназначенные только для чтения (readonly), что позволяет ограничивать удаление и создание папок и файлов.
Рис. 2.79. Модель использования профиля передачи файлом
Клиент
Сервер
Рис. 2.78. Протоколы и объекты, используемые в профиле передачи файлов
Профиль поддерживает аутентификацию и кодирование на канальном уровне, а
также аутентификацию ОВЕХ. Профиль передачи файлов не гарантирует того, что
сервер или клиент введут режим «поддающийся обнаружению» или «готов к соединению» автоматически, даже если они способны сделать это. Для начала передачи файла на стороне клиента обычно требуется вмешательство конечного пользователя.
2.4.12. Профиль помещения объекта в стек
Профиль помещения объекта в стек (Object Push Profile OPP) определяет реализацию модели использования помещения объекта в стек между устройствами
Bluetooth. Профиль использует GOEP для взаимодействия протоколов, необходимых для приложений. К самым распространенным устройствам, которые используют модель использования помещения объекта в стек, относятся ноутбуки, PDA и
мобильные телефоны.
Рис. 2.80. Профиль помещения объекта в стек зависит от профиля последовательного порта
и профиля общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной
профиль
Профиль помещения объекта в стек позволяет устройству Bluetooth помещать
объект в папку «Входящие» другого устройства Bluetooth. Объект может быть визитной карточкой или текстовым сообщением. Устройство может также принять
объект от другого устройства Bluetooth. Два устройства Bluetooth могут обмениваться объектами друг с другом.
Как показано на рис. 2.80, профиль помещения объекта в стек зависит и от профиля последовательного порта и от профиля общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной профиль для взаимодействия протоколов, необходимых для приложений.
На рис. 2.81 изображены протоколы и объекты, используемые профилем помещения объекта в стек. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, а
LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является
адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических
требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. OBEX
является адаптацией протокола инфракрасного объектного обмена, стандартизованного Ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA).
Рис. 2.82. Профиль синхронизации зависит и от профиля последовательного порта и от профиля
общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной профиль
Push-клиент
Push-сервер
Рис. 2.81. Протоколы и объекты, используемые в профиле помещения объекта в стек
В профиле помещения объекта в стек для устройств определены две функции:
РшЬсервер и Риэпклиент. Pushcepeep является устройством, которое предоставляет сервер обмена объектами. РивИклиент является клиент-устройством, которое
помещает объекты на PushcepBep и получает их от него.
В этом профиле требуется поддержка аутентификации и кодирования на ка нальном уровне. Аутентификация ОВЕХ не используется. Профиль помещения
объекта в стек не гарантирует того, что сервер или клиент введут режим «поддающийся обнаружению» или «готов к соединению» автоматически, даже если они
способны сделать это. На стороне РизЬклиента для начала помещения объекта всегда требуется вмешательство конечного пользователя.
2.4.13. Профиль синхронизации
Профиль синхронизации определяет протоколы и процедуры, используемые приложениями, которые выполняют модель использования «синхронизация». К самым
распространенным устройствам, выполняющим эту модель использования, относятся ноутбуки, PDA, мобильные телефоны. Эта модель обеспечивает синхрониза-
Рис. 2.83. Протоколы и объекты, используемые в профиле синхронизации
цию данных между устройствами. Обычно это телефонные и календарные данные,
сообщения и другая информация, предназначенная для передачи и обработки устройствами, которые используют общий протокол и формат. Эта модель также включает автоматическую синхронизацию данных между компьютером и мобильным телефоном или PDA, когда эти устройства попадают в зону действия компьютера.
Раздел 3
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
Рис. 2.84. Модель использования профиля синхронизации
На рис. 2.82 показано, что профиль синхронизации зависит и от профиля последовательного порта, и от профиля общего доступа, но использует профиль общего
обмена объектами как основной профиль для взаимодействия протоколов, необходимых для приложений.
На рис. 2.83 представлены протоколы и объекты, используемые в профиле синхронизации. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, a LMP и
L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. Протокол
ОВЕХ является адаптацией протокола инфракрасного объектного обмена, стандартизованного Ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA).
В профиле синхронизации для устройств определены две функции: IrMC-клиент и IrMC-сервер. Устройство IrMC-клиент содержит механизм синхронизации, а
также помещения данных на IrMC сервер и получения их от него. Обычно, устройство IrMC-клиент является настольным или портативным компьютером. Однако, в
связи с тем, что устройство IrMC-клиент должно также обеспечивать прием команд инициализации для начала синхронизации, оно также может временно работать как сервер. Устройство IrMC-сервер представляет собой сервер обмена объектами. Обычно, это устройство является мобильным телефоном или PDA. Если устройство IrMC-сервер позволяет начинать процесс синхронизации, оно также временно работает как клиент.
В профиле синхронизации и IrMC-клиент, и IrMC-сервер могут инициировать установление линии и канала связи, потому что они могут временно выполнять функции либо клиента, либо сервера, и таким образом, создавать физическую линию связи между собой. Профиль синхронизации не гарантирует того, что сервер или клиент
введут режим «поддающийся обнаружению» или «готов к соединению» автоматически, даже если они способны сделать это. Это значит, что для начала синхронизации
может понадобиться вмешательство конечных пользователей обоих устройств.
3.1. Обзор технологии и архитектуры построения Bluetooth
систем
Технология Bluetooth задумывалась как технология, замещающая кабельное соединение всевозможных устройств передачи данных и голоса. По существу, она является аналогией технологии беспроводных локальных сетей (WLAN). Ключевыми особенностями, учитываемыми при разработке технологии Bluetooth, являются
[20]:
• надежность;
• невысокая сложность реализации;
• низкое потребление;
• низкая цена;
• работа в условиях помеховой обстановки.
Широкое применение этой технологии связи и перечисленные выше особенности накладывают отпечаток при практической реализации устройств.
Спецификацией предусматривается, что для построения Bluetooth-системы необходимы:
• антенна;
• приемопередатчик;
• baseband-контроллер (контроллер связи) и микроконтроллер (MCU) для ис
полнения программного обеспечения LC;
• управляющее устройство.
На рис. 3.1 представлена структура устройства Bluetooth.На данный момент существует несколько вариантов построения Bluetooth-чипов: некоторые производители предлагают либо только Bluetooth baseband-микросхемы (в большинстве своем включающие микроконтроллер), либо только приемопередатчики. Другие производители предлагают частично или полностью интегрированное в один чип решение, которое включает baseband-контроллер, приемопередатчик, микроконтроллер и внешнюю или интегрированную flash-память. Обзор модулей Bluetooth от
различных фирм изготовителей приведен в разделе 3.5.
Следует отметить, что при разработке аппаратного решения Bluetooth-системы,
т.е. микросхемы или набора микросхем, включающих какое-либо микроконтрол-
лерное ядро, необходима полноценная разработка программного обеспечения для
этого ядра, либо применение распространенного микроконтроллерного ядра с возможностью использования программного обеспечения, реализующего стек
Bluetooth, от третьих фирм (чаще всего стек протоколов Bluetooth написан на
ANSI и Java языках, и, поэтому, является платформонезависимым). Существуют
также решения, при которых функции baseband-контроллера и верхних уровней
реализуются полностью программным способом на специализированном микропроцессоре.
Также следует отметить, что на аппаратном уровне, т.е. на уровне chipset'oB, разделения на базовое/клиентское оборудование не существует. Построение архитектуры
база/клиент осуществляется на более высоких уровнях программного обеспечения и
реализуется, как было показано в разделе 2, через соответствующий «профиль».
Стек протоколов Bluetooth и их взаимодействие приведены на рис. 2.2 (раздел 2).
Все протоколы условно можно разделить на группы, приведенные в таблице 3.1
[15J.
Ключевыми являются уровни Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP.
Уровень Bluetooth Radio является самым нижним. Он определяет требования к
приемопередатчику, которые подробно рассмотрены в разделе 2.
Baseband уровень является физическим уровнем технологии Bluetooth. Он управляет физическими каналами и соединениями, выполняет коррекцию ошибок,
скремблирование, выбор частоты передачи и приема (формирование последовательности перестройки частоты), шифрование. Baseband-уровень расположен над
уровнем Bluetooth Radio в стеке Bluetooth. Baseband-протокол реализуется как
контроллер связи, который взаимодействует с протоколом LMP для инициализации канала передачи данных и управления мощностью. Baseband-уровень также
управляет синхронными и асинхронными соединениями, выполняет процедуру поиска устройств Bluetooth в радиусе действия и вхождения с ними в связь.
Схема построения Bluetooth-устройства приведена на рис. 3.1 [15].
Рис. 3.1. Различные функциональные блоки Bluetooth-устройства
физический канал представляет собой псевдослучайную последовательность
перестройки частоты по 79 или 23 радиоканалам, шириной 1 МГц. Последовательность перестройки частоты уникальна для каждой пикосети и определяется адресом и часами мастера. Мастер — это выделенное устройство в пикосети,), которое
управляет трафиком. Остальные устройства являются подчиненными. Временные
слоты нумеруются в соответствии с внутренним счетчиком мастера, образующего
пикосеть.
Мастер и подчиненные устройства передают поочередно. Мастер должен начать
передачу и потом передавать только в четных слотах (начиная с нулевого), а подчиненные устройства только в нечетных.
Таблица 3.1
Группа протоколов
Протоколы в стеке
Корневые протоколы
Протокол замены кабеля
Протокол управления телефонией
Заимствованные протоколы
Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP
RFCOMM
TCS Binary, АТ-команды
PPP, UDP/TCP/IP, OBEX, WAP, vCard, vCal, IrMC, WAE
Модуль Bluetooth применяет схему дуплексной передачи с временным разделением. Временное окно (слот) составляет 625 мксек. Обмен информацией между
устройствами происходит посредством пакетов. Каждый пакет передается на своей
частоте и может занимать 1, 3 или 5 временных слотов. Два и более (до 7) уст ройств образуют пикосеть, в которой все устройства синхронно изменяют частоту
передачи и приема.
Рис. 3.2. Реализация нижних уровней протокола Bluetooth
Спецификацией определен интерфейс хост-контроллера (HCI), который осуществляется посредством USB, RS-232, UART (и других) протоколов передачи
данных, между хост-процессором, на котором программно реализуются верхние
уровни протокола Bluetooth, и аппаратным модулем (устройством, платой, чипом),
на котором программно-аппаратным способом реализуются нижние уровни протокола Bluetooth (рис. 3.2).
Программно-аппаратное обеспечение HCI реализует HCI-команды для
Bluetooth устройства посредством baseband-команд, LM-команд, регистров состояния, контрольных регистров и регистров событий.
3.2. Архитектура аппаратного модуля
Аппаратный модуль Bluetooth (рис.3.3) состоит из аналоговой части — Bluetooth
Radio, и цифровой части — хост-контроллера. Хост-контроллер содержит аппаратный блок цифровой обработки — baseband-контроллер (который еще называется
контроллером связи), процессорное ядро (CPU) и интерфейс передачи данных.
Рис. 3.3. Аппаратная архитектура Bluetooth
Верхние уровни Bluetooth
Протокол L2CAP реализует передачу и преобразование данных от верхних уровней к baseband-уровню. Информационная часть пакетов формируется только из
данных, передаваемых от уровня L2CAP. Уровень L2CAP определен только для
ACL-связи.
Протокол обнаружения услуг предназначен для поиска определенного класса
устройств, предоставляющих какую-либо услугу.
Протокол RFCOMM является эмулятором последовательного порта и основан
на спецификации ETSI 07.10. Он эмулирует сигналы RS-232 через baseband-уровень Bluetooth для предоставления услуги последовательного порта стандартным
протоколам передачи данных.
Протоколы TCS Binary и АТ-команды предназначены для использования в устройствах передачи голосовых данных и данных, передаваемых по голосовому каналу (факс, модем). Протокол TCS Binary основан на рекомендации ITU-T Q.931
(применительно к симметричному каналу, Annex D в рекомендации Q.931). АТ-команды основаны на рекомендации V.250 ITU-T и рекомендации ETSI 300 916
(GSM 07.07).
3.3. Особенности построения модулей Bluetooth
Как было сказано выше, современные решения построения чипов или набора микросхем для Bluetooth подразделяются на два вида: радио и baseband интегрированы
на одном кристалле, или в виде двух микросхем (радио и baseband на разных кристаллах). Радиочипы для системы Bluetooth фирмы-разработчики проектируют, исходя из дешевизны, малого потребления и малых габаритов микросхемы.
Для приемника очень популярной является архитектура построения квадратурного смесителя с квазинулевой промежуточной частотой (1—3 МГц) или с нулевой
промежуточной частотой. Это позволяет избежать применения внешних керамических фильтров как на входе приемника, так и при фильтрации соседнего канала на
промежуточной частоте. После квадратурных перемножителей производится
фильтрация сигнала (в цифровом или аналоговом виде) и его демодуляция. Архитектура с нулевой ПЧ требует применения более линейных квадратурных перемножителей и схем компенсации смещения постоянной составляющей, что увеличивает потребляемый ток. Архитектура с квазинулевой ПЧ лишена данных недостатков, но в тоже время имеет свои ограничения [21].
В передатчике используют архитектуру нескольких видов:
• модуляция проводится на несущей частоте при использовании двух квадра
турных перемножителей после цифрового формирования модулирующего инфор
мационного сигнала;
• модуляция проводится подачей информационного сигнала после гауссовского
фильтра (аналогового или цифрового) на генератор управляемый напряжением
(ГУН) петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
Baseband чипы, как правило строятся на ARM-иодобных процессорных ядрах,
взаимодействующих с периферийными интерфейсами посредством подсоединения
к внутренней системной шине.
Цель построения Bluetooth систем, определяемая рабочей группой Bluetooth
SIG, — цена полностью интегрированного решения должна быть менее $5 [19]'.
3.4. Элементная база Bluetooth™ (v1.1) фирмы Ericsson
Краткие характеристики спецификации Bluetooth vl.l:
• Технология Bluetooth применяется для замены кабелей, организации беспро
водных персональных сетей (WPAN), построения ретрансляторов для голосовых и
информационных каналов;
• Bluetooth устройства работают в нелицензируемом ISM (2.4 — 2.5 ГГц) диапа
зоне частот (рабочие каналы = 2.402 — 2.480 ГГц);
• Количество каналов = 79;
• Ширина канала = 1 МГц;
• Рабочая частота в каждом из 79 каналов задается по методу FHSS TDD;
• Длительность временного слота = 625 мксек;
• Битовая скорость в канале = 1 Мбит/сек;
• Два режима работы в пикосети мастер-устройство и подчиненное устройство;
• Возможность организации рассредоточенной сети scatternet (работа устройст
ва в нескольких пикосетях);
• Наличие асинхронных (ACL)- для передачи данных, и синхронных (SCO)для передачи голоса, каналов;
• 1, 3, 5-ти слотовые пакеты;
• Поддержка энергосберегающих режимов работы: SNIFF, PARK, HOLD;
• Разделение устройств по излучаемой мощности на три класса:
• класс 1 - от 1 мВт (0 дБм) до 100 мВт (20 дБм),
• класс 2 - от 0,25 мВт (-6 дБм) до 2,5 мВт (4 дБм),
• класс 3 — до 1 мВт (0 дБм).
3.4.1. Модуль Bluetooth ROK 101 007
Рис. 3.4. Внешний вид модуля Bluetooth ROK 101 007
Модуль Bluetooth ROK 101 007 (рис. 3.4) предназначен для встраивания беспроводного интерфейса связи Bluetooth в различные электронные устройства [22].
Модуль состоит из 3-х основных составляющих - микросхемы baseband-контроллера, микросхемы Flash памяти и микросхемы приемопередатчика (аналогичной
микросхеме в радиомодуле Ericsson РВА 313 01/3). Блок схема модуля представлена на рис.3.5. ROK 101 007 работает в безлицензионном ISM диапазоне частот 2.42.5 ГГц и поддерживает передачу данных и голоса. Соединение модуля с устройством, в которое он встраивается, осуществляется посредством USB v2.0 или
UART/PCM интерфейсов. При подключении модуля к компьютеру через USB интерфейс, модуль подключается как USB ведомое устройство и, поэтому, не требует
ресурсов компьютера. ROK 101 007 сертифицирован в соответствии со специфика-
Рис. 3.5. Блок схема модуля Bluetooth ROK 101 007
цией Bluetooth vl.l с выходной мощностью передатчика равной 0 дБм (класс 2).
Модуль поддерживает все приложения спецификации Bluetooth. Ключевые
особенности модуля:
• Bluetooth vl.l сертифицирован;
• Организация связей с 7-ю подчиненными устройствами в пикосети по типу
точка — многоточка;
• Выходная мощность передатчика 0 дБм (класс 2);
• Соответствие нормам FCC и ETSI;
• Наличие дополнительных интерфейсов для разных приложений;
• UART только для данных (HCI логический интерфейс);
• РСМ только для голоса;
• USB для голоса и данных (HCI логический интерфейс);
• I2C интерфейс для управления внешними I2C устройствами;
• Внутренний кварцевый резонатор;
• HCI логический интерфейс (USB и UART интерфейсы).
Области применения:
• Компьютеры и периферия;
• Портативные устройства и аксессуары;
• Беспроводные точки доступа.
Основные характеристики модуля:
• Напряжение питания = 3.3 В;
• Частота кварцевого генератора =13 МГц;
Антенный выход:
• Выходное сопротивление - 50 Ом;
Передатчик:
• Выходная мощность = -6 -н+4 дБм;
• Внеполосное излучение соответствует спецификации Bluetooth vl.l;
Приемник (BER < 0.1%):
• Чувствительность = -77 дБм;
• Максимальный уровень входного сигнала = 13 дБм;
• Внеполосное излучение:
30 МГц - 1 ГГц = -74 дБм;
1 ГГц - 12.75 ГГц = -60 дБм;
• Избирательность в соответствии со спецификацией Bluetooth vl.l:
30-1910 МГц = +13 дБм;
1910-2000 МГц =+9 дБм;
2000—2399 МГц = -27 дБм (минимальное значение);
2484-3000 МГц = -14 дБм; 3000-12750 МГц = -5 дБм;
Baseband-контроллер:
• Процессор - ARM7 TDMI™;
• Аппаратное Ericsson baseband ядро (ЕВС — Ericsson Bluetooth Core);
Программное обеспечение модуля:
• LC;
• LM;
• LMP;
• HCI;
• Поддержка 3-х и 5-ти слотовых пакетов;
• Поддержка РСМ u-закона, РСМ А-закона и CVSD голосового кодирования;
Внешние интерфейсы модуля:
• UART (стандарт 16С550);
• USB v2.0 (полноскоростной режим — 12 Мбит/сек; поддержка Wake_Up и
Detach сигналов);
• РСМ (поддержка линейного закона, ц-закона, А-закона);
• 12С (управление интерфейсом через выделенные HCI команды).
3.4.2. Радио модуль РВА 313 02
Рис. 3.7. Архитектура радио модуля РВА 313 01/3
Рис. 3.6. Внешний вид радио модуля РВА 313 01/3
СВЧ приемопередатчик РВА 313 02 (рис.3.6) предназначен для реализации физического уровня Bluetooth интерфейса в ISM диапазоне 2.4-2.5 ГГц. Применяется технология скачкообразной перестройки частоты (1600 скачков/сек) по 79 рабочим каналам (от 2.402 до 2.480 ГГц) с битовой скоростью 1 Мбит/сек, что соответствует максимально допустимой ширине канала в ISM диапазоне. Используется
частотная манипуляция с фильтрацией модулирующего сигнала фильтром с гауссовской характеристикой - GFSK. Модуль РВА 313 02 построен на основе специализированной микросхемы (ASIC) приемопередатчика, выполненной по технологии BiCMOS. Антенный фильтр, приемный и передающий симметрирующие
трансформаторы, переключатель и усилитель мощности интегрированы в радио
модуль. Крепление модуля на поверхность платы осуществляется шариковыми выводами. Архитектура радио модуля представлена на рис. 3.7.
Ключевые особенности модуля:
• Bluetooth v 1.1 сертифицирован;
• Выходная мощность передатчика 100 мВт;
• Для построения функционально полного устройства дополнительно требует:
* Антенну;
* Резонатор 10—20 МГц или источник опорного синхросигнала 10—20 МГц;
• Baseband-контроллер;
• Миниатюрный LGA-корпус 11.8 х 11.8 х 1.6 мм;
• Не требует внешнего экранирования;
Области применения:
• Точки доступа;
• Компьютеры;
• Портативные устройства и аксессуары;
• Модемы;
Архитектурные особенности модуля:
• Техника модуляции при разомкнутой петле синтезатора;
• Малопотребляющий генератор 3.2 кГц для энергосберегающих режимов рабо
ты Bluetooth;
• Программная подстройка кварцевого генератора и генератора 3.2 кГц;
Основные характеристики модуля:
• Напряжение питания = 2.7 В;
• Потребляемый ток:
Режим передачи = 50 мА;
Режим приема = 60 мА;
Антенный выход:
• Выходное сопротивление = 50 Ом;
Передатчик:
• Девиация частоты = 140-175 кГц;
• Дрейф несущей частоты при передаче пакетов: 1 слот: ±25 кГц;
3 слота: ±40 кГц;
132
РАЗДЕЛ 3
5 слотов: ±40 кГц;
• Выходная мощность =+14 ++20 дБм;
• Внеполосное излучение соответствует спецификации Bluetooth vl.l;
Приемник (BER< 0.1%):
• Чувствительность = -86 дБм;
• Максимальный уровень входного сигнала = +14 дБм;
• Внеполосное излучение:
2300 МГц — 3000 ГГц = -27 дБм (максимальное значение);
• Избирательность (в соответствии со спецификацией Bluetooth vl.l):
30-880 МГц =+11 дБм
880-915 МГц =+11 дБм 9151710 МГц = +11 дБм 1710-1785
МГц =+11 дБм 1785-1850 МГц
=+11 дБм 1850-1980 МГц =+11
дБм 1980-2000 МГц =+11 дБм
2000-2100 МГц = 0 дБм 21002200 МГц = -10 дБм 2200-2300
МГц = -13 -27 дБм 2300-3000
МГц = -15 -27 дБм 3000-12750
МГц = -5 дБм Управляющий
интерфейс:
• Последовательный (на базе JTAG), настройка модуля производится через ре
гистры.
ПРАКТИЧЕСКАЯ НЬАЛИЗАЦИЯ
ром системы. Разнообразные стандартные внешние интерфейсы: USB, I2C, GPIO,
PCM, UART, позволяют успешно применять РВМ 990 90/2 в стационарных и мобильных устройствах. Блок схема Baseband контроллера РВМ 990 90/2 представлена на рис. 3.9.
В основе контроллера лежит принцип совмещения аппаратных и программных
средств, что позволяет создавать малогабаритные гибкие модульные системы для
реализации приложений Bluetooth.
ARM7TDMI RISC процессорное ядро вместе с относящимся к нему блоками
ОЗУ, ПЗУ, системным контроллером, модулем интерфейса с внешней шиной и
внешней Flash памятью формируют процессорную часть, которая управляет режимами работы контроллера и взаимодействием протоколов внутри Bluetooth стека.
Режим работы РВМ 990 90/2 задается программированием управляющих регистров. Имеется возможность выбора между необходимой производительностью, потребляемой мощностью и конфигурацией.
ЕВС (Bluetooth DSP-блок), является блоком аппаратной поддержки
ARM7TDMI RISC процессора. Здесь выполняются прямые и обратные задачи
формирования пакетов: помехоустойчивое кодирование, скремблирование, формирование проверочного CRC поля, криптошифрование данных. Реализованные в
блоке алгоритмы соответствуют спецификации Bluetooth vl.l.
3.4.3. Bluetooth Baseband контроллер РВМ 990 90/2
Рис. 3.8. Внешний вид Bluetooth Baseband контроллера РВМ 990 90/2
Baseband контроллер РВМ 990 90/2 (рис. 3.8) основан на модульной архитектуре
Ericsson Bluetooth Core (EBC) [22]. В качестве процессорного ядра применяется
встроенный ARM7 TDMI RISC микропроцессор, взаимодействующий с ЕВС и периферийными интерфейсами, подсоединенными к внутренней системной шине
АМВА™. Такая схема позволяет использовать контроллер как во встроенных приложениях, так и в системах, где приложение выполняется центральным процессоРис. З.9. Блок схема Bluetooth Baseband контроллера РВМ 990 90/2
Основные характеристики блока:
• Поддержка скорости передачи информации до 721 кбит/сек в ACL канале;
• Поддержка до трех одновременных голосовых SCO каналов;
• Аппаратная поддержка пакетов всех типов;
• Поддержка одного последовательного синхронного РСМ канала;
• Низкая потребляемая мощность;
• Поддержка режимов HOLD, SNIFF, PARK;
• Поддержка ключей криптозащиты размерностью до 128 разрядов;
• Высококачественная фильтрация голосовых пакетов;
• Различные способы кодирования голосового сигнала (CVSD, РСМ А-закон,
РСМ ц-закон);
• Организация пикосети с 7-ю подчиненными устройствами;
• Возможность переключения режимов «мастер» и «подчиненное устройство»;
• BlueRF радиоинтерфейс;
Подсистема памяти
• Размер встроенной памяти:
Статическое ОЗУ = 64 Кбайт;
ПЗУ = 4 Кбайт;
• Возможность адресации от 2 до 16 Мбайт внешней Flash памяти.
Взаимодействие с центральной (host) системой
Гибкость схемы контроллера предусматривает возможность использования его
в системах с центральным процессором. Управление контроллером в этом случае осуществляется при помощи логического командного интерфейса HCI, посредством предусмотренных для этих целей стандартных интерфейсов USB и
UART.
Интерфейсы контроллера
USB
Реализует версию стандарта USB 2.0, поддерживает передачу данных со скоростью 12 Мбит/сек и имеет встроенные схемы драйверов.
UART1, UART2
В контроллере имеются два 16С550 совместимых порта UART1 и UART2.
UART1 имеет 128-байтовое FIFO и поддерживает работу модема в полной конфигурации со скоростью до 921 кбит/сек. UART2 имеет 16 байтовое FIFO, две управляющие линии Тх и Rx, работает со скоростью до 230 кбит/сек и предназначен для
управления схемой контроллера и начальной загрузки.
Интерфейс внешней шины
Интерфейс внешней шины позволяет подключать до 3-х банков индивидуально настраиваемой Flash памяти, каждый размером до 1024 К.
GPIO/I2C
РВМ 990 90 может задавать 10 выводов как универсальные входы — выходы.
Для этих целей используются 8 выводов старшего байта данных и 2 выделен ных вывода. Последние по включению питания сконфигурированы на 12С интерфейс. Функции всех выводов задаются программно. Максимальная скорость
передачи информации поддерживаемая этим интерфейсом составляет
100 кбит/сек.
РСМ
Входит в состав ЕВС блока. Обеспечивает передачу голоса. Может работать в
качестве ведущего или ведомого РСМ устройства. К функциям РСМ относятся:
• Синхронизация информационных потоков;
• Переключение направления передачи для двунаправленных сигналов;
• Преобразование из последовательного в параллельный коды;
Поддерживаемая скорость передачи информации от 200 кГц до 2 МГц в режиме
ведомого и 2 МГц в режиме ведущего. Переменная разрядность передаваемых информационных символов 8 или 16 разрядов.
Отладочный интерфейс JTAG
Использование отладочного интерфейса JTAG позволяет применить Multi-ICETM
и среду отладки ADS 1.1™ фирмы ARM, Ltd.
Дополнительные характеристики контроллера:
Внешняя частота синхронизации — задается из ряда 12.60, 12.80, 13.00, 14.40, 16.80,
19.20 и 19.44 МГц;
Напряжение питания:
внутренней части схемы = 2,8 В;
внешнего интерфейса = 3,3 В;
Корпус — 96 выводной BGA, 8 х 8 х 0,85 мм;
Рис. 3.10. Пример системы с использованием Bluetooth Baseband контроллера РВМ 990 90/2
ПКАМИЧЬ1ЖАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
Встроенное программное обеспечение
Встроенное программное обеспечение состоит из программ протоколов стека
Bluetooth и драйверов ЕВС, USB, UART, GPIO и 12С. В зависимости от уровня интеграции, протоколы стека либо ограничиваются программами LM и HCI при работе с центральной системой, либо включают протоколы стека в более полном объеме, необходимом для реализации встроенных приложений.
Рис. 3.11. Bluetooth-стек в системе с центральным процессором (уровни Baseband, LM, HCI)
Таблица 3.2. Общие характеристики
Напряжение
питания
VDD1
VDD2
VDD3
Ток потребления в спящем
режиме
Температурный диапазон
Частотный диапазон
Модуляция
Максимальная скорость
передачи
Выходная мощность
Перестройка по частоте
Чувствительность
Генератор
Хост-интерфейс
Данные
Голос
Коэффициент усиления антенны
Без регулятора
С регулятором
(1,8 ± 0,1) В
(3,3 ±0,1) В
(2,8-3,4) В
(3,3 ±0,1) В
(1,7-3,4) В
(3,3 ±0,1) В
20 мкА (кроме WML-C19AHN, который не имеет этого
режима)
От -40'С до +85Т
(2402-2480) МГц
GFSK, 1 Мбит/сек, ВТ-0,5
Асинхронный режим: 723,2 кбит/сек/57,6 кбит/сек
Синхронный режим: 433,9 кбит/сек/433,9 кбит/сек
0 дБм (класс 2)
1600 скачков в сек, ширина канала 1МГц
-82дБм
16 МГц
UART (BCSP или Н4)
РСМ-интерфейс
UART
2.14 дБи
Таблица 3.3. Характеристики передатчика
Рис. 3.12. Bluetooth-стек во встроенной системе
3.5. Bluetooth модули компании Mitsumi
Одним из мировых лидеров по выпуску модулей Bluetooth для широкого спектра
приложений является компания Mitsumi (http://www.mitsumi.de). Все модули собраны на чипсете BlueCore компании CSR (http://www.csr.com). Поставкой
Bluetooth модулей WML-C19 и WML-C20 на российский рынок занимается холдинг ПетроИнТрейд (http://www.petrointrade.ru).
Серия WML-C19
Тип интерфейса: В = BCSP (UART)/H = Н4 (UART)
WML-C19 N В N
Регулятор напряжения 168 В: N = Нет/R = Есть
Встроенная антенна TDK HAN8030B2R4GT-000:N = Нет/А - Есть
Выходная мощность
Точность установки частоты
Уровни побочных излучений
в режиме передачи сигнала
(30-1000) МГц: (1-12,75)
ГГц: (1,8-1,9) ГГц: (5,15-5,3)
ГГц:
Минимальное
значение
Типовое
значение
Максимальное
значение
Размерность
-6
-75
0
0
+4
+75
дБм
кГц
-36
-30
-47
-47
дБм
дБм
дБм
дБм
-57
-47
-47
-47
дБм
дБм
дБм
дБм
70
мА
Уровни побочных излучений в
режиме отсутствия передачи
(передатчик выключен) (301000) МГц: (1-12.75) ГГц:
(1.8-1.9) ГГц: (5.15-5.3) ГГц:
Потребление тока
57
Bluetooth HCI модули серии WML-C19 поддерживают второй класс выходной
мощности и содержат встроенную 8Мбит флэш-память, приемопередатчик и baseband-контроллер. В таблицах 3.2, 3.3 и 3.4 представлена краткая спецификация на
модуль серии WML-C19.
Таблица 3.4. Характеристики приемника
Чувствительность
Максимальный уровень
входного сигнала
Избирательность
30 МГц - 2000 МГц: 2000
МГц - 2399 МГц: 2498
МГц - 3000 МГц: 3000
МГц - 12.75 ГГц:
Внеполосное излучение
30 МГц - 1 ГГц: 1 ГГц12.75 ГГц:
Интермодуляционная
характеристика
Потребление тока
Минимальное
значение
Типовое
значение
Максимальное
значение
Размерность
-82
0
-72
-20
дБм
дБм
дБм
дБм
дБм
дБм
-10
-27
-27
-10
-57
-47
дБм
дБм
дБм
-39
54
70
Таблица 3.6. Характеристики передатчика
——
Минимальное
значение
Выходная мощность
Точность установки частоты
Уровни побочных излучений
в режиме передачи сигнала
(30-1000) МГц: (1-12,75)
ГГц: (1,8-1,9) ГГц: (5,15-5,3)
ГГц:
Типовое
значение
Максимальное
значение
Размерность
14
0
17
+75
-36
-30
-47
-47
дБм
кГц
дБм
дБм
дБм
дБм
-57
-47
-47
-47
дБм
дБм
дБм
дБм
110
150
мА
Минимальное
значение
Типовое
значение
Максимальное
значение
Размерность
-70
-20
-80
0
дБм
дБм
11
-75
Уровни побочных излучений в
режиме отсутствия передачи
(передатчик выключен) (301000) МГц: (1-12.75) ГГц:
(1.8-1.9) ГГц: (5.15-5.3) ГГц:
мА
Потребление тока
Серия WML-C20
WML-C20 N В Тип интерфейса: В = BCSP (UART)/H = Н4 (UART)/U = USB Встроенная
Таблица 3.7. Характеристики приемника
антенна TDK HAN8030B2R4GT-000: N = Нет/А = Есть
Bluetooth HCI модули серии WML-C20 поддерживают первый класс выходной
мощности и содержат встроенную 8Мбит флэш-память, приемопередатчик и baseband-контроллер. В таблицах 3.5, 3.6 и 3.7 представлена краткая спецификация на
модуль серии WML-C20.
Таблица 3.5. Общие характеристики
Напряжение питания
(3,3 + 0,1) В
Ток потребления в спящем
режиме
100 мкА (кроме WML-C20AH, который не имеет этого
режима)
Температурный диапазон
Частотный диапазон
Модуляция
Максимальная скорост ь
От -40°С до +70°С
(2402-2480) МГц
GFSK, 1 Мбит/сек, ВТ=0.5
Асинхронный режим: 723,2 кбит/сек/57,6 кбит/сек
передачи
Выходная мощность
Перестройка но частоте
Чувствительность
Генератор
Данные
Хост-интерфейс
Синхронный режим: 433,9 кбит/сек/433,9 кбит/сек
14 дБм (класс 1)
1600 скачков в сек, ширина канала 1МГц
Голос
Коэффициент усиления антенны
РСМ-интерфейс UART/USB
2.14 дБп
-80дБм
16 МГц
UART (WML-C20AB, WML-C20AH)USB (WML-C20AU)
Ч увствительность
Максимальный уровень
входного сигнала
Избирательность 30 МГц
- 2000 МГц: 2000 МГц 2399 МГц: 2498 МГц 3000 МГц: 3000 МГц12.75 ГГц:
Внеполосное излучение
30 МГц - 1 ГГц: 1 ГГц 12.75 ГГц:
Интермодуляционная
характеристика
Потребление тока
дБм
дБм
дБм
дБм
-10
-27
-27
-10
-57
-47
дБм
дБм
дБм
-39
55
70
мА
3.6. Обзор модулей Bluetooth от различных фирм производителей
Ниже приведены данные о типах микросхем, их характеристиках и особенностях
построения от различных фирм производителей [23, 24]. Приведенный материал
характеризует особенности реализаций законченных модулей (таблица 3.8), контроллеров Bluetooth (таблица 3.9) и Bluetooth приемопередатчиков (таблица 3.10),
учитывая технологические возможности, традиции и опыт разработки этих фирм.
Таблица 3.8. Законченные модули Bluetooth (RF+Baseband контроллер)
Фирма-
Микросхема Характеристики
Особенности изготовитель
Bluetronics
ICM101
Bluetooth v 1.1 сертифицирован;
Цифровая CMOS
Приемопередатчик
технология; • Чувствительность: -81дБм;
специализированный • Выходная мощность: класс 1 (+14дБм); процессор; собственная
Контроллер
технология Bluetronics • USB, UART, PCM интерфейсы;
EmbeddedRF; • HCI программный интерфейс;
интегрированная • Park, Sniff, Hold,
Scatternet режимы;
антенна (0 дБи); Broadcom
BCM2033
Bluetooth vl.l
сертифицирован;
Fractional-N синтезатор; Corporation
Приемопередатчик
цифровая CMOS • Чувствительность: -80дБм;
технология; управление • Выходная мощность: класс 2,3;
внешним усилителем
Контроллер
класса 1; • USB, UART, PCM интерфейсы;
специализированный • НСI логический интерфейс;
процессор, 128К ОЗУ; • Park, Sniff,
Hold, Scatternet режимы; • 3 одновременных голосовых канала; • 3-х, 5-и слотовые пакеты; С-Согл
ВТМ-106А Bluetooth vl.l сертифицирован; (класс 1)
Приемопередатчик
Flash-память 4 Мбит ВТМ-104
• Чувствительность: -80дБм;
или 8Мбит;
встроенное (класс 2)
• Выходная мощность: класс 1,2;
ОЗУ; встроенный Контроллер
регулятор напряжения • USB, UART, PCM интерфейсы;
1.8В; 15-битный аудио • Park, Sniff,
Hold, Sleep, Scatternet режимы; кодек (для ВТМ-106А); • 1, 3-х, 5-и слотовые пакеты; BlueCore
Bluetooth vl.l сертифицирован
Управление внешним (BlueCoreOl);
усилителем класса 1; Приемопередатчик
специализированный •
Чувствительность:-79дБм;
16-ти разрядный • Выходная мощность: класс 2,3;
процессор (BlueCoreOl), Контроллер
12К ОЗУ; цифровая • USB,
UART, PCM интерфейсы;
CMOS технология • HCI логический интерфейс;
(0.18 для BlueCore02); • Park, Sniff, Hold, Scatternet режимы;
возможность • 3 одновременных
голосовых канала;
встроенного приложения • 3-х, 5-и слотовые пакеты;
(BlueCore03); Cambridge
BlueBird
Bluetooth 1.1 сертифицирован;
Цифровая
CMOS Silicon
Приемопередатчик
технология; Radio —
CSR
• Чувствительность: -ЭОдБм;
интегрированная • Выходная
мощность: класс 1 (+20дБм); керамическая антенна; Контроллер
22К
RAM + 512K SRAM; • UART, 1OM/PCM интерфейсы;
JTAG отладочный • Park, Sniff,
Hold, Scatternet режимы;
интерфейс; оптимизирован для голосовых приложений; Inventel
TR07xx
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Цифровая CMOS Приемопередатчик
технология; управление
Microtune
(Transilica)
STw2400
ST Microelectronics
TC2000
Zeevo, Inc.
PMB8760
• Чувствительность: -82дБм; •
Выходная мощность: класс 2,3;
Контроллер • USB (TR0760),
UART(TR0740) интерфейсы; •
HCI логический интерфейс; • Park,
Sniff, Hold режимы; • 3-х, 5-и
слотовые пакеты;
внешним усилителем
класса 1; улучшенный
микропроцессор 8051,
4К ОЗУ, 64К Flash;
встроенный голосовой
кодек (TR0750);JTAG
отладочный интерфейс;
возможность
встроенного приложения;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Приемопередатч 11 к •
Чувствительность: -78дБм; •
Выходная мощность: класс 2,3;
Контроллер • UART, PCM, I2C, SPI
интерфейсы; • НСЛ логический
интерфейс; • Park, Sniff, Hold,
Scatternet режимы; • 3 одновременных
голосовых канала; • 3-х, 5-и слотовые
пакеты;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Приемопередатчик •
Чувствительность: -80дБм; •
Выходная мощность: класс 2,3;
Контроллер • USB, UART
интерфейсы; • HCI логический
интерфейс; • Park, Sniff, Hold,
Scatternet (4 пикосети) режимы; •
3-х, 5-и слотовые пакеты;
Управление внешним
усилителем класса 1;
ARM7TDMI процессор,
48К ОЗУ; встроенный
Ericsson Bluetooth Core
(ЕВС) Link Controller;
JTAG отладочный
интерфейс;
возможность
встроенного приложения;
Цифровая CMOS (0.18
мкм) технология;
управление внешним
усилителем класса 1;
ARM7TDMI процессор,
64К ОЗУ, 128К Flash
(TC2000P-4);JTAG
отладочный интерфейс;
возможность
встроенного приложения;
специализированный
Zeevo Turbo скоростной
режим передачи данных
(Bit Rate = х2, х4);
Цифровая CMOS
технология; управление
внешним усилителем
класса 1;
интегрированный
МШУ;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Приемопередатчик •
Чувствительность: -85дБм; •
Выходная мощность: класс 2,3;
Контроллер • UART, USB,
PCMCIA, PCM интерфейсы; •
HCI логический интерфейс;
Таблица 3.9. Контроллеры Bluetooth
ФирмаМикросхема Характеристики
изготовитель
Atmel
Corporation
АТ76С551
Bluetooth vl.l сертифицирован;
USB, UART, PCMCIA интерфейсы;
HCI логический интерфейс;
Scatternet режим;
Особенности
ARM7TDMI процессор,
64К ОЗУ; встроенный
голосовой кодек; JTAG
отладочный интерфейс;
возможность встроенного
приложения;
BrightCom
Technologies
BIC2xxx
Bluetooth v l . l сертифицирован;
USB, UART, PCM, SPI, I2C, PCI
интерфейсы; HCI логический
интерфейс;
ARC RISK процессор; JTAG
отладочный интерфейс;
встроенные приложения:
LAN Access (BIC2301), Hi-Fi
Audio (BIC2201);
Conexant
Systems, Inc.
CX81400
ARM7TDMI процессор,
192КОЗУ, 192 К ПЗУ;
возможность встроенного
приложения;
Ericsson
Microelectronics
PBM 990 90
Bluetooth vl.l сертифицирован (до HCI);
USB, UART, PCM, SPI, I2C
интерфейсы; HCI логический
интерфейс; 3-х, 5-и слотовые
пакеты;
Bluetooth vl.l сертифицирован (до HCI);
USB, UART, I2C интерфейсы; HCI
логический интерфейс; Park, Sniff,
Hold режимы; 3 одновременных
голосовых канала; 3-х, 5-и слотовые
пакеты; .
Infineon
PMB675x
КС
Technology
KC2680
Motorola
MC71000
Bluetooth v l . l сертифицирован;
UART, USB, PCMCIA, PCM
интерфейсы; HCI логический
интерфейс;
Bluetooth v l . l сертифицирован;
UART, USB интерфейсы; HCI
логический интерфейс; 3
одновременных голосовых канала; 3х, 5-и слотовые пакеты;
Bluetooth vl.l сертифицирован (до HCI);
UART, SPI интерфейсы;
HCI логический интерфейс; Park,
Sniff, Hold, Scattemet режимы; 3
одновременных голосовых канала; 3х, 5-и слотовые пакеты;
LMX5001
National
Semiconductor Link
Controller
Bluetooth vl.O сертифицирован,
частичная реализация контроллера
Bluetooth (до уровня HCI);
Philips
LMX5100
Semiconductors
Bluetooth v l . l сертифицирован;
Гибкий RISC Bluetooth процессор
(2-е поколение National Bluetooth);
Bluetooth vl.O сертифицирован
(PCF26002);
Bluetooth v l . l сертифицирован
(PCF26003); USB, UART, PCM, I2C
интерфейсы; HCI логический
интерфейс;
PCF2600x
Signia
Technologies
ARM7TDMI процессор, 64К
ОЗУ; JTAG отладочный
интерфейс; возможность
встроенного приложения;
PCF8775x
SBT3100
Silicon Wave
SiW1602
Link
Controller,
SiW17xO
ARM7TDMI процессор, 64К
ОЗУ; JTAG отладочный
интерфейс; встроенный
голосовой кодек (CVSD,
РСМ);МС13180
радиоинтерфейс;
Спроектирована под
LMX3162; поддержка
внешних усилителей класса
1, 2, 3; дискретизация
приемного сигнала 1/8 бита;
Spirea
BlueBoC
Bridgeon-Chip
BSN60x0
Подробных данных нет;
XEMICS
рРАХ специализированный
8-ми разрядный процессор;
встроенный CVSD
голосовой кодек;
ARM7TDMI процессор, 8К
ОЗУ; встроенный
голосовой кодек (CVSD);
встроенный Ericsson
Bluetooth Core (EBC) Link
Controller; радиоинтерфейс:
Ericsson PBA313RF
Transceiver, PC F26100
(интерфейсная микросхема,
управление внешним
усилителем класса 1, 2, 3) +
UAA3558 (Bluetooth RF
Transceiver);
Texas
Instruments
XE14xx
Zarlink
MT1020A
Semiconductor
(Mitel
Semiconductor)
Bluetooth vl . l сертифицирован
(до HCI);
USB, UART, PCM, I2C, SPI
интерфейсы;
HCI логический интерфейс;
Park, Sniff, Hold, Scatternet
(до 3-х пикосетей) режимы;
3 одновременных голосовых канала;
3-х, 5-и слотовые пакеты;
ARM7TDMI процессор,
64К ОЗУ, 384К Flash;
встроенный голосовой кодек
(CVSD); Philips Bluetooth
Core (PBC) Link Controller;
UAA3558 радиоинтерфейс;
PCF87751 оптимизирован
для голосовых приложений;
PCF87752 оптимизирован
для передачи данных;
возможность встроенного
приложения;
Bluetooth vl.O сертифицирован
Управление внешним
(до HCI);
усилителем класса 1;
USB, UART, PCMCIA, PCM
специализированный
интерфейсы;
процессор; возможность
HCI логический интерфейс;
встроенного приложения;
Park, Sniff, Hold, Scatternet режимы; BlueRF радиоинтерфейс;
Bluetooth v l . l сертифицирован
ARM7TDMI процессор, 20К
(до HCI);
ОЗУ, 256К Flash (SiW1770);
USB, UART, PCM, SPI интерфейсы; встроенный CVSD
HCI логический интерфейс;
голосовой кодек; JTAG
Park, Sniff, Hold, Scatternet режимы; отладочный интерфейс;
3-х, 5-и слотовые пакеты:
специализированные
интерфейсы (Modem,
Memory, Host);
Реализован автономный мост
EWD e8024 Wireless
Bluetooth-Ethernet-Internet;
Multimedia Gateway
процессор;
Bluetooth v l . l сертифицирован
ARM7TDMI процессор;
(до HCI);
возможность встроенного
USB, UART, PCM интерфейсы;
приложения (BSN6040),
HCI логический интерфейс;
BSN6050 — оптимизирован
Park, Sniff, Hold режимы;
для приложений точка3 одновременных голосовых канала; многоточка); BSN6030 —
3-х, 5-и слотовые пакеты;
оптимизирован для
приложений точка-точка;
Bluetooth v l . l сертифицирован
XEMICS CoolRISC
(до HCI);
специализированный 8-ми
UART, PCM, Parallel Port, SPI
разрядный микропроцессор;
поддержка внешних
интерфейсы
HCI логический интерфейс;
усилителей класса 1, 2, 3;
Одно SCO соединение
встроенный голосовой кодек
и 3 одновременных ACL канала;
(CVSD); возможность
3-х, 5-и слотовые пакеты;
встроенного приложения;
ХЕ1431 —оптимизирован
для приложений Headset;
Bluetooth vl.l сертифицирован
ARM7TDMI процессор, 20К
(до HCI);
ОЗУ; встроенный голосовой
USB, I'ART, PCM интерфейсы;
кодек;
HCI логический интерфейс;
BlueRF, SPI baseband интерфейс;
Rx архитектура с квазинулевой
ПЧ; Тх прямая IQ модуляция;
Таблица 3.10. Bluetooth приемопередатчики
Фирмаизготовитель
Микросхема Характеристики
Atmel
Corporation
Broadcom
Corporation
T2901
Conexant
Systems, Inc.
Ericsson
BCM2002
CX7230x
РВА 313 01
РВА 313 02
Infineon
Чувствительность: (нет данных);
Выходная мощность: класс 2,3;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -80 дБм;
Выходная мощность: класс 2,3;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -80 дБм;
Выходная мощность: класс 2,3;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -78дБм;
Выходная мощность: класс 2;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -86дБм;
Выходная мощность: класс 1;
РВА 313 05
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -80дБм;
Выходная мощность: класс 2;
РМВббхх
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -88дБм (90дляРМВ6615-1-е
поколение); Выходная
мощность: класс 2,3;
МС13180
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -84 дБм;
Выходная мощность: класс 2,3;
National
LMX3162
Semiconductor
Bluetooth vl.O сертифицирован;
Чувствительность: -ЭЗдБм;
Выходная мощность: класс 2,3;
Motorola
LMX5250
Philips
UAA355x
Semiconductors
RF Micro
Devices
RF2968
Особенности
Требует внешних ПАВ-фильтров;
снят с производства;
Fractional-N синтезатор; цифровая
CMOS технология; управление
внешним усилителем класса 1;
BlueRF baseband интерфейс; Rx
архитектура с квазинулевой ПЧ;
Тх прямая IQ модуляция;
Delta-Sigma Fractional-N
синтезатор; BiCMOS (SiGe)
технология; управление внешним
усилителем класса 1; SPI baseband интер(|>ейс; PLL демодулятор;
BiCMOS-технология; не требует
внешнего экранирования; BGAкорпус;
BiCMOS-технология; не требует
внешнего экранирования; LGAкорпус; интегрированный
антенный фильтр;
RFCMOS-технология; не требует
внешнего экранирования; LGAкорпус; интегрированный
антенный фильтр;
BiCMOS технология; управление
внешним усилителем класса 1;
Rx архитектура с квазинулевой
ПЧ (РМВ6625, РМВ6627 -2-е
поколение); интегрированный
МШУ;
Fractional-N синтезатор;
управление внешним усилителем
класс 1; Rx архитектура с
квазинулевой ПЧ;
интегрированный МШУ;
Требует внешних ПАВ-фильтрои,
ГУН; BiCMOS технология;
управление внешним
усилителем класса 1;
Подробных данных нет;
Bluetooth vl.l сертифицирован;
(2-е поколение National Bluetooth);
Bluetooth vl.l сертифицирован; BiCMOS технология; управление
внешним усилителем класса 1;
Чувствительность: -85дБм;
Выходная мощность: класс 2,3; BlueRF baseband интерфейс; Rx
архитектура с квазинулевой ПЧ;
BiCMOS технология; управление
Чувствительность: -85 дБм;
внешним усилителем класса 1;
Выходная мощность: класс 2,3;
Sign i a
Technologies
SBT5010
Silicon Wave
SiW1502
SiW170x
Spirea
BlueTraC
ST Microelectronics
STw5288
Texas
Instruments
TRF6001
Bluetooth vl.l сертифицирован;
Чувствительность: -80дБм;
Выходная мощность: класс 2,3;
CMOS технология; управление
внешним усилителем класса 1;
BlueRF baseband интерфейс; Rx
архитектура с квазинулевой ПЧ;
Тх прямая IQ. модуляция;
Bluetooth vl.l сертифицирован; CMOS технология; управление
внешним усилителем класса 1;
Чувствительность: -85дБм;
Выходная мощность: класс 2,3; Rx прямая IQдемодуляция
(нулевая ПЧ) ; Тх прямая IQ
модуляция; интегрированный
МШУ;
Bluetooth vl.l сертифицирован; CMOS (0.18 мкм) технология;
управление внешним усилителем
Чувствительность: -84дБм;
Выходная мощность: класс 2,3; класса 1; BlueRF baseband
интерфейс; Rx архитектура с
квазинулевой ПЧ; Тх прямая
1Qмодуляция; интегрированный
МШУ;
Bluetooth vl.l сертифицирован; BiCMOS (SiGe) технология;
Чувствительность: -81дБм, -78 BlueRF baseband интерфейс;
дБм; Выходная мощность: класс управление внешним усилителем
класса 1; Rx архитектура с
2,3;
квазинулевой ПЧ; Тх прямая IQ
модуляция; Fractional-N
синтезатор;
Bluetooth vl.l сертифицирован; Требует внешнего канального
Чувствительность: -86дБм;
фильтра; BiCMOS технология;
Выходная мощность: класс 2,3; управление внешним усилителем
класса 1; Rx архитектура с
квазинулевой ПЧ; Тх прямая IQ
модуляция; интегрированный
МШУ;
3.7. Антенны для устройств Bluetooth
Проектирование антенн для приложений не определено и не стандартизовано в
технических требованиях Bluetooth vl.l. Как известно, для характеристики антенн
используют диаграммы направленности. Вид диаграммы направленности определяется конструкцией антенны. К наиболее распространенным типам диаграмм направленности относятся тороидальная (круговая) и сигарообразная (направленная). Направленные антенны имеют главный лепесток, обеспечивающий основное
излучение и паразитные боковые лепестки. Важной характеристикой диаграммы
направленности является ширина основного лепестка по уровню половинной моги-
Таблица 3.11.
ности 90 5. От вида диаграммы направленности зависит коэффициент направленного
действия (КНД) антенны, определенный как отношение мощности, излучаемой в
направлении максимума диаграммы, к усредненному по всем направлениям значению плотности потока мощности.
С КНД однозначно связан коэффициент усиления антенны, определяемый как
произведение КНД на КПД антенны. Обычно коэффициент усиления измеряется
в децибелах по отношению к усилению изотропной антенны (дБи). Изотропная антенна — это антенна, обеспечивающая одинаковое излучение во всех направлениях.
Другим важным показателем антенн является вид поляризации. Поляризация
бывает линейной (горизонтальной и вертикальной) и эллиптической, в частном
случае круговой. В сетях связи Bluetooth найдут применение ненаправленные в горизонтальной плоскости антенны с коэффициентом усиления (0—5) дБи.
Необходимо заметить, что для антенн применим принцип взаимности, в соответствии с которым одна и та же антенна может использоваться как в качестве передающей, так и в качестве приемной.
В приложениях Bluetooth широкое распространение могут найти микрополосковые и печатные антенны, представляющие собой металлический проводник той
или иной формы, расположенный над заземленной подложкой. Такая антенна может быть удачно совмещена с печатной платой, на которой расположены СВЧ каскады приемопередатчика. Приемопередатчик подключается к антенне в определенной точке. В этой точке осуществляется отвод сигнала на приемник и подвод мощности от передатчика.
В ряде приложений Bluetooth могут использоваться направленные антенны. Ниже приведены краткие описания и спецификации антенн для Bluetooth систем от
некоторых компаний производителей.
Антенны фирмы RangeStar
Вертикально поляризованная антенна Bluetooth (TM)/802.11b
Частотным диапазон
Максимальное усиление
Поляризация
Ширина диаграммы направленности
Коммутируемая мощность
Импеданс точки питания
Габариты
Вес
2400-2483 МГц
ОдБи
Линейная
Всенаиравленная
10 Вт
50 Ом
22,0 х 12,7 х 0,8 мм
1г
Рис. 3.14. Габаритные размеры антенны
P/N100903
Рис. 3.15. Диаграмма направленности в азимутальной плоскости
Рис. 3.13. Внешний вид антенны 100903
Антенна 100903 — это вертикально поляризованная антенна с рабочим частотным диапазоном 2400—2483 МГц [25]. Она хорошо подходит для интеграции в точки доступа, устройства, установленные на столах и стенах, мобильные телефоны,
PC карты, PDA и другие приложения Bluetooth. Это надежная, простая и не нуждающаяся в настройке антенна. Внешний вид антенны, конструкция и диаграмма
направленности приведены на рис. 3.13, 3.14 и 3.15 соответственно. Основные характеристики приведены в таблице 3.11.
Антенна Bluetooth(TM)/802.11b - P/N 100930
100930 — это встраеваемая антенна для систем Bluetooth и 802.1 lb с рабочим частотным диапазоном 2400—2483 МГц [25]. Она может быть интегрирована в точки
Доступа, устройства, установленные на столах и стенах, PC-карты, и другие устройства Bluetooth. Внешний вид антенны, конструкция и диаграммы направленности
приведены на рис.3.1673.19. Основные характеристики сведены в таблицу 3.12.
[с. 3.16. Внешний вид антенны 100930
Антенны фирмы KOSANT
фирма KOSANT производит миниатюрные микрополосковые антенны для
Bluetooth. Основные типы антенн и их характеристики приведены в таблице 3.13
[26].
Таблица 3.13. Основные типы и характеристики антенн фирмы KOSANT
Рис. 3.17. Диаграмма направленности в угломестной плоскости
Рис. 3.18. Диаграмма направленности в азимутальной плоскости
Частотный
диапазон
(МГц)
Модель
2400-2500
SMTL001-4
макс. 4
Усиление
(дБи)
Поляризация Линейная
Импеданс (П) 50
Размер
16x5x1.6
Вес (г)
0.5
—.---------------
SMTМ001-2
макс. 2
SMTS001-0
макс. 1
SMTL002-0
макс. 0
SMTL003-0
макс. 0
SMTL004-1
макс. 1
CONS001-2
макс. 2
САВS001-1
макс. 1
Линейная
50
11x5x1.6
0.35
Линейная
50
7x4x1.6
0.2
Линейная
50
25x8x3.2
1
Линейная
50
25x8x2
0.8
Линейная
50
18x8x2
0.6
Линейная
50
19.5x8x1.6
0.8
Линейная
50
19x9x3.2
0.6
Пример внешнего вида и диаграмм направленности для этих антенн приведен на
рис. 3.20 -5- 3.22.
Рис. 3.20. Внешний вид антенны
Рис. 3.19. Габаритные размеры антенны
не. 3.21. Диаграмма направленности в азимутальной плоскости
Следует иметь в виду, что в приемопередатчике эти антенны устанавливаются на
заземленный экран.
жений, основанную на модуле Bluetooth от Ericsson Microelectronics. Набор позволяет начинающим разработчикам беспроводной технологии Bluetooth построить
приложения Bluetooth, сэкономить время разработки и уменьшить цену.
Устройство Starter Kit обеспечивает гибкую среду проектирования для инженеров и служит для того, чтобы они познакомились с технологией и могли начать
опытно-конструкторские работы. Оно демонстрирует основные особенности беспроводной технологии Bluetooth, позволяя разработчикам создавать интегрированные приложения для макетных изделий.
Набор содержит материнскую плату с согласованными соединителями и силовыми цепями, а также дочернюю плату с полным модулем Bluetooth, расположенным на плате. С помощью этого набора можно получить все функции, необходимые для реализации беспроводной технологии Bluetooth.
Набор служит для разработки приложений, основанных на хост-устройстве, а
также предоставляет основное программное обеспечение Bluetooth, включая соответствующие программные интерфейсы приложения (Application Programming
Interface — API).
3.8. Отладочные и вспомогательные средства для разработки
изделий на основе Bluetooth
Набор для разработки — Bluetooth™ Development Kit
Конструкция платы приведена на рис. 3.24.
Рис. 3.22. Диаграмма направленности в угломестной плоскости
Для упрощения понимания технологии, разработки и отладки изделий на ее основе, компания Ericsson предлагает несколько специальных средств, каждое из которых ориентировано на определенный круг пользователей, разработчиков и интеграторов. Эти средства помогают удешевить, оптимизировать и ускорить разработку устройств Bluetooth [22].
Набор для начинающих — Bluetooth™ Starter Kit
Конструкция набора приведена на рис.3.23.
Рис. 3.24. Bluetooth Development Kit
Рис. 3.23. Bluetooth Starter Kit
Описание
Bluetooth Starter Kit (набор для начинающих) предоставляет дешевую и полностью функциональную среду разработки для голосовых и информационных прило-
Описание
Утвержденный специальной рабочей группой Bluetooth как Blue Unit, набор для
разработки Bluetooth Development Kit от Ericsson Microelectronics упрощает, ускоряет и удешевляет процесс разработки приложений Bluetooth.
Он предоставляет законченную и гибкую среду разработки, в которой инженеры
могут интегрировать открытый беспроводной стандарт в целый спектр цифровых
устройств. Предоставляя доступ ко всем аппаратным интерфейсам, набор применяется для разработки как встроенных, так и отдельных приложений. В наборе
есть возможности отладки программного и аппаратного обеспечения для того, чтобы сделать процесс проектирования как можно быстрее и проще.
Расширяемая архитектура, созданная для удовлетворения потребностей новых
разработчиков и пользователей Bluetooth, демонстрирует основные особенности
технологии. Это позволяет разработчикам создавать прикладные платы для макетных изделий и ускорять разработку законченного приложения.
Набор для модернизации Bluetooth — Bluetooth Upgrade Kit
Конструкция изделия приведена на рис. 3.25.
Рис. 3.26. Bluetooth Application & Training Tool Kit
Рис. 3.25. Bluetooth Upgrade Kit
Описание
Набор для модернизации Upgrade Kit позволяет обладателям Bluetooth
Development Kit наращивать его функциональные возможности. В зависимости от
потребностей существует несколько различных наборов для модернизации.
Версия R1A
Upgrade Kit версии R1A обеспечивает многоточечную (multi-point) связь. В организуемой сети поддерживается работа до семи подчиненных устройств, а также
переключение мастер/подчиненное устройство. В этой версии поддерживаются
протоколы ОВЕХ и TCS.
Версия R3B
Upgrade Kit R3B требуется для тестирования Blue Unit. Этот набор соответствует техническим требованиям Bluetooth v.l.Ob. И может использоваться для тестирования Blue Unit согласно технических требований Bluetooth v.1.1.
В этой версии поддерживаются протоколы ОВЕХ и TCS.
Инструментарий для приложения и обучения — Bluetooth Application &
Training Tool Kit
Конструкция изделия приведена на рис. 3.26.
Описание
Bluetooth Application & Training Tool Kit предназначен для школ и университетов и
представляет собой дешевое, удобное средство для практических занятий при изучении беспроводной технологии Bluetooth. Оно было разработано компанией Ericsson
Microelectronics и позволяет студентам высших учебных заведений как теоретически,
так и практически изучить систему радиосвязи ближнего действия Bluetooth.
Рис. 3.27. Подключение модуля к компьютеру с помощью USB-соединения
Аппаратное обеспечение состоит из модуля, который может быть легко подключен
к компьютеру с помощью USB-соединения (рис. 3.27), что гарантирует использование полной скорости передачи данных. Четко определенный программный интерфейс
приложения (API) обеспечивает доступ к различным уровням стека протоколов.
3.9. Экономичные режимы работы устройств Bluetooth
Точки доступа, основанные на технологии Bluetooth, дадут возможность новым поколениям мобильных устройств передавать большие объемы голосовой информации и данных. Как правило голосовые приложения Bluetooth работают от малогабаритных батарейных источников питания. В тоже время системы передачи данных могут работать от сетевых источников. В первом случае экономичный режим
работы наиболее актуален. Эффективным способом экономии мощности является
уменьшение времени, в течение которого активен приемопередатчик Bluetooth.
Технические требования Bluetooth Baseband предусматривают три основных способа работы в экономичном режиме [27]:
1. Если у подчиненного устройства нет надобности участвовать в пикосети, но
оно все еще должно быть синхронизировано, оно может быть переведено в режим
«ПАРКОВКА» (Park). Этот режим подходит для подчиненных устройств, которые
время от времени нуждаются в связи с мастером. Устройства, находящиеся в этом
режиме, могут запросить выход из режима Park у мастера, путем передачи периодического сигнала маяка (beacon), передаваемого мастером. Интервалы между сигналами маяками могут составлять несколько секунд.
2. Режим «ВНИМАНИЕ» (Sniff) подходит для устройств, которым нужно свя
зываться с мастером периодически с заранее заданной частотой. В этом режиме нет
гарантии того, что устройства будут обслужены при каждом периодическом требо
вании. Режим Sniff позволяет экономить потребление батареи за счет уменьшения
трафика запросов. Sniff-интервалы могут продолжаться до нескольких секунд.
3. Режим «ПАУЗА» (Hold) целесообразен в том случае, когда устройство может
иногда приостанавливать трафик вызова. Устройство может войти в режим Hold
на заранее определенный промежуток времени для обработки другой задачи, на
пример для участия в работе другой пикосети, когда в течение определенного пери
ода времени ничего не надо передавать, естественно экономя при этом энергию.
Кроме того, в случае если мастер общается с известными (обнаруженными ранее) устройствами, то при организации связи можно пропустить процедуру запроса. Если при этом подчиненное устройство находится в режиме «ожидания вызова» (Page Scan), то время ожидания вызова будет составлять всего несколько десятков млсек. Это особенно важно, если мастер-устройство работает от батареи, а
подчиненное устройство, постоянно находящееся в режиме ожидания вызова, питается от сети. В этом случае энергопотребление устройства будет снижено.
Для того чтобы выбрать правильный экономичный baseband-режим, проектировщику аппаратуры необходимо учитывать пропускную способность, время ответа (или время ожидания) и требования к потребляемой мощности каждого конкретного приложения. Чем дольше устройство остается бездействующим, тем
большее энергосбережение. Одним из ограничивающих факторов, который определяет, как часто устройству нужно выходить на связь, является условие синхронизации часов между мастером и подчиненными устройствами, принимающими участие в пикосети. Технические требования Bluetooth требуют, чтобы устройство, работающее в нормальном режиме в пределах пикосети (в этом режиме к нему можно
обратиться в любое время) работало с часами, обеспечивающими стабильность 20
ррщ. Чтобы поддерживать синхронизацию пикосети, мастер должен обеспечивать
сообщения о синхронизации по крайней мере каждые 225 млсек. Это определяет
максимальный период между включениями в нормальном режиме.
Использование энергосберегающих режимов работы позволяет не только уменьшить потребляемую мощность устройств Bluetooth, но и увеличить надежность пикосети путем уменьшения интерференции от других беспроводных устройств.
Каждая пикосеть Bluetooth использует 79 частотных каналов. Конфликты между
разными пикосетями или между пикосетями Bluetooth и другими беспроводными
устройствами, работающими в одной области частот, будут уменьшены, за счет того, что устройства Bluetooth большую часть времени пассивны, т.е. при использовании энергосберегающих режимов. Таким образом, в этом случае экономятся два
наиболее важных ресурса — полоса частот и энергия источника питания.
Дополнительную информацию о режимах работы устройств Bluetooth можно
найти в таблице 2.1.17 раздела 2.
3.10. Электромагнитная совместимость сетей Bluetooth и других
технологий
Сети Bluetooth и сети стандарта 802.1 lb работают в общей полосе частот, шириной
83.5МГЦ (2.41Гц - 2.4835ГГц).
Из-за того, что 802.11b и Bluetooth по разному используют частотный спектр,
они могут создавать друг другу значительную интерференцию [28]. В 802.1 lb применяется технология расширения спектра с помощью прямой последовательности,
а технология Bluetooth использует метод расширения спектра с помощью скачкообразной перестройки частоты.
Устройство 802.1 lb занимает в течение текущей передачи данных только четвертую часть отведенной полосы. После того как передача закончена, полоса свободна
для других устройств в сети, а также для других пользователей. Другими словами,
802.1 lb использует канал на основе множественного доступа с временным разделением. 802.11b определяет 11 доступных каналов с центральными частотами, разнесенными на 5МГц. Эти каналы частично накладываются друг на друга (рис. 3.28).
Для избежания интерференции между расположенными рядом сетями 801.1 lb,
отдельные локальные сети обычно работают на каналах 1, 6 и 11. Таким образом,
три сети 802.11b, расположенные рядом, не будут перекрываться по частоте и не
будут создавать друг другу интерференции [28].
В отличие от сетей стандарты 802.1 lb, частота канала Bluetooth не зафиксирована, т.к. используется скачкообразная перестройка частоты. Как говорилось ранее,
устройства Bluetooth меняют частоту по закону псевдослучайной последовательности, используя 79 каналов, шириной 1 МГц каждый (рис.3.29). Таким образом,
устройство Bluetooth занимает всю полосу, но в определенный момент времени только малую ее часть. Скачкообразная перестройка частоты происходит 1600 раз
в секунду.
Обычно устройства 802.11b либо включены в настольный или портативный компьютер, либо работают как точки доступа к проводной базовой сети Ethernet и
Web. Устройства 802.11b имеют уровни мощности передачи порядка 100 мВт. При
этом уровне мощности 802.11b может поддерживать скорость передачи данных
11Мбит/сек на расстояния до 100 метров.
В отличие от 802.11b, Bluetooth является персональной сетью и предназначен
для беспроводной связи на малых расстояниях.
Bluetooth поддерживает меньшую скорость передачи данных (1 Мбит/сек), уровень передаваемой мощности равен 1 мВт. В тоже время, у Bluetooth есть опция с
увеличением мощности передачи до 100 мВт. Эта опция может использоваться в
приложениях, где требуется дальность действия до 100 метров.
Эти типы устройств определены в радио спецификации Bluetooth как «устройства класса 1».
Рис. 3.28. Распределение частотных каналов во времени для устройств стандарта 802.11b
Совместное использование спектра устройствами 802.1 lb и Bluetooth показывает, что две технологии могут создавать друг другу помехи, в зависимости от их взаимного расположения. Учитывая, что Bluetooth PAN занимают весь ISM диапазон,
сигналы двух или более Bluetooth PAN, находящиеся в непосредственной близости
друг от друга, будут иногда перекрываться, что может привести к потере пакетов
данных.
Для уменьшения возможных проблем с электромагнитной совместимостью при
работе в ISM диапазоне, предлагается несколько алгоритмов адаптации [4, 29, 30].
управление мощностью передачи
Этот метод заключается в регулировке мощности передающих устройств, работающих в ISM диапазоне. Например, если устройство Bluetooth может определить минимальный уровень мощности, который необходим для передачи пакетов с приемлемым для приема коэффициентом ошибочных битов (BER), то это позволит
уменьшить мощность передатчика. Превышение этого минимального уровня мощности только увеличивает вероятность создания помех другим устройствам, работающим в этой области, в том числе и устройствам Bluetooth, 802.1 lb и беспроводным телефонам.
Стандарт Bluetooth предусматривает низкий уровень чувствительности приемника (-70 дБм). Большинство производителей фактически достигают лучшего
уровня чувствительности (-80 дБм). Наиболее чувствительные приемники позволят снизить уровень передаваемой мощности, не уменьшая требуемого отношения
сигнал/шум. Это улучшит характеристики совместимости системы, т.к. устройства
будут создавать друг другу меньше взаимных помех.
Адаптивный выбор типа пакета
Тип передаваемого пакета Bluetooth также может влиять на характеристики совместимости. Пакеты Bluetooth несут различную полезную информацию, в зависимости от количества слотов, отведенных под пакет.
Уменьшение длины пакета, например, до однослотового, уменьшит уязвимость
пакета при интерференции, а это увеличит вероятность правильного приема.
Исследования показали, что использование более коротких пакетов Bluetooth
может увеличить пропускную способность при наличии интерференции. Однако, с
уменьшением длины пакетов, возрастает их количество, соответственно, возрастают затраты на обработку заголовков и время простоя между скачками частоты, которое требуется синтезатору для переключения прием/передача. При слишком
большом количестве пакетов наступит момент, когда уменьшение типа пакета не
улучшает пропускную способность.
Для достижения совместимости 802.11b и Bluetooth, специальными научными
группами, такими как исследовательская группа IEEE 802.15.2 и Bluetooth SIG,
выдвигается много предложений, рекомендаций и проектов.
Адаптивная перестройка частоты
РиС. 3.29. Распределение частотных каналов во времени для устройств Bluetooth
Из-за неограниченного доступа к ISM диапазону, устройства Bluetooth подвергаются высокому уровню интерференции от других приборов, работающих в этом же
Диапазоне, таких как микроволновые печи, беспроводные телефоны и т.д. Кроме
того, источниками интерференции могут быть беспроводные локальные сети, работающие по стандарту 802.1 lb. Для борьбы с замираниями и интерференцией в технологии Bluetooth используется метод скачкообразной перестройки частоты
(Frequency Hopping — FH). Как говорилось ранее, в этом методе псевдослучайным
образом выбираются 79 доступных частотных каналов, шириной 1МГц. В снеци-
фикации Bluetooth 1.1 процесс выбора частоты происходит без учета помеховой
обстановки. Адаптивная перестройка частоты (Adaptive Frequency Hopping —
AFH) предполагает активное изменение алгоритма перестройки частоты с учетом
анализа спектра, и таким образом, позволяет предотвращать интерференцию. Данный метод будет предусмотрен в спецификации Bluetooth 1.2 как наиболее перспективный и простой для реализации.
На рис. 3.30 изображена схема работы устройства Bluetooth в ISM диапазоне.
Устройство Bluetooth меняет частоту 1600 раз в секунду, псевдослучайным образом выбирая для работы канал шириной 1 МГц. Выбор канала происходит независимо от наличия других активных устройств, занимающих ISM диапазон. Если
рассматривать работу устройства Bluetooth, то оно использует весь ISM диапазон,
но в конкретный момент времени — лишь малую его часть. Это позволяет устройству Bluetooth уменьшать эффект замирания, а так же интерференцию.
а со
Рис. 3.30. Использование спектра устройством Bluetooth. Расширение спектр
скачкообразной перестройкой частоты (FHSS)
На рис. 3.31 представлена схема работы беспроводной локальной сети 802.1 lb.
Очевидно, что сети, работа которых изображена на рис. 3.30 и рис. 3.31, будут ча-
Рис. 3.31. Работа беспроводной LAN 802.1 lb. Расширение спектра с помощью прямой
последовательности
стично перекрывать частоты и мешать работе друг друга, если они работают в не-
посредственной близости друг от друга. Так как сети 802.1 lb работают на фиксированной частоте, а сети Bluetooth использует скачкообразную перестройку частоты,
очевидно, что есть смысл реализовывать схемы исключения занятых частотных каналов именно в сетях Bluetooth.
Требуется найти метод определения интерференции, который использовался бы
устройствами Bluetooth для: изменения алгоритма перестройки частоты для избежания интерференции; оповещения других членов пикосети об изменении последовательности перестройки частоты; периодической переоценки состояния каналов.
Адаптивная перестройка частоты, это способ уменьшения интерференции. AFH
для Bluetooth может быть определена четырьмя основными методами:
• Классификация канала — метод определения источника интерференции путем
проверки КАЖДОГО канала.
• Управление связью — координация и распределение AFH-данных членам пи
косети Bluetooth (производится с помощью специальных LMP-команд).
• Модификация последовательности перестройки частоты — исключение воз
действия источника интерференции с помощью выборочного уменьшения количе
ства каналов, по которым производится перестройка частоты.
• Поддержка канала — метод периодической переоценки каналов.
Классификация канала включает обнаружение сети, создающей интерференцию.
Для этого существуют различные методы, такие как RSSI-измерения, оценка количества ошибочных пакетов и др. У каждого метода есть свои преимущества и недостатки. Например, RSSI позволяет устройству пассивно оценивать каждый канал и
проводить оценку за один тайм-слот, длиной 625 миллисекунд. Методы, требующие доставки пакета, позволяют оценить возможность посылать пакеты по линии
связи point-to-point, однако, эти методы могут быть слишком медленны, их работа
зависит от типа передаваемого пакета.
При оценке качества канала, каждый канал классифицируется как «хороший»
(т.е. свободный), или «плохой» (т.е. занятый). В этом случае в пикосети используется управление связью для координации и распределения данных о состоянии каналов. Несмотря на то, что оценка качества канала может производиться каждым
устройством в сети, мастер-устройство работает как главный «распределитель» последней информации о состоянии каналов. Мастер-устройство выполняет это, посылая специальные команды протокола управления связью (LMP) устройствам,
определяя, какие частоты были добавлены или исключены из списка доступных
каналов. Таким образом, для того, чтобы устройства в пикосети использовали
AFH, необходимо, чтобы мастер-устройство использовало AFH.
Как только набор свободных для использования каналов определен, каждое устройство получает соответствующие данные и должно изменить последовательность перестройки частоты, для того чтобы избежать использования занятых каналов. Эта модификация должна быть синхронизирована (по времени и частоте)
Между всеми устройствами, которые входят в пикосеть.
Когда пикосеть Bluetooth использует меньшее количество частотных каналов
необходимо периодически проводить классификацию каналов, управление связьт
и модификацию последовательности перестройки частоты (т.е. поддержку канала)
Этот процесс должен происходить достаточно регулярно для того, чтобы отслеживать изменения в состоянии каналов. В том случае, если мобильное устройство
окажется в непосредственной близости с пикосетью Bluetooth (либо если устройство увеличит излучаемую мощность), оно будет создавать интерференцию. Регулярная поддержка канала должна быть сбалансирована со «спящим» и «маломощным» режимами работы различных устройств, для координирования и синхронизации AFH-данных.
Ниже рассмотрен пример иллюстрирующий ситуацию, в которой пикосеть
Bluetooth работает в непосредственной близости с системой 802.lib. В этом случае
определяется качество канала и эта информация распространяется между всеми
устройствами в пикосети. Ширина полосы частот, занимаемая системой 802.lib,
будет составлять 22 МГц. При этом, как показано на рис.3.32, устройства Bluetooth
не будут использовать занятую ПОЛОСУ частот.
Рис. 3.32. Сосуществование Bluetooth и одной системы 802.11b с использованием AFH
На рис. 3.32 изображен случай, когда с помощью метода AFH удается избежать
использования выбранных «плохих» каналов. На рисунке 3.33 представлено дерево решений для AFH-модуля Bluetooth.
Рис. 3.33. Блок-схема AFH-выбора частоты
Такой метод улучшает обратную совместимость с устройствами, не использующими AFH, но работающими в этой же пикосети.
Использование адаптивной перестройки частоты в технологии Bluetooth помогает справиться с перегрузками ISM диапазона, в котором работает все большее количество устройств. Метод AFH специально направлен на уменьшение интерференции от устройств, работающих на фиксированных частотах, таких как 802.11b,
микроволновых печей и т.д. Исключение использования занятого спектра позволяет
Bluetooth достигать большей пропускной способности и улучшать качество ус.,vr(QoS).
Преимущества AFH распространяются не только на Bluetooth системы. Система, работающая на частотах, которые не использует AFH-система Bluetooth, также будет иметь большую пропускную способность (например, 802.11b), или лучшее качество передаваемого голоса (например, беспроводной телефон). Это на зывается «принципом добрососедства», когда устройство Bluetooth, которое может создавать интерференцию другим устройствам, не использует занятые частотные каналы.
Адаптивная перестройка частоты делает возможным сосуществование
Bluetooth-систем с другими системами, также использующими ISM диапазон, потому что каждая система избегает использования занятой части спектра. Из-за того, что уменьшится число конфликтов, уменьшатся задержки (времена ожидания),
т.к. сократится количество повторных передач. Уменьшение количества повторных
передач повлечет за собой уменьшение излучаемой мощности.
По мере того, как количество источников интерференции в пространстве увеличивается, из AFH-последовательности перестройки частоты исключается все большее количество каналов. Без использования AFH, характеристики Bluetooth-системы будут постепенно ухудшаться. Применение AFH-системы имеют целью
иметь устойчивую связь до момента работы минимального числа каналов. Если
Bluetooth-система, работающая на минимальном количестве каналов (15 в соответствии с FCC, или 20 в соответствии с ETSI), продолжает испытывать интерференцию, пропускная способность и надежность начнут уменьшаться из-за того, что
должны использоваться заведомо «плохие» частотные каналы.
Чем больше количество частотных каналов, которые использует AFH-система,
тем больше эта система создает интерференции. Минимальное количество каналов, которое должна использовать FHSS-система обычно определяется органами
государственного регулирования, которые контролируют использование частотного спектра. Федеральная комиссия по связи установила минимальное количество каналов, равное 75, а в 2002 году был создан документ «Замечание к предполагаемым правилам использования» (Notice of Proposed Rule-Making — NPRM),
предлагающий уменьшение минимального количества каналов до 15. Предложение NPRM актуально и вероятно не встретит возражений. Европейский институт
стандартов по телекоммуникациям уже разрешает FHSS-системам уменьшать количество частотных каналов до 20. В использовании разумных методов избежа-
ния коллизий, таких как адаптивная перестройка частоты, заинтересованы не
только распорядительные органы, но и производители, а также конечные пользователи.
По понятным причинам, предпочтительнее, чтобы в пикосети Bluetooth работали устройства, поддерживающие AFH. Это вполне достижимо, т.к. мастер-устройство всегда может определить, какие устройства поддерживают AFH, а какие нет.
Таким образом, мастер-устройство может работать как в обычном режиме, так и в
AFH-режиме.
Возможность AFH улучшать работу устройств Bluetooth при наличии интерференции, делает этот метод привлекательным. Возможность метода AFH улучшать
работу различных устройств очень важна для компаний или пользователей, которые используют РАЗЛИЧНЫЕ беспроводные сети в непосредственной близости
друг от друга. Увеличение надежности, уменьшение задержек и возможность сосуществования с другими сетями делает метод AFH очень привлекательным для использования в системах Bluetooth [30].
Для достижения малых размеров устройств Bluetooth, требуемых, например, для
голосовых приложений или для использования в беспроводном телефоне, необходимы малогабаритные VLSI-схемы и компактные корпуса чипов. При производстве RF модулей преимущественно должна быть использована технология низкотемпературной совместно обожженной керамики (Low Temperature Cofired Ceramic —
LTCC), т.к. она позволяет хорошо интегрировать пассивные элементы. При производстве схем Bluetooth должны использоваться технологии полупроводниковых
процессов с малым током потребления, такие как комплементарная металло-оксидная полупроводниковая (Complementary Metal Oxide Semiconductor — CMOS)
и биполярная CMOS технология (BiCMOS). Все это наряду с эффективно спроектированным чипом, программной оптимизацией и оптимизированным управлением мощностью позволяет снизить себестоимость устройств.
3.11. Пути снижения себестоимости проектируемых устройств
Bluetooth
Существует несколько технических и коммерческих условий, которые следует учитывать при проектировании Bluetooth-систем. Основными факторами успешного
проектирования устройств являются: простое управление, низкая стоимость, ма лые габаритные размеры и низкое потребление мощности [31].
Технические требования Bluetooth удовлетворяют критерию простого управления.
Остальные критерии могут быть удовлетворены компаниями, производящими
полупроводниковые электронные компоненты Bluetooth. Говоря о стоимости, надо
иметь в виду, что она складывается из стоимости системы, ее разработки и производства.
Стоимость системы зависит от количества интегральных схем в сборке чипа и
количества и типа требуемых внешних компонентов. Очевидно, что здесь решающими являются схемы с очень высокой степенью интеграции (Very Large Scale
Integration — VLSI), а именно содержащие память, фильтры и т.д. и изготавливаемые на подложках большого диаметра.
Оптимизация программного обеспечения, используемого в системе, позволяет
уменьшить необходимый объем памяти и как следствие уменьшить стоимость
Bluetooth устройства. Для производства малого и среднего количества модулей
Bluetooth, собственная (внутрифирменная) разработка этих модулей слишком дорога, поэтому рекомендуется использовать законченные решения от сторонних
производителей. Стоимость производства может быть уменьшена за счет малого
времени производственного цикла. Кроме того, для уменьшения стоимости производства общее количество компонентов в любом изделии Bluetooth должно быть
сведено к минимуму.
Рис. 3.34. Эволюция решения radio/controller неизбежно приводит к разработке одночипового
решения, совмещающего функции RF и Baseband
В качестве примера тесных рабочих взаимоотношений между поставщиками устройств и производителями оборудования Bluetooth можно привести опыт сотрудничества фирмы Philips Semiconductors и Ericsson Inc., создавших партнерство для
разработки блока чипов Bluetooth. Как участник этого партнерства, компания
Philips предоставила свою платформу специализированных интегральных схем
(Application Specific Integrated Circuit — ASIC), свою технологию процессов
CMOS и QuBIC, и опыт массового производства чипов для систем цифровой европейской беспроводной связи (DECT). (Стандарт DECT подобен Bluetooth в отношении требований к компонентам радио и baseband-обработки.) Как производитель оборудования и соучредитель Bluetooth SIG, компания Ericsson сделала вклад
в обеспечение взаимодействия в виде своего ядра «Golden Bluetooth Core», наряду
с программным обеспечением и проведением производственных испытаний.
На рис. 3.34 изображен процесс эволюции проектирования Bluetooth от первоначальной ASIC до последнего VLSI решения на двух чипах.
Первоначальное проектирование включало baseband-процессор VWS26002 и
RF-приемопередатчик UAA3558. Разработка baseband-процессора Bluetooth с интегральным процессором ARM (компания Advanced RISC Machines — производитель микропроцессоров (http://www.arm.com)) началась еще в 1999 году и привела
к созданию baseband-процессора модели VWS26002, подходящего для работы в режиме point-to-point.
Модель приемопередатчика UAA3558 построена по схеме с низкой промежуточной частотой (Low Intermediate Frequency — LIF), и благодаря этому она экономически эффективна и хорошо интегрирована.
Одним из последних решений является высоко интегрированное построение устройства на двух чипах с baseband-контроллером модели PCD87750 (с кодовым названием «Blueberry») и приемопередатчиком UAA3558. Baseband-контроллер
PCD87750 (рис. 3.35) содержит мощный 32-х битный микропроцессор
ARM7/TDMI, процессор Ericsson Bluetooth Core (ЕВС), 384-х килобайтную многократно программируемую память (MultiTime-Programmable — МТР) вместе со
SRAM емкостью 64 кбит (для использования с программным обеспечением
Ericsson) или 32 кбит (для оптимизированного программного обеспечения Philips).
Для поддержки максимально большого диапазона приложений были интегрированы несколько интерфейсов: последовательно-параллельные интерфейсы (Serial
Parallel Interface — SPI), импульсно-кодовая модуляция (РСМ), универсальная последовательная шина (USB), интерфейс универсального асинхронного приемопередатчика (UART) и двадцать один ввод/вывод общего назначения (General Purpose
Input Output — GPIO) вместе с аналого-цифровым преобразователем (Analog-toDigital Converter — ADC) для передачи речи. Чип спроектирован для производства
с технологическими нормами 0,25-микрон CMOS-технологии с напряжением питания +2,7 VDC и поставляется в компактном корпусе LFBGA81, размером 9 x 9 мм.
Приемопередатчик модели UAA3558 включает в себя все требуемые функции
передатчика и приемника, включая генератор, управляемый напряжением (Voltage
Controlled Oscillator — VCO) и схемы синтезатора частоты. Благодаря своей LIF
архитектуре, все фильтры могут быть интегрированы и не надо будет использовать
дорогие дополнительные фильтры на поверхностных акустических волнах (Surface
Acoustic Wave — SAW) или керамические фильтры.
Требуется менее 40 внешних компонентов, вместе с конденсаторами и резисторами. Это составляет примерно половину от количества компонентов, требуемых
для построения Bluetooth радио стандартного супергетеродина.
Чувствительность приемника UAA3558 достигает —90 дБм и, следовательно, на
20 дБм лучше, чем соответствующий параметр, указанный в технических требованиях Bluetooth. Baseband-контроллер управляется быстродействующей трехпроводной последовательной шиной. Принимая во внимание потери на соединение
между блоком и антенной, уровень сигнала RF выхода составляет +4 дБм для до-
Рис.3.35. Baseband-контроллер содержит ядро мощного микропроцессора и встроенную память
стижения мощности передатчика 0 дБм. Для увеличения зоны действия системы
Bluetooth при необходимости может быть подключен дополнительный усилитель
мощности. Схема приемопередатчика UAA3558 спроектирована для BiCMOS процесса, который требует технологических норм минимум 0,5 микрон. Приемопередатчик может поставляться в корпусах LQFP32 или VQFN32. Оба корпуса имеют
размеры 5 x 5 мм. Конструирование изделий с использованием этой интегральной
схемы оказывается сравнительно простым и при производстве не требуется никакой настройки. На рис.3.36 изображена экспериментальная плата приемопередатчика Bluetooth с дополнительным усилителем мощности для увеличения дальности действия системы.
Чтобы еще больше упростить RF части системы Bluetooth, существует модель
полного радиомодуля BGB100 «TrueBlue». Модуль, габариты которого 12 х 12 х
12 мм, содержит ИС приемопередатчика.иАА3558 и все вспомогательные элементы схемы на подложке LTCC. Не требуется никаких дополнительных внешних
компонентов, а антенна и baseband-контроллер могут быть подключены прямо к
Модулю. Модуль позволяет получить мощность 0 дБм на соггласованную нагрузку
50 Ом. Для обеспечения электромагнитной совместимости (ElectromagneticCompatibility — EMC) модуль приемопередатчика помещается в экран.
Рис. 3.36. Схема приемопередатчика UAA3558
Увеличить дальности действия системы Bluetooth с 10 метров до 100 метров,
можно путем добавления выходного усилителя мощности (Power Amplifier — PA).
Для этой цели подходят два Тх-усилителя от Philips Semiconductors. Модель
UAA3591 обеспечивает высокий КПД и таким образом, имеет малое потребление
тока. Эта модель позволяет получить +23 дБм мощности на выходе, которая после
учета всех потерь обеспечивает приблизительно +20 дБм выходной мощности в
антенне. Этот усилитель размещается в корпусе MLF16, имеющем габариты 4 х
4 мм. Другим простым, но менее эффективным решением, является 2,4 ГГц-й усилитель типа BGA2450. Он позволяет получить выходную мощность около +20дБм
с КПД равным 30% и поставляется в корпусе SOT-457 с габаритами 3 x 3 мм.
Программное обеспечение Bluetooth для этого блока чипов имеет модульную
структуру. Philips Semiconductors предоставляет нижние уровни интерфейса хостконтроллера, которые включают программное обеспечение Ericsson и собственную
оптимизированную версию. Прикладное программное обеспечение, выполняемое
по техническим условиям заказчика, производят партнеры по программному обеспечению, такие как S3, Inventel, Widcomm и AVE.
Еще большее распространение рынка интерфейсов Bluetooth потребует дальнейшего снижения цен. Этого можно достигнуть путем создания одночипового решения, которое означает, что Радио Bluetooth должно быть интегрировано в RF
CMOS технологию. С применением 0.13 микронной технологии CMOS, эта цель
коммерчески может быть осуществима, хотя на практике придется решать сложнейшую задачу внутричиповой интерференции между RF и baseband сигналами.
Решение этой проблемы потребует нескольких циклов разработки. Как промежуточное решение может рассматриваться многочиповый модуль в котором RF и
baseband-чип расположены в общем корпусе [32, 33].
Необходимо иметь в виду, что разработка одночипового решения возможна
только при тесном сотрудничестве технологов с разработчиками и производителями оборудования.
3.12. Реализация Bluetooth в России
Как показали исследования, проведенные в рамках 7-го Бизнес Форума «Мобильные системы 2002», в России к технологии Bluetooth проявляется огромный интерес. Наиболее перспективными являются те области промышленности и народного
хозяйства, где требуется сбор и обработка большого количества одновременно измеряемых параметров, например, нефтепромыслы, металлургические заводы, жилищно-коммунальное хозяйство, медицина, специальные приложения.
Причина этого в совокупности достоинств новой технологии, главные из которых являются:
• сравнительно небольшой радиус действия, при малой мощности передатчика
и низкой потребляемой мощности;
• высокая устойчивость к интермодуляционным помехам и отсутствие влияния
устройств Bluetooth на обычную бытовую электронику;
• низкая стоимость — менее 30 долларов за устройство с последующей тенден
цией к снижению до 10 долларов и ниже.
Развитие технологии Bluetooth в России идет по трем направлениям [20]:
• Дистрибьюция элементной базы от известных фирм производителей.
• Инженерная интеграция, заключающаяся в создании конкретных технических
систем на основе модулей Bluetooth.
• Разработка элементной базы Bluetooth.
В России основными дистрибьюторами компонентов Bluetooth являются ряд
компаний, находящихся в Москве и С.-Петербурге. Компании-дистрибьюторы реализуют в основном элементную базу от известных фирм Ericsson и Philips. Инженерная интеграция, вызвавшая большой интерес, сдерживается на современном
этапе недостаточным информационным обеспечением и «сыростью» технических
решений (особенно для радиоблока).
Разработка элементной базы для Bluetooth ведется в направлении создания как
одночиповых модулей (baseband-контроллер + приемопередатчик), так и раздельных блоков. Примером тому служат baseband-контроллер PCD87751(52) и приемопередатчик UAA3558(59) от фирмы Philips или совмещенный модуль ROK 101
008 от фирмы Ericsson.
Использование той или иной концепции построения вызывает много дискуссий,
Которые основаны как на технических аспектах, так и пользовательских, и на
взгляд авторов, должны определяться кругом решаемых задач.
Для проектирования модулей Bluetooth необходима развитая технологическая
база, включающая в себя современный САПР, проектно-технологическую базу
данных (Design Kit) фирмы изготовителя, состоящую из набора программных
средств, библиотеки стандартных элементов и т.д.
В настоящее время элементы baseband-контроллеров Bluetooth в основном разрабатываются и изготавливаются на базе ARM-подобных процессоров (ARM7
TDM1) по субмикроиной технологии с проектными нормами 0.13 мкм или
0.18 мкм. В России таких технологий нет. В тоже время, проведя тщательный ана-
лиз спецификации Bluetooth, в компании Kedah Electronics Engineering (KEE)
спроектирован baseband-модуль, для реализации которого достаточно 0.5 микронных технологических норм. Реализация такого модуля возможна на отечественном
предприятии электронной промышленности — заводе «Ангстрем».
Используя отечественные схемотехнические решения и дешевую отечественную
технологию можно изготавливать конкурентоспособный по цене baseband-модуль
Bluetooth в самое ближайшее время.
Изготовление радио модуля Bluetooth потребует не хуже чем 0.25 мкм технологических норм и для современной России представляется проблемной задачей [20
34].
В России специалистами фирмы Kedah Electronics Engineering (KEE) завершены тестовые испытания baseband-модуля отечественной разработки. На базе этого
модуля разработана телефонная трубка, в которой реализован профиль беспроводной телефонии и профиль передачи файлов (рис. 3.37). В этих изделиях применены радио модули от фирм Ericsson и Philips.
Раздел 4
ПРИЛОЖЕНИЯ BLUETOOTH
Беспроводная технология Bluetooth позволяет соединять широкий спектр вычислительных и телекоммуникационных устройств по радиоканалу. Технология может использоваться во многих областях жизнедеятельности, для различных целей.
В этом разделе рассмотрены наиболее распространенные приложения Bluetooth
[35,36].
4.1. Мобильный офис
Рис.3 .37. Беспроводные телефонные трубки Bluetooth компании Kedah Electronics Engineering
Полученные в России результаты по разработке baseband-модуля Bluetooth позволяют сделать заключение, что при объединении усилий разработчиков и фирм
изготовителей, современная Россия в короткие сроки может быть интегрирована в
процесс разработки и создания конкурентно способных модулей Bluetooth [34].
С помощью беспроводной технологии Bluetooth можно организовать мобильный
офис, в котором все компьютеры и периферийные устройства, от клавиатуры и
«мыши» до принтеров, сканеров и факсов, соединяются между собой без проводов.
Для этого необязательно покупать новые устройства, достаточно приобрести соответствующий Bluetooth-адаптер. См. раздел 1, «Внедрение технологии».
Доступ к существующей проводной локальной сети, а также к сети Интернет может осуществляться через точки доступа Bluetooth. Точка доступа — это мост между проводной сетью и мобильными устройствами. В радиусе действия точки доступа любое устройство Bluetooth может подключиться к ресурсам локальной сети,
включая сетевые серверы, принтеры, электронную почту и Интернет. Это позволяет интегрировать персональные мобильные устройства в корпоративную сеть: синхронизация с сетевой информацией будет осуществляться мгновенно и незаметно
в любом месте офиса. Большинство точек доступа Bluetooth имеют расширенный
радиус действия и позволяют различным устройствам подключаться к ним на расстоянии до 100 метров, что вполне достаточно для офисной среды. Конфиденциальность связи обеспечивается технологией скачкообразной перестройки частоты,
а также процедурами аутентификации и кодирования.
4.2. Организация презентаций
Подготавливая презентацию с помощью программы PowerPoint, не потребуется огромного количества проводов для соединения ноутбуков, проектора и принтеров.
Достаточно просто поставить ноутбук около проектора, включить его, подождать
несколько секунд, чтобы они передали друг другу необходимые рабочие
параметры.
По одной радио линии ноутбук может посылать запросы на печать находящемуся поблизости принтеру, распределяя участникам презентации необходимые справочные материалы. Это существенно упрощает организацию встречи и сокращает
количество проводов для коммутации оборудования.
На рис. 4.1. представлен проектор Toshiba TLP-X10, имеющий специальный
слот для подключения Bluetooth адаптера.
Рис. 4.2. Ноутбук Sony PCG-C1 Picturebook, оснащенный технологией Bluetooth
4.4. Совместная работа групп пользователей
Рис. 4.1. Проектор Toshiba TLP-X10
4.3. Организация видеоконференций
При использовании беспроводной технологии Bluetooth организация видеоконференций сильно упрощается, так как отпадает потребность в установке и коммутации специального оборудования. Устройства Bluetooth автоматически обнаруживают друг друга и устанавливают беспроводное соединение.
Терминалом для проведения видеоконференций может служить ноутбук, оснащенный встроенной видеокамерой и беспроводной технологией Bluetooth, на котором установлена программа NetMeeting.
NetMeeting — это инструмент для видеоконференцсвязи, который позволяет организовывать аудио и видео контакты между участниками конференции в режиме
реального времени. Кроме того, программа NetMeeting обладает следующими возможностями:
• Пересылка файлов. В ходе конференции возможен обмен файлами с другими
пользователями.
• Совместная работа над документом. NetMeeting предоставляет возможность
совместного использования приложений. Например, пользователь может разре
шить удаленному собеседнику работать со своими офисными программами, при
чем, у удаленного пользователя эти программы могут быть не установлены.
• Общение в чате. Возможность обмена с собеседником текстовыми сообщениями.
• «Белая доска». Возможность обмена с собеседником графической информа
цией в интерактивном режиме (whiteboard). В этом случае у каждого участника на
экране ноутбука открывается дополнительное окно со всеми необходимыми функ
циями. Все действия (рисование, вставка фотографий, графиков и т.п.) отобража
ется у партнера в режиме реального времени.
Эти возможности существенно повышают эффективность совместной работы
участников видеоконференции.
На рис. 4.2. представлен ноутбук Sony PCG-C1 Picturebook, оснащенный встроенной видеокамерой и беспроводной технологией Bluetooth.
Со специальным программным обеспечением для ноутбуков и PDA можно использовать перо на устройстве ввода для того, чтобы снабжать комментариями документы PowerPoint, Excel, Word, фотографии в формате JPEG или другие приложения Windows. Все отметки, сделанные пером на устройстве передаются по постоянному (online) беспроводному соединению другим устройствам, организуя совместную работу группы пользователей. Изменения остаются на экране, позволяя сохранять документ на каждом устройстве или отправлять его по электронной почте.
Так как в силу своих размеров, офисные помещения позволяют использование
беспроводной технологии Bluetooth, различными компаниями разрабатываются
изделия для совместной работы групп пользователей. Электронная ручка ChatPen
СНА-30 от Ericsson «оцифровывает» рукописный текст (рис. 4.3). Она совместима
со стандартами Bluetooth и GPRS. ChatPen СНА-30 позволяет передавать текст на
сотовые телефоны, портативные компьютеры, PDA или отправлять их в Интернет.
Это устройство очень удобно при совместной работе с большой аудиторией. Выступающий поясняет свои слова, делает пометки, пишет, рисует схемы на специальном листе, при этом слушатели наблюдают его манипуляции на экранах своих
электронных устройств.
не. 4.3. Электронная ручка ChatPen CHA-30
4.5. Синхронизация данных
Устройства Bluetooth могут выполнять отправку сообщений на устройства, которые выключены или находятся в спящем режиме. Например, когда сотовый телефон получает сообщение, оно может быть отправлено на портативный компьютер,
даже если он выключен и упакован в чехол. Таким образом, технология Bluetooth
может использоваться для синхронизации данных между различными портативными устройствами.
• Обмен файлами
При посещении выставки или презентации необязательно уносить в руках большое количество печатных материалов (прайс-листов, пресс-релизов и т.п). Достаточно переписать себе на мобильное устройство с поддержкой Bluetooth любую
интересующую информацию, чтобы потом дома с ней разобраться. Подобным образом может производиться и обмен электронными визитными карточками между
ноутбуками или PDA пользователей.
• Сканеры
Экономичность и малые габариты модулей Bluetooth позволяют встраивать их в
миниатюрные устройства. Например, шведская компания С Tech предлагает устройство Magic Stick, которое совмещает некоторые функции портативного компьютера и сканера (рис. 4.4). Устройство Magic Stick включает 5 модулей: процессор, память, батарею, фотокамеру и модуль Bluetooth. В зависимости от решаемой
задачи модули можно заменять, превращая Magic Stick в цифровую камеру, сканер
или компьютерное перо, которое можно использовать еще и в качестве «мыши».
Благодаря поддержке Bluetooth считываемые сканером имена, адреса и телефоны
можно передавать в записную книжку PDA, сотового телефона или настольного
компьютера, отсканированные URL можно передавать непосредственно на браузер, а сделанные фотографии сохранять в виртуальном альбоме. Двусторонние словари позволяют переводить отсканированный текст, например, с английского на
русский, и наоборот.
щью электронных книг, оснащенных беспроводной технологией Bluetooth
(рис. 4.5), можно проводить обмен книгами между устройствами, просто помещая
электронную книгу в зону действия компьютера, на котором находится электронная библиотека.
не. 4.5. Устройство PDA компании FIC, имеющее функцию еВоок
• Беспроводная печать
Беспроводная печать является типичным сценарием использования Bluetooth в
домашней или офисной среде. По радиоканалу Bluetooth цифровая фотокамера
может передавать фотографии прямо на принтер для распечатки. Кроме того, фотокамера может отправлять отснятые изображения на рабочую станцию для редактирования или на сотовый телефон, через который фотография может быть отправлена по электронной почте. Компанией Sony создана цифровая камера DSCFX77 с Bluetooth модулем (рис.4.6), позволяющая передавать изображения на расстояния до 10 метров.
Рис. 4.4. Устройство Magic Stick, поддерживающее беспроводную технологию Bluetooth
• Электронные книги
С появлением электронных книг, появится возможность получать электронные
версии печатных изданий из сети Интернет от online-нродавцов и загружать их на
настольный или портативный компьютер. Таким образом, компьютер становится
электронной библиотекой, из которой можно выбирать и записывать определенные электронные книги. Через библиотекаря (управляющая программа для работы
с библиотечными материалами), который хранит книги на компьютере, можно передавать электронные книги (а также собственные документы), на специальное
портативное устройство, имеющее функцию электронной книги (еВоок). С помо-
Рис. 4.6. Цифровая камера Sony DSC-FX77, оснащенная Bluetooth модулем
4.7. Bluetooth в промышленности
Рис. 4.7. Точка доступа BlueStation-VlOO компании ClipComm
Кроме того, в зоне действия сотовой сети доступ в Интернет может осуществляться через мобильный телефон, который передает данные на ноутбук или PDA
по интерфейсу Bluetooth.
Для доступа к корпоративным файлам и базам данных разработаны специальные точки доступа Bluetooth для корпоративных сетей. Этот сценарий может особенно эффективно использоваться для доступа к базам данных на промышленных
предприятиях, в медицинских учреждениях, торговых залах и других местах, где
требуется сбор и обработка большого количества одновременно измеряемых параметров.
Американская компания Red-M развернула беспроводную сеть Bluetooth в Университетской клинике (Universitaetsklinik) немецкого города Майнц. Сеть проведена в отделении нейрохирургии и позволяет врачам вводить информацию о пациентах в базу данных клиники, используя ручные компьютеры на базе Palm
(рис. 4.8) и программное обеспечение, разработанное немецкой фирмой ш Creations. Технология Bluetooth призвана облегчить труд врачей, которые по немецким законам обязаны записывать диагнозы и процедуры, назначаемые каждому
пациенту, согласно международным классификационным кодам, хранящимся в базе данных клиники (система SAP R/3). До введения сети Bluetooth в эксплуатацию врачи вручную искали и записывали эти коды, которые потом вводились в
систему. С помощью Bluetooth любая информация о пациентах получается и отображается на экранах ручных компьютеров обслуживающего персонала. Сетевая
инфраструктура Red-M полностью функциональна и не мешает работе медицинского оборудования [38].
Современные программные и аппаратные средства для систем контроля и управления предоставляют новые возможности для автоматизации на фабриках, заводах
по производству материалов, переработке отходов и т.д [39].
В различных отраслях промышленности технология Bluetooth может эффективно использоваться для сбора, хранения и обработки данных, характеризующих основные аспекты деятельности предприятия, обеспечивая их оперативное предоставление ведущим сотрудникам. Такими данными могут быть, в частности, сведения о состоянии производственных процессов, диспетчерские сводки, плановые и
финансовые показатели.
Примером может служить комплекс «Сибинтек-мобильный офис», установленный на Куйбышевском нефтеперерабатывающем заводе. Ядром системы является
выделенный сервер с защищенным доступом в Интернет. Сервер обеспечивает
прием и архивирование данных, поступающих как от системы управления деятельностью предприятия, так и от комплекса автоматизации технологических процессов. Вся необходимая для поддержки решений информация передается по локальной сети из подобных систем на центральный сервер. Клиентскими устройствами
сети служат мобильные телефоны и PDA, связь с которыми осуществляется на базе технологии Bluetooth. Для взаимодействия с мобильными абонентами используется сеть GSM/GPRS.
Компания Oceana Sensor Technologies разработала систему, позволяющую заменить кабели, соединяющие сенсоры с системой сбора и обработки данных. Специальный модуль Oceana ICHM 20/20 (рис. 4.9) принимает сигналы от сенсоров температуры, давления, перемещения и вибрации, конвертирует аналоговые сигналы в
цифровые и передает их по радиолинии Bluetooth на приемник, который с помощью проводного соединения может быть подключен к контрольно-измерительным
приборам, программируемому логическому устройству управления, распределенной системе управления или другим системам.
Рис. 4.9. Модуль Oceana ICHM 20/20
Рис. 4.8. Ручной компьютер Palm m500
Подобные сенсорные системы могут найти применение в следующих отраслях
промышленности:
• Управление производственным процессом
• Нефтеочистительные заводы
• Заводы по производству целлюлозы и бумаги
• Шахты, рудники
• Производство и распределение электроэнергии
• Обработка и распределение воды
• Обработка сточных вод
• Вентиляция и кондиционирование воздуха
Эта и другие системы позволяют разворачивать распределенные беспровод ные сенсорные сети, в которых показания сенсоров температуры, давления, вибраций, перемещений, а также газоанализаторов, химических и магнитных датчиков передаются через Bluetooth-узлы на мобильные терминалы обслуживающего персонала, на базы данных в стационарных компьютерах, или на систему управления.
Особенно эффективно беспроводные сенсорные сети будут использоваться на
различных подвижных платформах, конвейерах, вращающихся установках, т.е.
там, где прокладка проводов затруднена или невозможна.
4.8. Bluetooth в медицине
Такие характеристики технологии Bluetooth, как экономичность, малогабаритность компонентов, гибкость и простота интеграции позволяют разрабатывать широкий спектр приложений для медицины [38, 40].
Специалисты шведского технологического университета в г. Лулео сконструировали датчики для измерения артериального давления и частоты пульса. Для передачи результатов измерений используется технология Bluetooth. Сигналы датчиков передаются на компьютер, где происходит обработка данных и откуда, в случае
необходимости, посылается сигнал медсестре или врачу. Такая система применима
для больных, нуждающихся в постоянном наблюдении. Этот способ ухода за больными позволяет справиться с возникающими проблемами на ранней стадии их возникновения.
Компания Orvitus, крупный производитель медицинского оборудования, разработала устройство MobiMed с поддержкой технологии Bluetooth (рис. 4.10). Это
устройство позволяет измерять такие параметры состояния пациента как кровяное
давление, электрокардиограмма (ЭКГ), частота пульса и степень насыщения крови
кислородом. Оно состоит из двух частей: миниатюрного компьютера с программным обеспечением MobiMed и измеряющего модуля (датчика), который фиксирует параметры пациента. Обычно в таких системах один или несколько датчиков
соединяются с компьютером с помощью провода. В приборе, разработанном компанией Orvitus, проводное соединение заменено радио линией Bluetooth.
Главным преимуществом такой системы является то, что она позволяет наблюдать за состоянием пациента, предоставляя последнему полную свободу передвижения, что было невозможно при использовании соединительных кабелей.
Рис. 4.10. Измеряющий модуль MobiMed компании Orvitus
Подобным образом различные медицинские приборы могут быть подключены к
настольным или портативным компьютерам медицинского персонала. Беспроводной мониторинг с использованием технологии Bluetooth позволяет проводить
мгновенный сбор данных о состоянии пациентов, и их обработку для принятия быстрого решения.
Подобные системы найдут применение не только в больничных палатах, операционных, машинах скорой помощи, но и позволят проводить полноценное диагностическое обследование в домашних условиях, не мешая пациенту заниматься привычными делами. В этом случае параметры пациента могут передаваться в клинику по сети Интернет.
Предполагаемый контингент:
• Здоровые люди, заботящиеся о своем здоровье;
• Пожилые и престарелые;
• Работники, нуждающиеся в периодическом контроле состояния здоровья;
• Люди с хроническими сердечно-сосудистыми и респираторными заболеваниями;
• Стационарные больные, переведенные на амбулаторный режим.
Создание центров удаленного мониторинга позволит сократить срок пребывания
больных в стационаре, вследствие чего уменьшатся расходы на здравоохранение.
4.9. Bluetooth в доме
Радиус действия устройств, использующих беспроводную технологию Bluetooth,
позволяет эффективно использовать их в пределах квартиры или частного дома.
Компанией ClipComm разработано решение BlueStation-A100 (рис. 4.11).
BlueStation-АЮО — это функциональный телефон с дополнительными возможностями Bluetooth-точки доступа к LAN и PSTN. BS-A100 позволяет сотовому телефону или PDA, оснащенному Bluetooth, работать как PSTN телефон. Базовая
станция BS-A100 также предоставляет мобильным устройствам, находящимся в
зоне действия, простой, конфиденциальный и высокоскоростной доступ к домашней локальной сети и глобальной сети Интернет.
BS-A100 предназначается для персонального использования в домашней среде.
Эта базовая станция просто заменяет существующую настольную беспроводную
телефонную станцию, позволяя использовать сотовый телефон в качестве порта-
тивного радиоудлинителя. При этом не требуется оплачивать звонки сотовому оператору. Личная информация, (такая как содержимое телефонной книги) в мобильном устройстве может быть синхронизирована с BS-A100, что освобождает от ее
повторного введения. При регистрации нового телефонного номера его можно использовать и на сотовом телефоне, и на BS-A100.
Устройство BS-A100 также выполняет функции точки доступа Bluetooth, которая позволяет организовать беспроводное соединение мобильных терминалов с
LAN и xDSL-модемами, кроме того BS-A100 имеет Ethernet-интерфейсы 10/100
Base-T и поддерживает соединения point-to-multipoint.
Рис. 4.11. BlueStation-AlOO компании ClipComm
4.10. Bluetooth в автомобиле
Беспроводная технология Bluetooth делает доступным широкий спектр цифровых
устройств для беспроводного обмена информацией в пределах автомобиля — всё от
сотовых телефонов и пэйджеров до портативных компьютеров.
Фирмой Motorola создана система Bluetooth CarKit (рис. 4.11), которая автоматически распознает мобильный телефон и взаимодействует с большинством автомобильных аудиосистем. Во время входящего звонка система выключает звук автомагнитолы и голос звонящего транслируется через автомобильные колонки. Для
исходящих вызовов может использоваться голосовой набор.
Система устанавливает беспроводную голосовую связь с сотовым телефоном,
предоставляя возможности hands-free и громкой связи. Система Bluetooth CarKit
совместима со всеми мобильными телефонами, оснащенными радиосвязью
Bluetooth. Небольшая панель управления может размещаться, например, на «торпеде» автомобиля [41].
Рис. 4.12. Система Bluetooth CarKit компании Motorola
Это и другие изделия от разных производителей могут сделать любой сотовый
телефон Bluetooth телефоном hands-free, без дорогой установки в салон автомобиля. Так как все изделия Bluetooth совместимы между собой, они могут подбираться
для использования в автомобиле, независимо от модели, марки, производителя и
операционной системы.
Кроме того, при внедрении технологии Bluetooth внутрь некоторых запасных ча-I
стей автомобиля, появляется возможность самодиагностики автомобиля с оповещением водителя обо всех неполадках.
Финская компания Nokian Tyres, производящая автопокрышки, создала устройство RoadSnoop, которое уведомляет водителя о падении давления в шинах
(рис. 4.13). Шины снабжаются датчиками, регистрирующими давление в них, и эти
данные передаются либо на специальный монитор, установленный в поле зрения
водителя, либо на его мобильный телефон с поддержкой Bluetooth (рис. 4.14).
Устройства крепятся к диску колеса при помощи ленточных хомутов, не влияющих на балансировку (рис. 4.15). После выполнения шиномонтажных работ и установки нормального давления в шине система запомнит его в качестве эталонного.
Ее питание осуществляется от батареи, которой хватает на пять лет. Срок службы
самих датчиков — около 10 лет.
Кроме того, RoadSnoop может быть интегрирована в общую систему безопасности автомобиля, что сулит еще более заманчивые перспективы. К тому же, пользуясь возможностью связи с сетью Интернет, система может напомнить о сезонной
смене резины, а также подсказать правильные параметры давления в зависимости
от загрузки автомобиля.
4.11. Системы оплаты
С использованием технологии Bluetooth возможно беспроводное соединение мобильных телефонов и других видов портативных устройств, например, с бензоколонкой. Таким образом, при заказе необходимого количества бензина определен-
tc. 4.13. Устройство RoadSnoop
Рис. 4.14.
Рис. 4.15. Крепление устройства RoadSnoop
ной марки стоимость бензина автоматически снимается со счета кредитной карты
через телефон покупателя. Беспроводная технология Bluetooth может быть использована подобным образом для оплаты проезда по железной дороге, на метро,
на других видах общественного транспорта; при покупке товаров в супермаркете,
билетов в кинотеатр, проходе на выставку, в музей, оплаты за парковку. При этом
экономится время покупателей [42].
Бензоколонки под управлением Windows СЕ, созданные компанией Tokheim
(рис. 4.16), снабжены передатчиками Bluetooth и подключены к центральному
серверу, что обеспечивает автоматическую беспроводную оплату топлива, например, при помощи сотового телефона. Кроме модулей колонки имеют встроенный
10-дюймовый ЖК-дисплей и выход в сеть Интернет, благодаря чему автомобилисты могут быстро узнать, как проехать в нужное место, а коммивояжеры, например, получить по электронной почте последний прайс-лист фирмы перед визитом к клиенту. Эта система протестирована компанией Mobil в ее системе
SpeedPass.
4.12. Ограничение использования мобильных телефонов
Беспроводная технология Bluetooth может предложить совершенно новые возможности, такие как автоматическое уменьшение громкости звонка или полное выключение сотовых телефонов, как только пользователь входит в так называемую «зону
молчания». Удобство сотовых телефонов неоспоримо, но иногда телефон может зазвонить во время деловой встречи, религиозной службы, или торжественного мероприятия, причиняя при этом беспокойство окружающим. Беспроводная технология Bluetooth может использоваться для ограничения использования сотовых
телефонов в определенных «зонах молчания», позволяя пользователю держать
свой сотовый телефон под рукой, не беспокоясь, что он неожиданно зазвонит, а организаторы деловых встреч и театральных представлений смогут, таким образом,
обеспечить комфортную обстановку [43].
Рис. 4.16. Бензоколонки Tokheim, оснащенные технологией Bluetooth
Компания BlueLinx Inc., новатор беспроводных технологий, предлагает устройство, которое предотвращает телефонные звонки в тех общественных местах, где
они нежелательны — в театрах, ресторанах и т.д. Устройство Q-zone использует
беспроводную технологию Bluetooth для создания специальных областей, где электронные устройства подают все звуковые сигналы на самом низком уровне громкости. Q-zone автоматически изменяет установки сотового телефона или любого другого малогабаритного электронного устройства на использование самых тихих
звонков или виброзвонков, при вхождении в определенную область, и восстанавливает все установки при выходе из этой области. Оно работает через систему узлов, установленных на всей площади «зоны молчания». Эти узлы формируют беспроводную сеть ближнего действия, которая позволяет обеспечить связь между
различными устройствами.
4.13. Мобильная электронная коммерция
Беспроводная технология Bluetooth будет играть ключевую роль в электронной
коммерции. Скоро можно будет избежать похода в магазин, а имея доступ в Интернет через мобильный телефон в любой точке мира, заказать и оплатить товары и
услуги. Некоторые мобильные телефоны уже имеют SIM-карты, которые могут
выполнять электронную оплату и хранить электронные деньги. Технология
Bluetooth позволяет считывать информацию с SIM-карты, не извлекая ее из телефона или другого портативного устройства [42].
На рис. 4.17 а, б представлен мобильный телефон Nokia 6310. Меню приложения
«Кошелек» состоит из трех модулей: «Карты», «Личные заметки» и «Настройки».
Специальный PIN-код призван сохранить в безопасности личную информацию
владельца «кошелька», например, сведения о кредитных картах, необходимые для
оплаты через Интернет.
Ericsson и Visa International относятся к числу компаний, которые разрабатывают платежные решения для покупки товаров и услуг через сеть Интернет с помощью мобильных устройств, включая сотовые телефоны и портативные компьютеры. Эти две компании разработали ряд платежных решений, которые используют
несколько дополнительных открытых стандартов, таких как Bluetooth, протокол
беспроводных приложений (WAP), а также протокол защиты электронных платежей (Secure Electronic Transaction — SET) и протоколы Europay-Master-Card-Visa
(EMV) для различных рыночных приложений.
Используя новые решения мобильной электронной коммерции, различные команпп смогут раскрыть дополнительные аспекты деловой деятельности, которые
6УДУТ быстро увеличиваться по мере появления новых портативных беспроводных
устройств. Это будет способствовать развитию приложений, таких как автоматы
для продажи газет, билетов, напитков, а также торговых терминалов, счетчиков оплаты за парковку и т.д.
4.14. Резюме
Очевидно, что использование беспроводной технологии Bluetooth возможно во
многих областях жизнедеятельности. Благодаря тому, что все устройства Bluetooth
работают по единому стандарту и полностью совместимы между собой вне зависимости от производителя, можно создать гибкую беспроводную среду Bluetooth для
каждого конкретного приложения.
На последних страницах книги приведен перечень компаний, занимающихся
разработкой различных приложений Bluetooth [24]: инфраструктуры для беспроводного доступа, различных Bluetooth-адаптеров, беспроводной телефонии, медицинского оборудования, систем hands-free и многого другого.
Рис. 4.17 а,б. Мобильный телефон Nokia 6310
Протокол защиты электронных платежей был разработан компанией Visa совместно с другими компаниями как открытый глобальный стандарт для обеспечения
безопасной электронной коммерции. Основанная на кодировании технология, разработанная компанией RSA Data Security, позволяет владельцам кредитных карт и
лицам, занимающимся оптовыми продажами, использовать программное обеспечение кодирования и идентификации, что позволяет владельцам кредитных карт отправлять их номера по сети Интернет в качестве оплаты.
Протоколы Europay-Master-Card-Visa определяют использование специальных
чипов в международных платежных системах.
Согласно прогнозам, в ближайшие десять лет при доступе в Интернет потребители будут все больше использовать мобильные телефоны и другие малогабаритные портативные устройства. Это значит, что банки Visa смогут предложить владельцам кредитных карт надежные платежные решения для покупки товаров и услуг в режиме on-line с помощью мобильного телефона.
Раздел 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
5.1. Будущее технологии Bluetooth
В заключение рассмотрим возможные направления дальнейшего развития беспроводной технологии Bluetooth [1, 18].
Специальная рабочая группа Bluetooth SIG разрабатывает новые профили, а
также новые возможности для изделий, которые используют беспроводную технологию Bluetooth.
При создании версии 1.1 технических требований, рабочая группа Bluetooth SIG
сосредоточилась на создании сценариев замены кабеля. Разработка профилей для
более «продвинутых» моделей использования была преднамеренно отложена. Это
позволило ускорить выпуск технических требований Bluetooth 1.1. Активно ведется
разработка новых профилей, спецификации которых доступны на официальном
сайте Bluetooth SIG (www.bluetooth.com).
Профили Bluetooth 1.1 не раскрывают полный потенциал, которым обладает
технология так как новые разработки порождают новые приложения для технологии.
5.2. Новые рабочие группы и профили
При разработке технических требований Bluetooth 1.1 было определено несколько
важных моделей использования, но в процессе развития технологии появилось несколько новых идей, и соответственно, новых моделей использования. Специальная рабочая группа инициировала создание нескольких новых рабочих групп для
развития этих моделей использования, большинство из которых приведет к созданию новых профилей. Эти рабочие группы будут работать в трех ключевых областях: коррекция и преобразование технических требований Bluetooth 1.1; разработка дополнительных профилей; развитие и усовершенствование функций Радио и
Baseband.
Одним из основных требований для всех новых рабочих групп является условие
совместимости с техническими требованиями Bluetooth 1.1. Именно поэтому большинство разработок и дополнений в технические требования Bluetooth 2.0 воплотятся в профили: профили обеспечивают путь к внедрению новых функций и возможностей, не затрагивая уже существующие. Все профили, кроме профиля обще-
го доступа (GAP), являются опциональными. Протоколы в Ядре технических требований существенно не изменятся. В некоторых случаях могут быть разработаны
дополнительные возможности, но большая часть изменений и дополнений в технических требованиях Bluetooth 2.0 придется на профили.
5.3. Радио 2.0 и рабочие группы по совместимости
Рабочая группа Bluetooth Radio 2.0, возглавляемая компаниями Ericsson и Nokia,
проводит дополнительную разработку технических требований для приемопередатчика Bluetooth. Эта рабочая группа занимается вопросами увеличения скорости
передачи данных, улучшения функций Baseband протокола (в частности, усовершенствование процедуры запроса), обеспечения совместимости с другими технологиями, работающими в ISM диапазоне.
Следующая версия технических требований, Bluetooth 1.2, позволит устройствам проводить обмен данными со скоростями 2 и 3 Мбит/сек. Затем появится
Bluetooth 2.0, где скорость передачи данных увеличится до 4, 8 и 12 Мбит/сек. Новые версии спецификации не призваны заменить существующую версию, они
лишь дополнят ее, расширив возможности базового стандарта. Такие высокие скорости передачи данных позволят Bluetooth передавать Hi-Fi аудио и видео, и поставят Bluetooth в один ряд с сотовыми 3G системами.
К основным особенностям стандарта Bluetooth 1.2 следует отнести:
• Технологию адаптивной перестройки частоты, которая позволяет устройствам
Bluetooth не создавать интерференции для других устройств, работающих в диапа
зоне 2.4ГГц (в частности WLAN 802.1 lb/g);
• Функции ускоренного обнаружения устройств Bluetooth и установки соедине
ния с ними;
• Функция enhanced SCO (eSCO) для обеспечения лучшего качества передавае
мого голоса;
• Усовершенствованные функции QoS.
Устройства Bluetooth 1.2 и Bluetooth 2.0 сохранят обратную совместимость (т.е.
гарантию того, что существующие приложения будут работать в новом окружении)
с устройствами Bluetooth 1.1. Это значит, что устройства будут способны использовать два вида модуляции. Совместимость устройств Bluetooth версий 1.1 и 2.0
может быть достигнута следующим образом: все устройства связываются в режиме
Bluetooth 1.1, после чего договариваются перейти в режим Bluetooth 2.0, если все
эти устройства соответствуют техническим требованиям Bluetooth 2.0 [11].
Неизменными останутся основные принципы радио Bluetooth: дешевизна и малый (до 100 метров) радиус действия.
Для совместимости с другими технологиями, работающими в ISM диапазоне, создана рабочая группа по совместимости. Эта группа занимается проблемами интерференции и воздействия других технологий связи на радио линию Bluetooth. Сотрудничая с другими организациями, такими как консорциум HomeRF™, рабочие
группы IEEE 802.11 и IEEE 802.15, рабочая группа по совместимости создает реко-
мендации, позволяющие одновременную работу различных технологий в одной
среде.
5.4. Рабочие группы по расширению и усовершенствованию
Bluetooth
Специальной рабочей группой Bluetooth SIG были созданы следующие рабочие
группы для расширения и усовершенствования технических требований Bluetooth
1.1:
• Организация PAN
Рабочая группа по организации PAN, возглавляемая компаниями Intel и
Microsoft, занимается решением основных проблем организации IP-сетей, включая
секретность. В технических требованиях Bluetooth 1.1 не определяются общие решения для произвольной организации IP-сетей; рассматривается только коммутируемый выход в сеть и доступ к локальной сети с использованием протокола РРР.
Рабочая группа по организации сетей разрабатывала некоторые общие решения
для их организации, но из-за недостатка времени на разработку технических требований Bluetooth 1.1, создание полноценного профиля было отложено. Для продолжения этой работы была создана рабочая группа по организации PAN, работающая
над профилем, который обеспечит организацию надежной сети.
• Устройства интерфейса пользователя
В технических требований Bluetooth 1.1 не существует профиля для модели использования беспроводного компьютера. Эта рабочая группа, возглавляемая компанией Microsoft создана прежде всего для разработки этого сценария. Она работает с периферийными устройствами, такими как принтеры, сканеры, клавиатура,
мышь, джойстик, и т.д., и разрабатывает технические требования для работы этих
устройств с компьютером.
• Печать
Модель использования беспроводного компьютера описывает периферийные устройства, в том числе и принтеры, таким образом, беспроводная печать является
распространенным примером сценария использование Bluetooth. Рабочая группа
по печати, возглавляемая компаниями Hewlett-Packard® и Ericsson, работает над
различными моделями использования, которые включают запрос на печать по радио линии Bluetooth.
• Работа с фотоизображениями
Рабочая группа по фотоизображениям, возглавляемая компанией Nokia, работает над деталями обработки изображений в среде Bluetooth. Эта рабочая группа
формализует модель передачи изображения, а также работает над проблемами с
манипуляцией изображениями, для их последующей демонстрации или печати.
Таким образом, эта рабочая группа сотрудничает с рабочей группой по печати.
• Профиль расширенного обнаружения услуг
Рабочая группа по разработке профилей расширенного обнаружения услуг
(Extended Service Discovery Profiles — ESDP), возглавляемая компаниями
Microsoft и 3Com, работает над техническими требованиями в форме профилей,
которые определяют использование определенных протоколов обнаружения услуг
в среде Bluetooth.
5.5. Рабочие группы по разработке новых приложений
• Профиль автомобиля
Производители автомобилей выражают большую заинтересованность в использовании беспроводной технологии Bluetooth внутри автомобилей. Возглавляемая
компанией Nokia рабочая группа по созданию профиля автомобиля изучает решения для беспроводной связи в автомобиле, включая устройства и услуги организации доступа с использованием технологии Bluetooth, а также использование устоойств, таких как пэйджеры, мобильные телефоны и портативные компьютеры в
алоне автомобиля. • Аудио/Видео (AV) Эта рабочая группа,
возглавляемая компаниями Philips® и Sony®, выступает за
использование линий связи Bluetooth для качественного обмена аудио и
видео информацией. Эта рабочая группа занимается проблемами обработки
этого вида информации в среде Bluetooth.
• Локальное позиционирование
Рабочая группа, возглавляемая компаниями Microsoft и Nokia, исследует возможности использования беспроводной технологии Bluetooth как средства для обнаружения географического положения устройства (а в некоторых случаях, соответственно, и владельца устройства). Путем разумного применения особенностей
радио интерфейса ближнего действия, беспроводная технология Bluetooth может
использоваться для определения локального (в пределах здания) местонахождения устройства. Рабочая группа по локальному позиционированию призвана обеспечить схему для сбора такой информации и сделать ее доступной для приложе-
5.6. Структура беспроводной связи третьего поколения
Беспроводная технология Bluetooth — это одна из технологий, которая разрабатывалась для оптимизации использования мобильных мультимедийных систем
связи третьего поколения (3G), разработанных международным союзом телекоммуникаций (International Telecommunications Union — ITU) и региональными
организациями по стандартам. Различные беспроводные технологии объедини лись для предоставления пользователям постоянного глобального роуминга и
конвергенции голоса и данных, что приведет к расширению услуг и появлению
новых мультимедийных приложений. Этот проект, названный IMT-2000
(International Mobile Communications 2000 — международные мобильные коммуникации 2000), реализует как спутниковые, так и наземные системы для обслу живания фиксированных и мобильных пользователей в общественных и частных
сетях.
Сайты некоторых компании, занимающихся разработкой
Bluetooth
Рис. 5.1. Роль Bluetooth в глобальной беспроводной инфраструктуре связи третьего поколения
Проект имеет цель способствовать эволюции от современных национальных и
региональных 2G систем, которые несовместимы друг с другом, к грядущим 3G
системам, которые обеспечат пользователям взаимодействие, расширенную зону
покрытия и новые услуги. Роль ITU заключается в координировании многих родственных технологических разработок в этой области для содействия конвергенции национальных и региональных технологий беспроводного доступа. С набором
всемирно принятых спецификаций, все национальные и региональные производители оборудования смогут создавать системы и изделия, взаимодействующие между собой. Как глобальный стандарт, технические требования Bluetooth идеально
вписываются в структуру 3G. Рис. 5.1 дает представление о роли Bluetooth в глобальной беспроводной инфраструктуре связи третьего поколения
5.7. Роль Bluetooth в беспроводной связи третьего поколения
Радиосвязь третьего поколения (3G) будет первой сотовой радио технологией,
спроектированной для поддержки широкополосной передачи данных. Одной из
важнейших особенностей IMT-2000 является возможность глобального роуминга с
помощью одного дешевого терминала, который станет основой для беспроводной
связи, где доступ к информации и услугам будет доступен в любое время и в любом
месте. Технические требования Bluetooth будут поддерживать 3G системы, предоставляя широкий спектр услуг, расширяя возможности локализованных устройств,
таких как портативные компьютеры и PDA, как существующих, так и тех, которые
появятся в будущем.
Инфраструктура беспроводного доступа для предприятий
Bluesocket
www.bluesocket.com
Clipcomm
www.clipcomm.co.kr
Commil
www.commil.com
ConnectBlue
www.connectblue.com
HunTec Co, Ltd.
www.daouri.net
Inventel
www.inventel.com
Lesswire AG
www.lesswire.de
Pico Communications
www.pico.net
RTX Telecom
www.rtx.dk
Siemens
www.siemens.at/bluetooth
Tadlys
www.tadlys.com
Ubicom
www.ubicom.com
Widcomm
www.widcomm.com
Wireless Networks
www.wirelessnetworksinc.com
Инфраструктура беспроводного доступа для общественных мест
др^Ло
www.aptilo.com
Ericsson
www.ericsson.com
EXI Wireless Inc.
www.exi.com
Netario
www.netario.com
Tacl]yS
www.tadlys.com
xDSL, ISDN точки доступа. Беспроводные модемы. Беспроводная телефония.
Кедах Электронике Инжиниринг
www.kedah.ru
AVM Computersystems Vertriebs GmbH
www.avm.de
Clipcomm
www.clipcomm.co.kr
Ericsson
www.ericsson.com
EXI Wireless Inc.
www.exi.com
Fujitsu Devices Inc.
www.fdi.fujitsu.com
Global Sun Technology
www.globalsuntech.com
Hassnetlnc.
www.hassnet.com
HunTech Co, Ltd.
www.daouri.net
Inventel
www.inventel.com
LinTech
www.lintech.de
RTX Telecom
www.rtx.dk
Stollmann E+V GmbH
www.stollmann.de
Tadlys
www.tadlys.com
I Wireless Networks
www.wirelessnetworksinc.com
Точки доступа Bluetooth
Anycom
Axis Comunications
Blue2Space AB
Enhanced Messaging System Inc.
Free2Move
Fujitsu Devices Inc.
HunTec Go, Ltd.
Initium Co, Ltd.
Mindtree Consulting
Motah
Omron Corporation
Pan Asian Telecom
Pico Communications
Red-M
Siemens
SuperBT Canada, Inc.
Telecom Co, Ltd.
АЕРТЕС Technologies
www.anycom.com
www.axis.com
www.blue2space.com
www.emsg.com
www.free2move.se
www.fdi.fujitsu.com
www.daouri.net
www.initium.co.kr
www.mindtree.com
www.motah.co.jp
www.omron.com
www.3c2e.com.tw
www.pico.net
www.red-m.com
www.siemens.at/bluetooth
www.superbt.com
www.telecom.com.tw
Оборудование, совмещающее технологии Bluetooth и 802.11b
Bandspeed Inc.
www.bandspeed.com
Mobilian Corp.
www.mobilian.com
Possio
www.possio.com
Red-M
www.red-m.com
Silicon Wave
www.siliconwave.com
SuperBT Canada Inc.
www.superbt.com
Wireless Networks
www.wirelessnetworksinc.com
Bluetooth устройства и системы для различных отраслей промышленности
Bitstream
www.aeptec.com
Blue2Space AB
www.bitstream.se
Bluegiga
www.blue2space.com
connectBlue
www.bluegiga.com
Crossbow
www.connectblue.com
www.xbow.com
Impulsesoft
www.impulsesoft.com
Oceana Sensor Technologies
www.oceanasensor.com
Roving Networks
www.rovingnetworks.com
Wilcoxon
www.wilcoxon.com
Медицинское оборудование
Code Blue Communications
www.codebluecommunications.com
Dealcheck and Biochex Corp.
Health Frontier
Kivalo
Microinedical Industries
Nonin Medical
Ortivus AB
Pencil
www.dealcheck.com
www.healthfrontier.com
www.kivalo.com
www.micromedical.com
www.nonin.com
www.ortivus.com
www.penell.com
Bluetooth системы для автомобилей
Альтоника
Daimler Chrysler
ELSA
Johnson Controls
Kenwood Corporation
MobileAria
Motorola
Nokia
Parrot
Sony-Ericsson
Visteon Inc.
www.altonika.ru
www.daimlerchrysler.com
www.elsa.com
www.johnsoncontrols.com
www.kenwood.com
www.mobilearia.com
www.motorola.com
www.nokia.com
www.parrot.biz
www.sonyericsson.com
www.visteon.com
Портативные компьютеры с поддержкой Bluetooth
Compaq
www.compaq.com
Fujitsu Siemens Computers
www.fujitsu-siemens.com
Fujitsu
www.fujitsu.com
Hitachi
www.global.hitachi.com
Intermec
www.home.intermec.com
Nee Corporation
www.nec.com
Sony
www.vaio.sony-europe.com
Toshiba
www.csd.toshiba.com
Принтеры и адаптеры для принтеров
3Com
Anycom
Axis Communications
Epson
Hewlett Packard
MPI Tech
National Semiconductor
Nee Corporation
RFI Mobile Technologies
Sunderland Technologies Pte, Ltd.
www.3com.com
www.anycom.com
www.axis.com
www.epson.com
www.hp.com
www.mpitech.com
www.national.com
www.nec.com
www.rfi.de
www.sunland-group.com
паз
Troy Wireless Zebra
Technologies
PC-карты и PCMCIA-карты Bluetooth
3Com
ATO Technology
BenQ
Brain Boxes
Com One
Digianswer
Fujitsu Devices Inc.
Fujitsu
Hewlett Packard
Honda Connectors Ltd.
IBM
Kyocera
Matsushita Electric Industrial Co, Ltd.
Motorola
National Semiconductor
Nokia
Omron Corporation
Perseus Tech. International Corp.
RFI Mobile Technologies
Smart Modular Technologies
Stollmann E+V GmbH
Sunderland Technologies Pte, Ltd.
TDK Systems
TROY Wireless
Xircom
www.troywireless.com
www.zebra.com
www.3com.com
www.atotechnology.com
www.benq.com
www.brainboxes.com
www.coml.fr
www.digianswer.com
www.fdi.fujitsu.com
www.fujitsu.com
www.hp.com
www.hondaconnectors.com
www.clearlake.ibm.com
www.kyocera.co.jp
www.matsushita.co.jp
www.motorola.com
www.national.com
www.nokia.com
www.omron.com
www.p-live.com
www.rfi.de
www.smartm.com
www.stollmann.de
www.sunland-group.com
www.tdksystem.com
www.troywireless.com
www.xircom.com
Bluetooth-карты формата Compact Flash и Memory Stick
Anycom
www.anycom.com
Brain Boxes
www.brainboxes.com
CC & С Technologies Inc.
www.ccandc.com.tw
Fujitsu Devices Inc.
www.fdi.fujitsu.com
Global Sun Technology
www.globalsuntech.com
Hewlett Packard
www.hp.com
Honda Connectors Ltd.
www.hondaconnectors.com
National Semiconductor
www.national.com
Socket Communications
www.socketcom.com
www.sunland-group.com
Sunderland Technologies Pte, Ltd.
Адаптеры для последовательного порта
Пикотел
Bluenext Technology Pte, Ltd.
Brain Boxes
Code Blue Communications
ConnectBlue
Free2Move
ImpulseSoft
Inventel
LinTech
Nohau
Smart Modular Technologies
Stollman E+V GmbH
Tokyo Denshi Sekei K.K.
USB-адаптеры Bluetooth
Кедах Электронике Инжиниринг
3Com
AirLogic Co, Ltd.
Bluewinc Inc.
Brain Boxes
CC&C Technologies Inc.
Clipcomm
Com One
Cyber-blue Technologies Co, Ltd.
Dlink
First International Computer Inc.
Global Sun Technology
Hassnet Inc.
IBM
LG Innotek
Matsushita Electric Industrial Co, Ltd.
Mitsumi Motorola NSM Technology
Planex Primax RTX Telecom
Smart Modular Technologies
Solitonix
Stollmann E+V GmbH Sunderland
Technologies Pte, Ltd.
www.picotel.tu
www.bluenext-tech.com.sg
www.brainboxes.com
www.codebluecommunications.com
www.connectblue.com
www.free2move.se
www.impulsesoft.com
www.inventel.com
www.lintech.de
www.blue2th.org
www.smartm.com
www.stollmann.de
www.tds.co.jp
www.kedah.ru
www.3com.com
www.airlogic.co.kr
www.bluewinc.com
www.brainboxes.com
www.ccandc.com.tw
www.clipcomm.co.kr
www.coml.fr
www.cyber-blue.com
www.dlink.com
www.fic.com.tw
www.globalsuntech.com
www.hassnet.com
www.ibm.com
www.lginnotek.com
www.matsushita.co.jp
www.mitsumi.com
www.motorola.com
www.nsmtech.com
www.planex.net
www.primax.com
www.rtx.dk
www.smartm.com
www.solitonix.com
www.stollmann.de
www.sunland-group.com
195
SuperBT Canada, Inc.
TDK Systems Tecom Co,
Ltd. Wistron Neweb Corp.
WS Inc. Xircom Inc.
Bluetooth PDA и аксессуары
Anycom
Clipcomm
Colligo Networks Inc.
Compaq
ELSA
Inventop
Microsoft
Palm
Red-M Communiocations
Socket Communications
Sunderland Technologies Pte, Ltd.
TDK Systems
Xircom Inc.
Мобильные телефоны Bluetooth
ATO Technology
Bluelinx Inc.
Ericsson
Himico
LG Electronics
LG Innotek
Mitsubishi Electric Corporation
Motorola
Nokia
NTT DoCoMo
Omron Corporation
Parrot
Philips Semiconductors
PrimeNet
RTX Telecom
Siemens
Sony
Sony-Ericsson Mobile Communications
www.superbt.com
www.tdksys.com
www.tecom.com.tw
www.acernewer.com
www.bluetoothdongle.com
www.xircom.com
www.anycom.com
www.clipcomm.co.kr
www.synchropoint.com
www.compaq.com
www.elsa.com
www.inventop.com
www.microsoft.com/hwdev/bluetooth
www.palm.com
www.red-m.com
www.socketcom.com
www.sunland-group.com
www.tdksystems.com
www.xircom.com
www.atotechnology.com
www.bluelinx.com
www.ericsson.com
www.himico.com
www.lge.com
www.lginnotek.com
www.mitsubishielectric.com
www.motorola.com
www.nokia.com
www.nttdocomo.com
www.omron.com
www.parrot.biz
www.semiconductors.philips.com
www.primenet21 .com www.rtx.dk
www.siemens.com
www.vaio.sony-europe.com
www.sonyericsson.com
Гарнитуры, наушники и головные телефоны Bluetooth
АТО Technology
www.atotcchnology.com
Bluewinc Inc.
www.bluewinc.com
СС & С Technologies Inc.
www.ccandc.com.tw
Digianswer A/S
www.digianswer.com
Ericsson
www.ericsson.com
Fujikon Industrial Co, Ltd.
www.fujikon.com
GN Netcom
www.gnnetcom.com
HunTech Co, Ltd.
www.daouri.net
Japan Total Design Communication Co, Ltd.
www.jtdc.co.jp
LG Innotek
www.lginnotek.com
Motorola
www.motorola.com
Nextlink
www.nextlink.to
Nokia
www.nokia.com
Plantronics
www.plantronics.com
PrimeNet
www.primenet21.com
RTX Telecom
www.rtx.dk
Telecom Technology Corp., Ltd.
www.ttc.com.hk
Zi Services
www.zicorp.com
Фото и видеокамеры с поддержкой Bluetooth
Canon
www.canon.com
Matsushita Electric Industrial Co, Ltd.
www.matsushita.co.)
Nokia
www.nokia.com
Sanyo
www.sanyo.com
Sony
www.sony.com
Английские сокращения
3G
3rd Generation ACKnowledgement
АСК Asynchronous Connectionless
ACL
Advanced System Configuration and
ACPI Power Interface
ADC
Analog-to- Digital Converter
AFH
Adaptive Frequency Hopping
AG
Audio Gateway Active Member
AMA
Address Active Member Address
AMADDR Application Programming
API
Interface
Access Request Address
ARADDR Automatic Repeat Request
ARR
Autonomous System
AS
Application Specific Integrated
ASIC
Circuit
Automated Teller Machine
ATM
Audio/Video
AV
Bluetooth Device Address
BD ADDR Bitt Error Rate
BER
BQA
BQB
BQRB
BQTF
CAC
CC
CGI
CID
CIF
CL
CO
Bluetooth Qualification
Administrator
Bluetooth Qualification Body
Bluetooth Qualification Review
Board
Bluetooth Qualification
Test Facility
Channel Access Code
Call Control
Common Gateway Interface
Channel IDentifier
Common Intermediate Format
Connectionless
Connection Oriented
радиосвязь третьего поколения
положительное уведомление
асинхронная (связь) без
установления соединения
усовершенствованный интерфейс
конфигурирования системы
и управления энергопитанием
аналого-цифровой преобразователь
адаптивная перестройка частоты
аудио шлюз
адрес активного члена
адрес активного члена
программный интерфейс
приложения
адрес требования доступа
автоматический запрос
на повторение
автономная система
специализированная интегральная
схема
банкомат
аудио/видео
адрес устройства Bluetooth
вероятность появления ошибочных
битов
администратор квалификации
Bluetooth
квалификационная группа
Bluetooth
аналитический совет программы
квалификации Bluetooth
квалификационное испытательное
оборудование Bluetooth
канальный код доступа
управление вызовом
общий шлюзовой интерфейс
идентификатор канала
единый промежуточный формат
связь без установления соединения
связь, ориентированная на соединения
CLKN
CLKE
CLK
CPU
CRC
CSMA/CA
СТР
CVSD
DAC
DAFC
DECT
DNS DS
DSL DSSS
DT DUNP
DUT
DV
EMC
EMV
ESDP
ETSI
FCC
FEC
FH
FHS
FHSS
собственные часы
расчетные часы
часы мастера
центральный процессор
проверка циклическим
избыточным кодом
Carrier Sense Multiple Access
множественный доступ
with Collision Avoidance
с контролем несущей и избежанием
конфликтов
Cordless Telephony Profile
Continuous Variable Slope Delta профиль беспроводной телефонии
дельта-модуляция с переменной
крутизной
Device Access Code
Dynamic Automatic Frequency код доступа устройства
система динамической подстройки
Compensation
нулевого смещения в частотном
дискриминаторе
приемника
Digital European Cordless
европейский
стандарт
Telecommunications standard
на цифровую беспроводную связь
Domain Name System
система имен доменов
Direct Sequence
прямая последовательность
Digital Subscriber Line
цифровая абонентская линия
Direct Sequence Spread
расширение
спектра с помощью
Spectrum
прямой последовательности
Data Terminal
информационный терминал
Dial-Up Networking Profile
профиль коммутируемого выхода
в сеть
Device Under Test
тестируемое устройство
Data Voice
пакет, содержащий и данные и голос
Electromagnetic Compatibility
электромагнитная совместимость
Europay-Master-Card-Visa
протокол Europay-Master-Card-Visa
Extended Service Discovery
профиль расширенного
Profile
обнаружения услуг
European Telecommunications
европейский институт стандартов
Standards Institute
по телекоммуникациям
Federal Communications
федеральной комиссии
Commission
по связи
Forward Error Correction
прямое устранение ошибок
Frequency Hopping
скачкообразная перестройка частоты
Frequency Hopping
синхронизация перестройки
Synchronization
частоты
Frequency Hopping Spread
расширение спектра с помощью
Spectrum
скачкообразной перестройки частоты
Native Clock Estimated
Clock Master Clock Central
Processing Unit Cyclic
Redundancy Check
FIFO
GAP
GFSK
GM
GOEP
GPIO
GPRS
GSM
GW
HCI
HDLC
НЕС
HP HS
HTML
HTTP
IAC
IANA
ICP
ID
IEC
IEEE
IETF
IMC
IMT
IP IrDA
IrMC
IrOBEX
«первым вошел, первым вышел»
профиль общего доступа
гауссовская частотная манипуляция
групповое управление
профиль общего обмена объектами
ввод/вывод общего назначения
служба пакетной передачи данных
глобальная система мобильной
связи
шлюз
интерфейс хост-контроллера
высокоуровневый протокол
управления линией связи
Header Error Check
проверка заголовка на наличие ошибок
Headset Profile
профиль гарнитуры
Headset
головной телефон (гарнитура)
HyperText Markup Language
язык разметки для гипертекстовых
файлов
Hypertext Transfer Protocol
протокол передачи гипертекстовых
файлов
Inquiry Access Code Internat
код доступа запроса
Assigned Number Authority
агентство по выделению имен
и уникальных параметров
InterCom Profile
протоколов Интернет
identifier
профиль внутренней связи
International Electrotechnical
идентификатор
Commission
международная
Institute of Electrical and
электротехническая комиссиия
Electronics Engineers
институт инженеров
Internet Engineering Task Force
по электротехнике и электронике
проблемная группа
Internet Mail Consortium
проектирования Интернет
International Mobile
концорциум почты Интернет
Communications Internet
международные мобильные
Protocol Infrared Data
коммуникации
Association
Интернет-протокол
ассоциация передачи данных
Infrared for Mobile
в инфракрасном диапазоне
Communications Infrared
инфракрасная технология
OBject Exchange
для связи с подвижными объектами
протокол инфракрасного
объектного обмена
First-In, First-Out
Generic Access Profile
Gaussian Frequency Shift Keying
Group Management
Generic Object Exchange Profile
General Purpose Input Output
General Packet Radio Service
Global System for Mobile
communications
Gateway
Host Controller Interface
High-level Data Link Control
ISDN
ISM
ISO ITU
JTAG
L2CAP
L_CH
LAN
LAP
LAP
LC
LC
LCP
LIF
LM
LMP
LPO
LSB
LTCC
MAC
MAN
ME
MPEG
MSB
MTP
NAK
NAP
NCP
NPRM
OBEX
(IrOBEX)
OPP
Integrated Services Digital
Network
Industrial, Science, Medical
International Organization
for Standardization
International
Telecommunications Union
Joint Test Automation Group
Logical Link Control and
Adaptation Protocol
Logical Channel
Local Area Network
LAN Access Point
Lower Address Part
Link Control
Link Conroller
Link Control Protocol
Low Intermediate Frequency
Link Manager
Link Management Protocol
Low Power Oscillator
Least Significant Bit
Low Temperature Cofired
Ceramic
Medium Access Control
Metropolitan Area Network
Management Entity
Moving Picture Experts Group
Most Significant Bit
MultiTime-Programmable
Negative Acknowledgement
Non-significant Address Part
Network Control Protocol
Notice of Proposed Rule-Makinj
Infrared OBject Exchange
Object Push Profile
цифровая сеть связи с
комплексными услугами диапазон
частот, отведенный для
промышленных, научных и
медицинских целей международная
организация по стандартизации
международный союз
телекоммуникаций объединенная
рабочая группа по автоматизации
тестирования протокол управления
логической связью и адаптацией
логический канал локальная сеть
точка доступа к локальной сети
нижняя адресная часть
управление связью контроллер
связи
протокол управления линией связи
низкая промежуточная частота
администратор связи протокол
управления связью маломощный
генератор наименее значимый бит
технология низкотемпературш > i i
совместно обожженной керамики
управление доступом к среде сеть
масштаба города объект
управления экспертная группа по
вопросам движущегося
изображения наиболее значимый
бит многократно программируемая
память отрицательное уведомление
незначительная адресная часть
протокол управления сетью
«замечание к предполагаемым
правилам использования»
протокол инфракрасного
объектного обмена профиль
помещения объекта в стек
OSI Open System Interconnection
OUI Organizationally Unique Identifier Power
Amplifier Personal Area Network Pulse
PA Coded Modulation Protocol Data Unit
PAN Personal Information Manager Personal
PCM Identification Number
PDU
PIM PM_ADDR Parked Member Address
PIN
POS
Point Of Sale
PPM
Part Per Million
PPP
Point-to-Point Protocol
PSM
Protocol/Service Multiplexer
PSTN
Public Switched Telephone
Network
QCIF
Quarter Common Intermediate
Format
QoS
RAS
RSSI
RTCON
RTP
SAR
SAW
SCO
SDAP
SDP
SEQN
SET
Quality of Service
Remote Access Server
Received Signal Strength
Indication
Real-Time CONnection
Real-time Transfer Protocol
Segmentation and Reassembly
Surface Acoustic Wave
Synchronous ConnectionOriented
Service Discovery Application
Profile
Service Discovery Protocol
Sequence Number
Secure Electronic Transaction
SIG Special Interest Group Serial Parallel
SPI Interface
SPP Serial Port Profile
взаимодействие открытых систем
организационно уникальный
идентификатор
усилитель мощности
персональная сеть
импульсно-кодовая модуляция
протокольная единица обмена
личная информационная система
персональный
идентификационный номер
адрес устройства, находящегося
в состоянии парковки
кассовый терминал
промиль (миллионная часть)
протокол point-to-point
мультиплексор протоколов/служб
коммутируемая телефонная сеть
общего пользования
вариант формата CIF
с уменьшенным вчетверо
разрешением
качество обслуживания
сервер удаленного доступа
измерение уровня принимаемого
сигнала
связь в реальном масштабе времени
протокол передачи в реальном
времени
сегментация и реассемблирование
поверхостная акустическая волна
синхронная (связь),
ориентированная на соединение
профиль приложения обнаружения
услуг
протокол обнаружения услуг
порядковый номер
протокол защиты электронных
платежей
специальная рабочая группа
последовательно-параллельный
интерфейс
профиль последовательного порта
SRAM
SWAP
Static Random Access Memory
Shared Wireless Access Protocol
TCI
TCP
TCS
TDD
Test Control Interface
Transmission Control Protocol
Telephony Control Specification
Time Division Duplex
TDM
TDMA
Time Division Multiplexing
Time Division Multiple Access
TL
UI
UA
US
UAP
UART
UDP
Terminal
User Isochronous data
User Asynchronous data
User Synchronous data
Upper Address Part
Universal Asynchronous
Receiver Transmitter
User Datagram Protocol
URL
Uniform Resource Locator
USB
Universal Serial Bus
VCO
VFIR
VLSI
WAE
WAN
WAP
Voltage Controlled Oscillator
Very Fast InfraRed
Very Large Scale Integration
Wireless Application Environmen
Wide Area Network
Wireless Application Protocol
WEP
Wired Equivalent Privacy
WLAN
WPAN
WML
Wireless Local Area Network
Wireless Personal Area Network
Wireless Markup Language
WTA
Wireless Telephony Application
WTLS
Wireless Transport Layer
Security
Extensible Markup Language
XML
статическое ОЗУ
протокол совместного
беспроводного доступа
интерфейс управления тестированием
протокол управления передачей
протокол управления телефонией
дуплексная передача с временным
разделением
временное разделение каналов
множественный доступ с временным
разделением каналов
терминал
изохронные данные пользователя
асинхронные данные пользователя
синхронные данные пользователя
верхняя адресная часть
универсальный асинхронный
приемопередатчик
протокол передачи дейтаграмм
пользователя
унифицированный указатель
информационного ресурса
универсальная последовательная
шина
генератор управляемый напряжением
очень быстрый infrared
очень высокая степень интеграции
среда беспроводных приложений
глобальная сеть
протокол беспроводных
приложений
защита информации,
эквивалентная проводной сети
беспроводная локальная сеть
беспроводная персональная сеть
язык разметки для беспроводных
систем
приложение беспроводной
телефонии
протокол защиты уровня
беспроводной передачи
расширяемый язык разметки
Список литературы
[I] Muller, NathanJ., Bluetooth Demystified. New York: McGraw-Hill, 2001.
[2] Jennifer Bray, Charles F. Stutman, Bluetooth - Connect Without Cables, Prentice
Hall PTR, 2000.
[3] Golio, Michael, Ed., Modern Microwave and RF Handbook. Boca Raton, FL: CRC
Press, 2000.
[4] Wi-Fi (802.1 lb) and Bluetooth Coexistence Issues and Solutions for the 2.4GHz
ISM Band, Mattew B. Shoemake, Texas Instruments.
[5] The Physiological Effects of 2.4 GHz Frequency Hopping Radios. Michael K.
Dempsey, Hewlett Packard Company, 1998.
[6] Bluetooth Security, Tula T. Vainio, Department of Computer Science and
Engineering, Helsinki University of Technology, 2001.
[7] www.irda.org
|8| www.3com.com/bluetooth
[9] William H. Tranter, Theodore S. Rappaport, Brian D. Woerner, Jeffrey H. Reed
Wireless Personal Communications: Bluetooth Tutorial and Other Technologies,
Kluwer Academic Publishers, 2000.
[10] www.homerf.org
[II] Scientist tips features of Bluetooth 2.0, Junko Yoshida, Electronic Engineering
Times, June, 2002.
[12] Ben Thacker, The Bluetooth Report 2001, Visiongain, 2001.
[13] Dee Dee M. Bakker, Diane McMichael Gilster, Ron Gilster, Bluetooth End to End,
Hungry Minds, 2002.
[14] Bluetooth 2002, Micrologic Research's newest study of the worldwide Bluetooth
market, Micrologic Research, 2002.
[15] Архипкин В.Я., Архипкин А.В. Технология Bluetooth, ИТЦ «Мобильные
Коммуникации», 2002.
[16] Siep, Tom, How to Find What You Need in the Bluetooth? Spec. New York:
Standards Information Network, IEEE Press, 2000.
[17] Specification of the Bluetooth System, Bluetooth Special Interest Group, 2001.
[18] Miller, Brent A., Bisdikian, Chatschik, Bluetooth Revealed. Upper Saddle River, NJ:
Prentice-Hall, 2001.
[19] www.bluetooth.com
[20] Архипкин В.Я., Технология Bluetooth в России. Сборник докладов
Международного семинара «Европейское сотрудничество в области развития
мобильной персональной связи», 2002.
[21] FSK Transceiver Serves Bluetooth, Don Keller, Microwaves & RF, 2001.
[22] www.ericsson.com/bluetooth
[23] www.palowireless.com/bluetooth
[24] www.bluetoothweb.com
[251 www.rangestar.com
[26] www.kosantenna.com
[27] Less Air Time Saves Bluetooth Power, John Milios, Semtech Corp., 2001.
[28] Andreas Lerg, Wireless Networks: LAN and Bluetooth, Data Becker, 2002.
[291 Enhancing ISM Band Performance Using Adaptive Frequency Hopping, Eric
Meihofer, Motorola, 2001.
[30] 802.11 and Bluetooth Coexistence Techniques, Tim Godfrey, Intersil, December
2002.
[311 Integration Lowers Cost Of Bluetooth Designs, Wilfried Blaesnerl, Philips
Semiconductors, 2001.
[32 ] www.semiconductors.philips.com
[33] Голубой Зуб от Philips, Компоненты и Технологии, Станислав Дидилев, 2001.
[34] Архипкин В.Я. «Bluetooth в России», Мобильный Мир №3, 2002.
[35] Mike Miller, Discovering Bluetooth, Sybex Incorporated, 2001.
[36] Jennifer Bray, Brian Senese, Bluetooth Applications Developer's Guide, Syngress
Publishing, 2001.
[371 Bluetooth and Bluetooth Internet Access Points, Pico Communications, 2002.
[38] Bluetooth Brings Mobility in Health Care, Daniel Beaumont, Planet Wireless,
2002.
[39] Bluetooth for Industry, Mats Andersson, The Industrial Ethernet Book, September
2002.
[40] Wireless Communication in Telemedicine using Bluetooth and 802.1 lb. Magnus
Berggen, Department of Information Technology, Uppsale University, 2001.
[41] www.motorola.com/bluetooth
[421 Bluetooth. The Wireless e-Commerce Opportunity, Mattew Sorell, 2001.
[43] Robert Morrow, Bluetooth Operation and Use, McGraw-Hill Professional, 2002.
Архипкин Владимир Яковлевич, 1946.
Кандидат технических наук, с.н.с. Генеральный директор ООО «Кедах Электронике
Инжиниринг». Основное направление деятельности: разработка систем и устройств
передачи информации по каналам связи, цифровая обработка сигналов.
Редактор В. Я. Архипкин
Художник обложки В. И. Винин
Компьютерная верстка О. В. Шахова
Информационно-технический центр «Мобильные коммуникации».
125252, Москва, ул. Куусинена, 19А, оф. 48.
Тел./факс: (095) 943-3460.
Издательская лицензия ЛР № 065980 от 29.06.98.
Подписано в печать с оригинал-макета
Формат 70x100/16. Бумага офсетная № 1. Гарнитура «Петербург»
Печать офсетная. Объем 15,5 уч.-изд. л. Заказ № 2002-12.
Архипкин Андрей Владимирович, 1981
Сотрудник ООО «Кедах Электронике
Инжиниринг». Область научных интересов:
стандарты и оборудование для беспроводной
передачи данных, цифровая обработка сигналов.
Отзывы о данной книге просьба отправлять автору по адресу:
Россия, 125252, Москва, ул. Куусинена, 21-Б.