Содержание

	Введение	4
1	Теоретическая часть	5
1.1.	Персональные сети и их особенности	5
1.2.	Bluetooth	6
1.3.	Принцип действия Bluetooth	7
1.4.	Безопасность Bluetooth	8
1.5.	Что можно делать через Bluetooth	8
1.6.	Перспективы технологии Bluetooth	9
1.7	ZigBee	10
2.	Расчетная часть	13
	Заключение	33
	Список использованной литературы	34
	Приложение А	35

Введение

Персональная сеть или PAN – собрание коммуникационных устройств у одного человека. Когда связь между этими устройствами беспроводная, используется аббревиатура WPAN, или беспроводная персональная сеть. В реальности для наибольшего удобства большинство персональных сетей беспроводные. В отличие от локальной сети (LAN) и глобальной сети (WAN), персональная сеть функционирует на относительно коротком расстоянии, обычно до 10 метров. Наиболее распространённый метод – соединение с помощью беспроводной технологии Bluetooth. Данная технология имеет несколько ключевых преимуществ над Wi-Fi касательно лёгкости в использовании, так как нет необходимости изменять структуру каждого компонента, и она потребляет значительно меньше энергии. В отличие от инфракрасного соединения, Bluetooth не требует определённого расположения предметов для удачного соединения. Огромным практическим преимуществом для пользователей является возможность передавать как голос, так и данные между устройствами без использования проводов или USB-кабеля. Возможно, наиболее ранним и простым примером персональной сети Bluetooth являются беспроводной головной и сотовый телефоны. Также очень популярно использование Bluetooth в беспроводной мышке и клавиатуре. Однако потенциальное удобство использования Bluetooth сегодня намного шире. 

Беспроводные Bluetooth принтеры и факсы очень удобны особенно для пользователей лэптопов. Фотографии с цифровых камер и сотовых телефонов могут быть легко загружены. Беспроводные наушники доставят вам особенное удовольствие от музыки.

Так же существует еще один вид персональной связи – ZigBee. ZigBee – это открытый стандарт беспроводной связи для систем сбора данных и управления.  Технология ZigBee  позволяет создавать самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся беспроводные сети с автоматической ретрансляцией сообщений, с поддержкой батарейных и мобильных узлов.

В настоящее время технология ZigBee выходит за границы исследовательских лабораторий и начинает широко применяться на практике для создания беспроводных сетей датчиков, систем автоматизации зданий, устройств автоматического считывания показаний счетчиков, охранных систем, систем управления в промышленности.

1. Теоретическая часть

1. Персональные сети и их особенности

Персональные сети (Personal Area Network, PAN) предназначены для взаимодействия устройств, принадлежащих одному владельцу, на небольшом расстоянии, обычно в радиусе 10 м. Такими  устройствами могут быть ноутбук, мобильный телефон, принтер, карманный компьютер (Personal Digital Assistant, PDA), телевизор, а также многочисленные бытовые приборы, например холодильник.

Персональные сети предназначены для соединения устройств, принадлежащих, как правило, одному пользователю, на небольших расстояниях. Типичным примером PAN является беспроводное соединение компьютера с периферийными устройствами, такими как принтер, наушники, мышь, клавиатура и т. п. Мобильные телефоны также используют технологию PAN для соединения со своей периферией (чаще всего это наушники), а также с компьютером своего владельца. Некоторые марки наручных часов стали поддерживать технологию PAN, превращаясь в универсальные устройства с функциями PDA.

Персональные сети должны обеспечивать как фиксированный доступ, например, в пределах дома, так и мобильный, когда владелец устройств PAN перемещается вместе с ними между помещениями или городами.

Персональные сети во многом похожи на локальные, но у них есть и свои особенности:

1. Многие из устройств, которые могут входить в персональную сеть, гораздо проще, чем традиционный узел LAN — компьютер. Кроме того, такие устройства обычно имеют небольшие габариты и стоимость. Поэтому стандарты PAN должны учитывать, что их реализация должна приводить к недорогим решениям, потребляющим небольшую энергию.

2. Область покрытия PAN меньше области покрытия LAN, узлы PAN часто находятся на расстоянии нескольких метров друг от друга.

3. Высокие требования к безопасности. Персональные устройства, путешествуя вместе со своим владельцем, попадают в различное окружение. Иногда они должны взаимодействовать с устройствами других персональных сетей, например, если их владелец встретил на улице своего знакомого и решил переписать из его устройства PDA в свое несколько адресов общих знакомых. В других случаях такое взаимодействие явно нежелательно, так как может привести к утечке конфиденциальной информации. Поэтому протоколы PAN должны обеспечивать разнообразные методы аутентификации устройств и шифрования данных в мобильной обстановке.

4. При соединении малогабаритных устройств между собой желание избавиться от кабелей проявляется гораздо сильнее, чем при соединении компьютера с принтером или концентратором. Из-за этого персональные сети в гораздо большей степени, чем локальные, тяготеют к беспроводным решениям.

5. Если человек постоянно носит устройство PAN с собой и на себе, то оно не должно причинять вред его здоровью. Поэтому такое устройство должно излучать сигналы небольшой мощности, желательно не более 100 мВт (обычный сотовый телефон излучает сигналы мощностью от 600 мВт до 3 Вт).

1.2 Bluetooth

Сегодня самой популярной технологией PAN является Bluetooth, которая обеспечивает взаимодействие 8 устройств в разделяемой среде диапазона 2,4 МГц со скоростью передачи данных до 723 Кбит/с.

Bluetooth дает новые возможности: вы можете обмениваться информацией, синхронизировать различные устройства, выходить в интернет, присоединяться к локальным сетям, управлять бытовой техникой и даже автомобилем, используя только устройство, оснащённое Bluetooth (например, мобильный телефон или карманный персональный компьютер) и совершенно не используя провода.

Технология Bluetooth был изобретена инженерами из Ericsson. 20 мая 1998 года была организована специальная группа — SIG (Special Interest Group) — для продвижения спецификации Bluetooth и привлечения к ней как можно больше разработчиков. SIG — это ассоциация производителей, в которую входят лидеры телекоммуникационной, компьютерной и автомобильной промышленности. Кроме основных работников SIG, ключевые роли в ней играют многие специалисты из компаний ассоциации. В SIG входит более 2000 компаний. В их числе такие гиганты телекоммуникационных технологий как 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba и др. Немалую роль в этом сыграла открытость Bluetooth — все члены SIG могут использовать Bluetooth в своих продуктах.

Bluetooth — радио-технология ближнего действия, призванная заменить провода, соединяющие переносные и стационарные электронные устройства. Bluetooth разработан для работы в зашумлённых (радио-сигналами) средах. Модули Bluetooth работают в диапазоне частот ISM (Industry, Science and Medicine — промышленный, научный и медицинский; 2400—2483.5 MHz), который в большинстве стран является свободным от лицензрования. Исключение составляют Испания, Франция и Япония, где диапазон частот, разрешённых для Bluetooth, гораздо меньше. Поэтому устройства, произведённые для этих стран, не будут работать с другими устройствами. Хотя с этими государствами ведутся переговоры, и, возможно, в ближайшем будущем, все Bluetooth устройства будут совместимы.

Пропускная способность Bluetooth составляет 723.2 кб/с. Также через Bluetooth можно передавать до 3 аудио-каналов. В настоящее время расстояние, на которое Bluetooth способен передавать данные, составляет от 10 (в большинстве случаев) до 100 метров. Передача возможна даже через объекты (стены и др.), если, конечно, они не экранированы. Энергия, потребляемая модулем Bluetooth, не должна превышать 10 мВт.

Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, коим является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией.

Термин Bluetooth — сформулированный на английском языке вариант датского «Blåtand», эпитет короля X века Харальда I (Harald I) из Дании, который объединил противоречащие датские племена в единое королевство. Смысл состоит в том, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт.

1.3 Принцип действия Bluetooth

Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (англ. Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование стоит недорого.

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а в Японии, Франции и Испании полоса у́же — 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях) используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно. Без помехоустойчивого кодирования это обеспечивает передачу данных со скоростями 723,2 кбит/с с обратным каналом 57,6 кбит/с, или 433,9 кбит/c в обоих направлениях.

Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «точка-точка», но и соединение «точка-многоточка».

4. Безопасность

Говоря о беспроводной связи, нельзя не затронуть вопрос безопасности такого соединения. Помимо фокуса с частотными шаблонами и необходимости синхронизации приемопередачи в стандарте Bluetooth предусмотрено шифрование передаваемых данных с ключом эффективной длины от 8 до 128 бит и возможностью выбора односторонней или двусторонней аутентификации (конечно, можно обойтись вообще без аутентификации), что позволяет устанавливать стойкость результирующего шифрования в соответствии с законодательством каждой отдельной страны (в некоторых странах запрещено использование сильной криптографии:). В дополнение к шифрованию на уровне протокола может быть применено шифрование на уровне приложений - здесь уже применение сколь угодно стойких алгоритмов никто не ограничивает.

Часто приходится сталкиваться с мнением, что находящиеся в пределах действия связи Bluetooth-устройства могут просто соединиться и начать обмениваться информацией, которая, возможно, не предназначена для сторонних ушей или глаз. На самом деле автоматический обмен информацией между Bluetooth-устройствами ведется лишь на уровне аппаратного обеспечения, т.е. исключительно для определения самого факта возможности соединения. А вот на уровне приложений пользователь сам решает, ввести или запретить автоматическую установку связи. Таким образом, использование Bluetooth становится не опаснее подключения к Интернету, в котором все узлы также соединены электрически, но это еще не означает получение безоговорочного доступа к любому ресурсу.