СОДЕРЖАНИЕ
Введение 1. Общие данные
1.1История создания
1.2Приложения Bluetooth
2.Основные свойства беспроводной технологии Bluetooth 2.1 Общее представление
2.2 Архитектура Bluetooth
2.3 Уровень радиосвязи
2.4 Типы соединений между устройствами
2.5 Структура кадра
2.6 Набор протоколов
2.7 Уровень немодулированной передачи
3.Состояние технологии в настоящее время
Заключение Список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Беспроводная мобильная технология Bluetooth стала одним из лидирующих типов беспроводных технологий по всему миру. Причина, по которой она получила такую популярность всего за несколько лет после появления в том, что благодаря ей телефоны, компьютеры, КПК и другие электронные устройства могут устанавливать друг с другом связь на небольших расстояниях. Такое бурное развитие технологии наталкивает на мысль о том, что наступит день, когда единственными проводами, которыми вы будете пользоваться, будут электрические провода для обеспечения этих устройств энергией. Подобные перемены будут очень кстати, так как они помогут избавиться от этого огромного количества проводов и кабелей, которые так привычны дома и в офисе [1].
Целью данной курсовой работы является изучение интерфейса Bluetooth, описание технологии и выявление достоинств и недостатков.
1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ
1.1 ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ
Развитие технологии беспроводной связи, Bluetooth, началось в компании Эрикссон в 1994 году исследованиями, целью которых была реализация экономически и технологически эффективного радио интерфейса, предназначенного для работы на малых расстояниях, с низким потреблением энергии для мобильных устройств. Название Bluetooth выбрано в честь датского короля Гарольда, по прозвищу Синий Зуб (Harald Bluetooth), жившего в 910-940 годах и прославившегося объединением Дании и Норвегии.
В 1998 году создана особая интересная группа, SIG (SpecialInterest Group), для развития и стандартизации интерфейса Bluetooth. Эта группа сегодня насчитывает свыше 2000 членов, а возглавляют ее специалисты компании Ericsson, Nokia, Toshiba, Intel и IBM. Спецификация этой технологии объявлена в 1999 году. В марте 2002 года институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, IEEE, рабочая группа 802.15.1 по стандартизации персональных сетей, PAN (Personal Area Network),усвоила беспроводный стандарт Bluetooth [2].
1.2 ПРИЛОЖЕНИЯ BLUETOOTH
Большинство сетевых протоколов просто предоставляют каналы связи между коммуникационными единицами и оставляют прикладное использование этих каналов на усмотрение разработчиков. Например, в стандарте 802.11 ничего не говорится о том, что пользователи должны использовать свои ноутбуки для чтения электронной почты, работы в Интернете и т. п. В противоположность этому, Bluetooth специфицирует отдельные поддерживаемые приложения и для каждого из них предоставляет
свой набор протоколов. На момент написания данного раздела было 25 таких приложений, называемых профилями (profiles). Коротко будут рассмотрены только некоторые из них.
Шесть профилей предназначены для различного использования аудио и видео.
Например, профиль intercom позволяет двум телефонам соединяться друг с другом наподобие раций. Профили наушников и устройств hands-free и обеспечивают этим устройствам связь с базовой станцией. Это удобно, например, при управлении автомобилем.
Рисунок 1.1 - Модели использования технологии Bluetooth
Другие профили предназначены для потоковой передачи стереозвука и видео, скажем, от портативного аудиоплеера к наушникам или от цифрового фотоаппарата до телевизора.
Профиль HID предназначен для устройств взаимодействия с человеком
— соединения с компьютером клавиатур и мышей. Другие профили позволяют мобильному телефону или другому компьютеру получать изображение от камеры или посылать изображения принтеру. Возможно,
более интересен профиль, позволяющий использовать мобильный телефон в качестве пульта дистанционного управления для телевизора (с поддержкой
Bluetooth).
Следующая группа профилей имеет отношение к сетям. Профиль доступа к ЛВС позволяет устройству Bluetooth подсоединиться к сети непосредственно или получить удаленный доступ к сети, как и в 802.11, через точку доступа. Профиль удаленного доступа (dail-up networking) был, собственно говоря, тем, ради чего изначально был задуман весь проект. Он позволяет ноутбуку соединяться с мобильным телефоном, имеющим встроенный модем, без использования проводов.
Были также определены профили для обмена информации на более высоком уровне. В частности, профиль синхронизации предназначен для загрузки данных в мобильный телефон, когда его владелец выходит из дома, и извлечения их после возвращения [4].
2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЕСПРОВОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
BLUETOOTH
2.1 ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
Беспроводная технология связи Bluetooth обеспечивает соединение портативных и стационарных компьютеров, вычислительного оборудования, мобильных телефонов, камер и других цифровых устройств с помощью беспроводных связей, на сравнительно малых расстояниях.
Другими словами, эта технология обеспечивает коммуникацию между устройствами и беспроводную связь этих устройств посредством Bluetooth точек доступа с сетью для передачи речи, или с сетью Интернет, с применением больших скоростей. Это предполагает, что Bluetooth радио и контроллер основной полосы могут быть встроены в устройство (камера, клавиатура, наушники, мобильный телефон), или соединены посредством универсальной последовательной шины USB и последовательного подключения, или с помощью карты-адаптера для подключения к портативному компьютеру или какому-то другому устройству пользователя (Рисунок 2.1). Основными характеристиками этой технологии являются надежность и значительная экономическая эффективность, а также малое потребление мощности и энергии [2].
Рисунок 2.1 - Беспроводная схема Bluetooth
2.2 АРХИТЕКТУРА BLUETOOTH
Каждое устройство ВТ имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для промышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. Для Bluetooth используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущая частота каналов F-2402+k (МГц), где к - 0.....78. Для нескольких стран (например, Франции, где в этом диапазоне работают военные) возможен сокращенный вариант с F-2454+k (k - 0.....22). Кодирование простое — логической единице соответствует положительная девиация частоты, нулю — отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2,5 и 100 МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью экономии энергии. Полоса каждого подканала 1 МГц, разнос подканалов -
140..175 кГц [3].
Рисунок 2.2 - Частотный диапазон Bluetooth беспроводный технология bluetooth протокол
Так как радио Bluetooth действует в открытом радиочастотном спектре, предназначенном для некоммерческого использования, радио интерфейс
должен быть оптимизирован таким образом, чтобы был в состоянии решать проблемы интерференции и затухания сигнала. Для уменьшения влияния интерференции используется следующее:
-технология скачкообразной смены рабочей частоты большой скорости (1600 переключений/сек) в комбинации с короткими пакетами, (если пакет потеряется, потеряна лишь малая часть сообщения);
-схема упреждающей коррекции ошибок FEC;
-схема автоматической ретрансляции, т.е. повторной передачи пакетов при передаче данных;
-надежная схема кодирования речи, которая никогда не передается повторно, основывается на дельта-модуляции с переменной крутизной [2].
Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на другой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физический канал связи представляется определенной псевдослучайной последовательностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот). Группа устройств, разделяющих один канал (то есть «знающих» одну и ту же последовательность перескоков), образует так называемую пикосеть (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств. В каждой пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего устройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные» ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с ведущим устройством, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не разрешит их активность. Каждое активное ведомое устройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер для использования другими. При последующей активизации оно уже может получить иной номер (потому-то он и временный). Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную» сеть. «Разбросанная»
сеть изображена на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 - «Разбросанная» сеть
При этом в каждой пикосети ведущее устройство только одно, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей, используя разделение времени (часть времени он работает в одной, часть — в другой пикосети). Более того, ведущее устройство одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосети никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последовательность перескоков).
Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 мкс, слоты последовательно нумеруются с цикличностью 227. Каждый тайм-слот соответствует одной частоте, несущей в последовательности перескоков (1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом ведущего устройства пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм -слотов. Если пакет длинный, то он весь передается на одной частоте несущей, но отсчет слотов по 625 мкс продолжается, и после длинного пакета следующая частота будет соответствовать очередному номеру слота (то есть несколько перескоков будут пропущены). Ведущее и ведомые устройства ведут передачу поочередно: в четных слотах передачу ведет ведущее устройство, а в
нечетных — адресованное им ведомое устройство (если ему есть что «сказать») [3].
Помимо семи активных подчиненных узлов, один главный узел может поддерживать до 255 так называемых отдыхающих узлов. Это устройства, которые главный узел перевел в режим пониженного энергопотребления — за счет этого продлевается ресурс их источников питания. В таком режиме узел может только отвечать на запросы активации или на сигнальные последовательности от главного узла. Существует еще два промежуточных режима энергопотребления: приостановленный и анализирующий.
Такое решение с главным и подчиненным узлом оказалось очень простым и дешевым в реализации (вся микросхема Bluetooth стоит менее $5). Поскольку этого и добивались разработчики, такой вариант и был принят. Последствием этого является то, что подчиненные узлы получились очень неразговорчивыми — они лишь выполняют то, что им прикажет главный узел. В основе пикосетей лежит принцип централизованной системы с временным уплотнением. Главный узел контролирует временные интервалы и распределяет очередность передачи данных каждым из подчиненных узлов. Связь существует только между подчиненным и главным узлами. Прямой связи между подчиненными узлами нет [4].
2.3 УРОВЕНЬ РАДИОСВЯЗИ
Уровень радиосвязи переносит информацию бит за битом от главного узла к подчиненным и обратно. Это маломощная приемопередающая система с радиусом действия порядка 10 метров. Она работает в ISM диапазоне 2,4 ГГц, как и 802.11. Диапазон разделен на 79 каналов по 1 МГц в каждом.
Чтобы сосуществовать с другими сетями, использующими ISM диапазон, применяется расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты. Возможно до 1600 скачков частоты в секунду, длительность одного временного интервала (слота или такта) — 625 мкс. Все узлы пикосетей