1.7. Видео по Bluetooth

Помимо голоса технология Bluetooth поддерживает передачу видеоинформации между устройствами. Интегральные схемы, разработанные компанией Toshiba, од-

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. 1.3. 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	Характеристика
Тип связи	Расширение спектра (скачкообразная перестройка частоты)
Диапазон частот	ISM диапазон 2.4 ГГц
Мощность передачи	1-100 мВт
Скорость передачи данных	1 Мбит/сек
Дальность	До 10 метров (возможность расширения до 100 метров)
Количество устройств в сети	До восьми устройств в пикосети, до 10 пикосетей
Голосовые каналы	ДоЗ
Защита данных	Для аутентификации используется 128-битный ключ; для кодирования размер ключа может составлять от 8 до 128 бит
Адресация	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. 1.4. Варианты объединения в сеть устройств Bluetooth

1. пикосеть с одним подчиненным устройством

2. пикосеть с несколькими подчиненными устройствами

3. пикосеть с несколькими мастерами — рассредоточенная сеть (scatternet)

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

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|.