Раздел 3

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

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].

Таблица 3.1

Группа протоколов	Протоколы в стеке
Корневые протоколы	Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP
Протокол замены кабеля	RFCOMM
Протокол управления телефонией	TCS Binary, АТ-команды
Заимствованные протоколы	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) уст­ройств образуют пикосеть, в которой все устройства синхронно изменяют частоту передачи и приема.

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.

Рис. 3.2. Реализация нижних уровней протокола Bluetooth

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.

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.