Технология Bluetooth Содержание

Содержание 2

Аннотация 3

1. Беспроводные технологии 4

1.1. Infrared Data Association 4

1.2. Bluetooth 5

1.3. IEEE 802.11, Wi-Fi 6

1.4. IEEE 802.15.4, ZigBee 6

1.5. Результаты сравнения 7

2. История технологии Bluetooth 10

3. Сервисы сети Bluetooth 11

3.1. Generic Access Profile 11

3.2. Serial Port Profile 12

3.3. LAN Access Profile 12

3.4. Generic Object Exchange Profile 13

3.5. Другие профили сервисов 13

4. Архитектура передачи данных 15

4.1. По распределению данных 16

4.2. По схеме планирования и подтверждения передачи данных 16

4.3. По классу передаваемых данных 17

5. Стек протоколов 18

5.1. Радиочастотный уровень (Radio Layer) 19

5.2. Уровень доступа к среде (Baseband Layer) 19

5.3. Уровень управления линиями (Link Manager Layer) 27

5.4. Уровень L2CAP (L2CAP Layer) 28

5.5. Прикладные протоколы 29

6. Безопасность 32

7. Интерфейс доступа к сети 34

8. Базовые элементы оборудования 36

8.1. Контроллеры Bluetooth 36

8.2. Устройства для доступа к принтеру через Bluetooth 36

8.3. Точки доступа к локальным сетям (Bluetooth-to-LAN) 37

9. Топология 38

Список использованных источников 40

Алфавитный указатель 41

Аннотация

В данной работе рассматривается технология Bluetooth, предназначенная для беспроводной передачи компьютерных данных и голоса. Вначале проводится сравнительный обзор современных технологий беспроводной связи на малых расстояниях, подчёркиваются особые качества Bluetooth. Основным содержанием работы является анализ спецификации Bluetooth v1.2. Описываются сервисы, предоставляемые сетью Bluetooth и способы доступа к ним. Анализируется архитектура передачи данных Bluetooth, проводится отображение типов трафика на сущности архитектуры передачи данных. Далее рассматривается стек протоколов Bluetooth и приводится техническое описание протоколов каждого уровня стека. Также в работе описывается интерфейс доступа к сети, базовые элементы оборудования и топология сетей Bluetooth. Особое внимание уделяется таким важным характеристикам Bluetooth как совмещение компьютерного и голосового трафика, предоставление сервисов и безопасность передачи данных.

1.Беспроводные технологии

Под беспроводными коммуникациями (Wireless Communications) обычно понимаются радиочастотные коммуникации на довольно небольших расстояниях, призванные заменить кабельные системы [1]. Существуют следующие стандарты беспроводных коммуникаций: Bluetooth, IEEE 802.11 или Wi-Fi, IEEE 802.15.4 или ZigBee, Infrared Data Association (IrDA) и другие. Достаточно продолжительное время существовало большое количество беспроводных систем для связи на малых расстояниях, однако не существовало международных стандартов, решения были специализированы для конкретных применений.

С развитием интегральной электроники и последовавшим снижением стоимости решений резко расширились возможности применения беспроводной связи. Одним из первых и наиболее успешных беспроводных стандартов был Bluetooth, речь о котором пойдёт далее. Технология Bluetooth началась развиваться как собственная разработка фирмы Ericsson, но впоследствии была открыта и стандартизована. Начали развиваться также стандарты широкополосного беспроводного доступа на больших расстояниях, такие как IEEE 802.16 (Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX) и Ultra Wide Band (UWB), однако их рассмотрение выходит за рамки этой работы.

Кратко опишем основные стандарты беспроводной связи на малых расстояниях, чтобы сравнить их основные характеристики.

1.1.Infrared Data Association

Стандарт Infrared Data Association (IrDA) — это стандарт беспроводной передачи данных при использовании инфракрасного диапазона, для соединений «один к одному» (Point-to-Point), с узким углом обзора (конус 30 градусов), на расстояния не более 1 метра, при скоростях от 9600 бит/с до 16 Мбит/с [2].

Общая характеристика технологии IrDA:

• получила мировое распространение как стандарт беспроводного соединения;

• имеет более 50 миллионов внедрений по всему миру;

• поддерживает широкий спектр оборудования и программных платформ;

• спроектирована для замены кабельных соединений «один к одному»;

• имеет обратную совместимость с предыдущими версиями стандарта;

• используется для приложений с узким углом обзора (конус 30 градусов) и приложений «наведи и передай» (“Point-and-Shoot”) (не интерферирует с другой электроникой и для стационарных устройств обладает низким уровнем безопасности);

• характеризуется высокими скоростями передачи (на текущий момент 4 Мбит/с; поддержка скорости 16 Мбит/с находится в стадии разработки).

Технология IrDA может использоваться для передачи данных следующими устройствами: портативные, настольные и карманные компьютеры, принтеры, телефоны, модемы, камеры, устройства доступа к локальным вычислительным сетям (ЛВС, Local Area Network, LAN), медицинское и промышленное оборудование, часы и др.

Стоимость приёмопередатчика IrDA для производителей оборудования составляет не более € 2.

1.2.Bluetooth

Технология Bluetooth определяется спецификацией радиочастотной передачи данных и голоса при связи «один ко многим» (Point-to-Multipoint) на небольших расстояниях. Bluetooth позволяет передавать данные сквозь цельные неметаллические объекты. Специфицированная дальность составляет от 10 см до 10 м, но при увеличении мощности передатчиков дальность может быть увеличена до 100 м. Технология Bluetooth основана на дешёвой, короткодействующей радиосвязи и предоставляет услуги связи как стационарным, так и мобильным устройствам.

Общая характеристика технологии Bluetooth:

• работает в 2.4 ГГц промышленно-научно-медицинском диапазоне (Industrial Scientific Medical, ISM);

• использует технологию размазанного спектра с прыжками по частоте (Frequency Hop Spread Spectrum, FHSS), при использовании которой частотный диапазон делится на некоторое число каналов и в процессе работы радиочастотные приёмопередатчики в псевдослучайном порядке «перепрыгивают» с одного канала на другой;

• поддерживает до 8 устройств, входящих в пикосеть (Piconet);

• имеет встроенную поддержку функций безопасности;

• обеспечивает передачу данных через стены и иные визуальные препятствия;

• данные передаются во всех направлениях;

• поддерживает асинхронные, изохронные и синхронные сервисы;

• легко интегрируется со стеком TCP/IP.

Технология Bluetooth позволяет обмениваться данными с широким спектром вычислительных и телекоммуникационных устройств без необходимости использовать провода, предоставляет возможность быстрого, и в будущем, возможно, автоматического, соединения между устройствами. Обеспечивающая низкое энергопотребление, технология Bluetooth может использоваться теми же устройствами, что и технология IrDA.

Стоимость контроллера Bluetooth для производителей оборудования составляет не более € 5.

1.3.IEEE 802.11, Wi-Fi

Комитетом IEEE 802.11 разработан стандарт для организации беспроводных локальных сетей (Wireless LAN, WLAN). Развитием стандартов 802.11 и вопросами обеспечения совместимости устройств занимается Wi-Fi Alliance. В рамках семейства стандартов можно выделить:

• 802.11a, обеспечивающий скорость 54 Мбит/с с использованием метода доступа к среде Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) в диапазоне ISM 5 ГГц;

• 802.11b, обеспечивающий скорость 11 Мбит/с с использованием метода доступа DSSS в диапазоне ISM 2.4 ГГц;

• 802.11g, обратно совместимый с 802.11b, но позволяющий достичь скорости 54 Мбит/с за счёт применения техники OFDM.

Для обеспечения безопасности создан стандарт 802.11i, предусматривающий аутентификацию и шифрование. Для обеспечения параметров качества обслуживания ведётся работа над стандартом 802.11e, что требуется для таких приложений как IP-телефония. Хотя этот стандарт не решает всех проблем, он является необходимым шагом на пути к более широкому применению Wi-Fi.

1.4.IEEE 802.15.4, ZigBee

Комитет IEEE 802.15 разрабатывает набор стандартов для организации беспроводных персональных сетей (Wireless Personal Area Networks, WPAN), принадлежащих, как правило, одному человеку и управляемых им самостоятельно. В свою очередь, альянс ZigBee занимается развитием и внедрением стандарта IEEE 802.15.4, определяющего низкоскоростные сети WPAN, позволяющие устройствам работать от батарейки месяцами и даже годами. Спецификации ZigBee опубликованы 14 декабря 2004 года. Одной из особенностей технологии является возможность создания самоорганизующейся сети. Основные области применения включают связь для индустриальных систем, медицинских устройств, детекторов движения, противопожарных детекторов, автоматизации зданий. Стоимость приёмопередатчика ZigBee по состоянию на 2004 год составляет, по оценкам специалистов, около € 6.

ZigBee использует стандарт IEEE 802.15.4, описывающий нижние уровни этой технологии: физический уровень и подуровень управления доступом к среде (Medium Access Control, MAC) канального уровня. Стандарт определяет использование нелицензируемых частотных диапазонов ISM 2.4 ГГц, 915 МГц и 868 МГц. Радиочастотный приёмопередатчик использует технологию размазанного спектра с прямой последовательностью (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Скорость передачи равна 250 Кбит/с на канал для диапазона 2.4 ГГц, 40 Кбит/с для 915 МГц и 20 Кбит/с для 868 МГц. Дальность передачи варьируется от 10 до 75 метров. Для доступа к каналу используется метод множественного доступа с обнаружением несущей (Carrier Sense, Multiple Access, CSMA).