Размещено на http://www.allbest.ru/

Челябинск 2017

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Факультет «Аэрокосмический»

Кафедра «Гидравлика и гидропневмосистемы»

Беспроводной стандарт передачи данных bluetooth

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Информатика»

Проверил, (доцент)

__________/Чугунова Н.А./

__________ 20__г.

Автор работы

студент группы АК-111

__________/Бражников Д.Е./

____20_г.

Реферат защищен

с оценкой (прописью, цифрой)

______________

__________20__г.

Аннотация

Бражников Д.Е. Беспроводной стандарт передачи данных bluetooth-Челябинск: Южно-Уральский государственный университет, АК-111 4 ил.,2 табл., библиогр. список- 4 наим.,41 стр.

Целью реферата является проведение исследования беспроводного метода передачи данных Bluetooth, выделение его основных свойств, преимуществ и принципов работы. Реферат содержит 4 раздела и заключение.

В работе отмечены общие подходы к передаче данных в сравнении с технологией Bluetooth, концепции, технические аспекты и набор базовых протоколов технологии Bluetooth, а так же основные направления применения технологии Bluetooth, основные конкуренты (т.е. аналогичные технологии) и перспективы развития технологии Bluetooth..

bluetooth технология протокол



Оглавление

• Введение
• 1Bluetooth
• 1.1История Bluetooth
• 2Общие характеристики
• 2.1Концепция беспроводной передачи информации
• 2.1.1Технические принципы беспроводной передачи информации
• 2.1.2Метод частотных скачков (FHSS)
• 2.1.3Сравнение методов DSSS и FHSS
• 2.2Концепция и основные положения технологии Bluetooth
• 2.3Технические аспекты установки соединения между Bluetooth устройствами
• 2.4Набор базовых протоколов, используемых в Bluetooth для передачи различных типов данных
• 2.5Основные направления использования технологии Bluetooth
• 2.6Анализ аналогичных технологий. А так же их преимущества и недостатки по отношению к Bluetooth
• 3.Сравнение
• 3.1Сравнение с аналогами, перспективы развития
• формула и рисунок
• Заключение
• Библиографический список


Введение

Выбор темы основан на том, что исследуемая технология обладает широкими перспективами развития.

Тема является актуальной, ведь «Bluetooth»- одна из последних разработок в сфере беспроводной передачи информации. К примеру, карманные компьютеры, столь распространённые в наши дни, являются мобильными устройствами, увеличивающими возможности владельца в обыденной жизни. Технология «Bluetooth» также дает нам свободу в действиях, право на выбор, мобильность, следовательно не стоит умалять её значение в жизни современного общества.

Целями и задачами работы является: исследование беспроводного метода передачи данных Bluetooth, выделение его основных свойств, преимуществ и принципов работы. В процессе исследования мною были отмечены общие подходы к передаче данных в сравнении с технологией Bluetooth, концепции, технические аспекты и набор базовых протоколов технологии Bluetooth, а так же основные направления применения технологии Bluetooth, основные конкуренты и перспективы развития технологии Bluetooth.

Я считаю, что все новое, неизведанное привлекает к себе. Технология Bluetooth интересна своими грандиозными возможностями, с которыми мне хотелось бы познакомиться.



1 Bluetooth

1.1 История Bluetooth

Вообще-то, Bluetooth дословно переводится как «Голубой зуб». Так прозвали когда-то короля викингов Харальда, жившего в Дании около тысячи лет назад. Прозвище это король получил за темный передний зуб.

Король Харальд вошел в историю как человек, объединивший Данию и принесший им христианство. Таким образом, именем исторической личности был назван протокол, который, по замыслу его создателей, так же должен творить историю…

Ну а теперь перейдем к реальным фактам. В начале 1998 года, Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia - крупнейшие компании компьютерного и телекоммуникационного рынка - объединились для совместной разработки технологии беспроводного соединения мобильных устройств. В1998 году, 20 мая, произошло официальное представление специальной рабочей группы (SIG - Special Interest Group), призванной обеспечить беспрепятственное внедрение технологии, получившей название Bluetooth. Вскоре в группу вошли 3COM/Palm, Axis Communication, Motorola, Compaq, Dell, Qualcomm, Lucent Technologies, UK Limited, Xircom. Сейчас группа включает в себя более 1400 компаний принимающих участие в работе над бесплатной открытой спецификацией Bluetooth. Благодаря простоте и изяществу этой технологии многие специалисты уверены, что Bluetooth не имеет конкуренции в области создания небольших локальных сетей и беспроводного объединения устройств в пределах дома, офиса или, скажем, машины.

Идея и первые решения Bluetooth появились в исследовательском центре Ericsson, расположенном в городе Лунд в Швеции. В отличие от технологии инфракрасной связи IrDA (Infrared Direct Access), работающей по принципу "точка-точка" в зоне прямой видимости, технология Bluetooth разрабатывалась для работы, как по принципу "точка-точка", так и в качестве многоточечного радиоканала, управляемого многоуровневым протоколом, похожим на протокол мобильной связи GSM.

Bluetooth стала конкурентом таким технологиям, как IEEE 802.11, HomeRF и IrDA, хотя последняя и не предназначена для построения локальных сетей, но является самой распространенной технологией беспроводного соединения компьютеров и периферийных устройств.

Одними из немаловажных параметров новой технологии должны были стать низкая стоимость устройства связи - в пределах 20 долларов, соответственно небольшие размеры (ведь речь идет о мобильных устройствах) и, что немаловажно, совместимость, простота встраивания в различные устройства. Собственно ради этого и была организована группа SIG, которая, помимо всего прочего, позволила множеству производителей объединиться, а не разрабатывать собственные, несовместимые друг с другом платформы. То есть в скором будущем Bluetooth может стать «стандартом де-факто» для беспроводных коммуникаций.



2 Общие характеристики

2.1 Концепция беспроводной передачи информации.

В целом, технологии беспроводной передачи данных, как и кабельные технологии, можно разделить на две большие группы. В одной из них обеспечивается установление прямого соединения на все время сеанса связи, независимо от реальной загрузки канала - так же, как это происходит в кабельных сетях с коммутацией каналов. Такие технологии обеспечивают синхронную связь - на одном конце происходит передача, а на другом, в то же самое время, - прием. Технологии другой группы аналогичны системам с коммутацией пакетов - в них не обеспечивается синхронность, но зато и соединение устанавливается только на время реальной передачи, поэтому наличествующая емкость канала используется значительно более эффективно. Технологии первого типа больше подходят для телефонных переговоров (хотя они широко применяются и для передачи данных), технологии второго типа предназначены в первую очередь для передачи данных.

По способу радиочастотной модуляции все технологии можно разделить на узкополосные и широкополосные. При использовании технологии первой группы передача ведется в узком диапазоне вблизи строго определенной частоты. Отсюда - взаимные наводки, необходимость 'делить' эфир, невозможность работы двух устройств в непосредственной близости друг от друга. Широкополосные технологии, называемые так потому, что в них для передачи информации используется значительно более широкий диапазон, чем при обычных методах модуляции, обладают более высокой помехоустойчивостью по отношению к узкополосным шумам и более экономно используют спектр.

Можно перечислить, как минимум пять технологий беспроводной передачи данных вне помещений:

1. Радиорелейные линии. Это системы, построенные на основе узкополосных технологий и предназначенные для передачи данных с большими скоростями (до 155 Мбит/с) на высокой частоте. Они робота-ют по синхронной технологии. Для использования этой технологии необходимо обеспечить прямую видимость между ретрансляторами.

2. Радио X.25. Эта технология также основана на узкополосной технологии передачи данных. Она работает на относительно низкой частоте (400 - 500 МГц), и поэтому в ней предъявляются менее жесткие требования к прямой видимости между передающей и приемной станциями. Как следует из самого названия, здесь данные передаются по методу коммутации пакетов.

3. Устройства CDPD (Cellular Digital Packet Data). Это беспроводные устройства, при передаче кодирующие данные по широкополосной технологии и работающие в асинхронном режиме. Они обеспечивают невысокие скорости обмена информации (до 19200 bps).

4. Широкополосные радиомодемы. Они работают по методу синхронной связи на частотах 2,4 и 5,7 ГГц, обеспечивая высокую скорость передачи данных (до 2 Мбит/с).

5. Беспроводные сети Ethernet. Эти средства связи работают по широкополосной технологии и передают данные в асинхронном режиме. Они обеспечивают достаточно высокие скорости обмена данными (до 4 Мбит/с) при экономичном расходовании полосы пропускания (что свойственно средствам асинхронной передачи данных).2

Для организации беспроводной передачи данных между локальными сетями или между компьютером и опорной сетью наиболее привлекательна именно последняя технология, представляющая собой, по существу, 'привычную' для компьютера среду, где в качестве носителя используются радиоволны.

Radio-Ethernet - это стандарт организации беспроводных коммуникаций на ограниченной территории в режиме локальной сети: несколько абонентов имеют равноправный доступ к общему каналу передачи. Согласно этому стандарту канал может быть организован по любой из следующих трех технологий:

1. Передача в инфракрасном спектре;

2. Передача широкополосного сигнала (ШПС) по методу прямой последовательности (DSSS);

3. Передача широкополосного сигнала по методу частотных скачков (FHSS).

Сети инфракрасного диапазона ориентированы в первую очередь на использование внутри помещений. Обе широкополосные технологии (DSSS и FHSS) предлагаются в двух частотных диапазонах: один в диапазоне 902-928 МГц, другой в диапазоне от 2400 МГц до 2483,5 МГц. Последний мы кратко обозначим 2,4 ГГц и в дальнейшем основной акцент сделаем именно на нем, поскольку стандарт 802.1 1 регламентирует именно его. Кроме того, в Европе и России диапазон 915 МГц сильно загружен другими средствами связи и поэтому рекомендуется к использованию в основном внутри зданий.

Диапазон же 2,4 ГГц приемлем для работы как внутри зданий, так и снаружи. При наружном использовании мощность передатчика не должна превышать 100 милливатт. Технология широкополосного сигнала и стандарт 802.11. Эта технология была изобретена как средство помехоустойчивой кодированной передачи информации с использованием сигнала малой мощности. Другое ее название - технология шумоподобного сигнала; в нем находит свое отражение кодирование информации при передаче и малая мощность радиосигнала. После многих лет успешного использования в оборонных отраслях это технология нашла и гражданское применение, и именно в таком качестве она описывается в стандарте 802.1 1 .

При передаче информации по методу ШПС используется значительно более широкая полоса частот, чем это требуется при обычной передаче. По существу, ШПС представляет собой метод модуляции несущей частоты полезным сигналом, отличный от общеизвестных методов амплитудной, частотной и фазовой модуляции. Разработаны два принципиально различающихся между собой метода ШПС - модуляции: прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) и метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS). Метод ШПС обеспечивает кодированную передачу данных. Принять передачу может только тот, чье оборудование 'знает', каким образом были закодированы данные в передаче. Кроме того, ШПС обеспечивает высокую степень защиты данных от помех при передаче. Наконец, использование ШПС позволяет двум передатчикам, настроенным на разные алгоритмы кодирования, передаваемой информации, работать в одной территориальной зоне в одном диапазоне частот без взаимных помех.

Широкому распространению технологии ШПС также способствовала ее относительная дешевизна при массовом производстве. Вся сложность широкополосной технологии запрограммирована в нескольких микроэлектронных компонентах, а стоимость микроэлектроники при массовом производстве весьма невелика. Что же касается остальных компонентов широкополосных устройств - СВЧ - электроники, антенн, - то за счет чрезвычайно малой мощности радиосигналов они оказываются дешевле и проще, чем в обычном «узкополосном» случае - например, на радиорелейных линиях.

2.1.1 Технические принципы беспроводной передачи информации.

Не вдаваясь в технические подробности, метод прямой последовательности (DSSS) можно представить себе следующим образом. Вся используемая «широкая» полоса частот делится на некоторое число подканалов - по стандарту 802.11 их должно быть 11. Каждый передаваемый бит информации превращается по заранее зафиксированному алгоритму в последовательность из 11 «чипов»; интенсивность сигнала одного чипа близка к фоновой, однако при приеме последовательность чипов декодируется по тому же алгоритму, что и при кодировке, и таким образом полезный сигнал удается выделить на фоне шума. Другая пара приемник-передатчик может использовать другой алгоритм кодировки - декодировки, причем количество алгоритмов практически неограниченно. Первое очевидное преимущество этого метода - защита передаваемой информации от подслушивания («чужой» DSSS-приемник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика). Кроме того, благодаря 11-кратной избыточности передачи можно обойтись сигналом очень малой мощности (по сравнению с уровнем мощности сигнала при использовании обычной узкополосной технологии). Еще одно чрезвычайно полезное свойство DSSS-устройств заключается в том, что благодаря очень низкому уровню мощности своего сигнала они практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности) - последние принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. Наконец, обычные устройства не мешают широкополосным, так как их сигналы большой мощности «шумят» каждый только в своем узком канале и не могут целиком заглушить широкополосный сигнал.

2.1.2 Метод частотных скачков (FHSS).

При кодировке по методу частотных скачков (FHSS) вся отведенная для передач полоса частот разделяется на подканалы (по стандарту 802.11 их 79). В каждый момент времени каждый передатчик использует только один из подканалов, перескакивая с одного подканала на другой через определенные промежутки времени, не превышающие 20 мс. Эти скачки происходят синхронно на передатчике и приемнике в заранее зафиксированной псевдослучайной последовательности, известной обоим; ясно, что, не зная последовательности переключений принять сигнал нельзя. Другая пара передатчик-приемник должна использовать и другую последовательность переключений частот, заданную независимо от первой. В одной полосе частот и на одной территории в пределах прямой видимости (в одной «ячейке») таких последовательностей может быть много.

Метод частотных скачков, так же как и описанный выше метод прямой последовательности, гарантирует конфиденциальность и некоторую помехозащищенность передачи. Последняя обеспечивается тем, что если на каком-нибудь из 79 подканалов передаваемый пакет не принят, приемник выдает сообщение, и передача этого пакета повторяется на одном из следующих подканалов (в последовательности скачков).

С другой стороны, поскольку при использовании метода частотных скачков, в отличие от метода прямой последовательности, Влияние узкополосных помех на передачу данных по методу DSSS (А) и FHSS (Б) трансляция на каждом подканале ведется на достаточно большой мощности, сравнимой с мощностью обычных узкополосных устройств, передача сигнала по описанному способу уже способна повлиять на передачи остальных участников диапазона.

2.1.3 Сравнение методов DSSS и FHSS

Метод DSSS позволяет достичь большей производительности, обеспечивает большую устойчивость к узкополосным помехам (поскольку выбором поддиапазона для передачи часто удается отстроиться от помех) и большую дальность и связи. Кроме того, два устройства FHSS могут работать в непосредственной близости друг от друга без взаимных наводок. В то же время продукция для FHSS выпускается значительно большим количеством компаний, она проще и дешевле, однако и пропускная способность ее ниже. Еще одно достоинство FHSS-устройств состоит в том, что в отличие от DSSS они могут сохранять работоспособность в условиях широкополосных помех, например, создаваемых DSSS-передатчиками; впрочем, при этом сами они создают помеху для обычных узкополосных устройств. Один из существенных недостатков FHSS - меньшая дальность связи вне зданий. Приведенное сравнение дает основания для следующих рекомендаций. FHSS-технология в любом из диапазонов 915 МГц и 2.4 ГГц, а также DSSS-технология в диапазоне 915 МГц должны применяться преимущественно внутри зданий или на частной территории при отсутствии помех радиоустройствам, включая широкополосные, находящимся вне этих зданий и территорий. В свою очередь, DSSS-технология в диапазоне 2,4 ГГц наиболее приспособлена для наружного применения.

2.2 Концепция и основные положения технологии Bluetooth

Bluetooth - это современная технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно.

Bluetooth - это маленький чип, представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science and Medicine; промышленный, научный и медицинский). Для использования этих частот не требуется лицензия, исключения рассмотрим ниже. Скорость передачи данных, предусматриваемая стандартом, составляет порядка 720 Кбит/с в асимметричном режиме и 420 Кбит/с в полнодуплексном режиме. Обеспечивается передача трех голосовых каналов, но не видеосигнала. Энергопотребление (мощность передатчика) не должно превышать 10 мВт. Изначально технология предполагала возможность связи на расстоянии не более 10 метров. Сегодня некоторые фирмы предлагают микросхемы Bluetooth, способные поддерживать связь на расстоянии до 100 метров. Как радиотехнология, Bluetooth способна "обходить" препятствия, поэтому соединяемые устройства могут находиться вне зоны прямой видимости. Соединение происходит автоматически, как только Bluetooth-устройства оказываются в пределах досягаемости, причем не только по принципу точка - точка (два устройства), но и по принципу точка - много точек (одно устройство работает с несколькими другими). Естественно, для реализации технологии Bluetooth на практике необходимо определенное программное обеспечение (ПО). Кстати, в новую версию операционной системы MS Windows Whistler встроена поддержка Bluetooth. Вид чипа Bluetooth предоставлен на рисунке 3-1.

Рисунок 3_1

Технология Bluetooth предусматривает три уровня защиты:

1. Минимальная - данные кодируются общим ключом и могут приниматься любым устройством без ограничения.

2. Защита на уровне устройства - в чипе прописывается уровень доступа, в соответствии с которым устройство может получать определенные данные от других устройств.

3. Защита на уровне сеанса связи - данные кодируются 128-битными случайными номерами, хранящимися в каждой паре чипов, участвующих в конкретном сеансе связи.

Чип Bluetooth реализован с учетом всех современных тенденций. Размер чипа - менее одного квадратного сантиметра. Применяемая частота позволяет ограничить потребляемую мощность 1мВт. Подобные характеристики позволяют интегрировать чипы Bluetooth в таких устройствах, как мобильные телефоны и карманные компьютеры.

2.3 Технические аспекты установки соединения между Bluetooth устройствами.

Оказавшись рядом, Bluetooth устройства могут устанавливать не только соединения типа точка-к-точка, когда имеется только два устройства, но и точка-к-многоточек, когда одно устройство одновременно работает с несколькими другими. При соединении одного устройства с несколькими другими, устройство которое обслуживает несколько соединений, называется master, а подключенные устройства - slave. К одному master'у может быть подключено до семи активных slave. Кроме активных slave (то есть, устройств, которые активно обмениваются данными), может существовать множество неактивных slave, которые не могут обмениваться данными с master, пока заняты все каналы, но, тем не менее, остаются, синхронизированы с ним. Такая структура называется piconet.

В одной piconet может быть только один master, однако каждый slave может одновременно являться master'ом для других устройств, и образовывать свой piconet. Несколько piconet объединенных таким образом образуют scatternet. В рамках scatternet разные устройства могут не только быть одновременно master и slave одновременно для различных piconet, но и просто slave для разных piconet. Более наглядно с этой структурой можно ознакомиться на представленном ниже рисунке 3-2.

Рисунок 3_2

Более того, в случае необходимости любой slave в piconet может стать master. Естественно, старый master при этом становится slave. Таким образом, в scatternet могут объединяться столько Bluetooth устройств, сколько необходимо, логические связи могут образовываться так, как это требуется, и могут изменяться как угодно, в случае необходимости. Единственное условие, различные piconet входящие в один scatternet должны иметь разные каналы связи, то есть работать на различных частотах и иметь различные hopping channel. Hopping - это регулярная смена частот, определяемая параметрами hopping sequence. Всего спецификация предусматривает 10 вариантов hopping sequence, 5 с циклом в 79 смен и 5 с циклом в 23 смены. С любым hopping sequence частоты сменяются 1600 hops/sec. Используется hopping для того, что бы бороться с затуханием радиосигнала и интерференцией.

Как уже говорилось, автоматическая установка соединения между Bluetooth устройствами, находящимися в пределах досягаемости является одной из важнейших особенностей Blueooth, поэтому первое, с чего начинается работа Bluetooth устройства в незнакомом окружении - это device discovery, или, по-русски, поиск других Bluetooth устройств. Для этого посылается запрос, и ответ на него зависит не только от наличия в радиусе связи активных Bluetooth устройств, но и от режима в котором находятся эти устройства. На этом этапе возможно три основных режима.

1. Discoverable mode . Находящиеся в этом режиме устройства всегда отвечают на все полученные ими запросы.

2. Limited discoverable mode . В этом режиме находятся устройства которые могут отвечать на запросы только ограниченное время, или должны отвечать только при соблюдении определённых условий.

3. Non-discoverable mode . Находящиеся в этом режиме устройства, как видно из названия режима, не отвечают на новые запросы.

Но это ещё не всё. Даже если удаётся обнаружить устройство, оно может быть в connectable mode или в non-connectable mode. В non-connectable mode устройство не позволяет настроить некоторые важные параметры соединения, и, таким образом, оно хоть и может быть обнаружено, обмениваться данными с ним не удастся. Если устройство находится в connectable mode, то на этом этапе Bluetooth устройства договариваются между собой об используемом диапазоне частот, размере страниц, количестве и порядке hop'ов, и других физических параметрах соединения.

Если процесс обнаружения устройств прошёл нормально, то новое Bluetooth устройство получает набор адресов доступных Bluetooth устройств, и за этим следует device name discovery, когда новое устройство выясняет имена всех доступных Bluetooth устройств из списка. Каждое Bluetooth устройство должно иметь свой глобально уникальный адрес (вроде как MAC-адреса у сетевых плат), но на уровне пользователя обычно используется не этот адрес, а имя устройства, которое может быть любым, и ему не обязательно быть глобально уникальным. Имя Bluetooth устройства может быть длиной до 248 байт, и использовать кодовую страницу в соответствии с Unicode UTF-8 (при использовании UCS-2, имя может быть укорочено до 82 символов). Спецификация предусматривает, что Bluetooth устройства не обязаны принимать больше первых 40 символов имени другого Bluetooth устройства. Если же Bluetooth устройство обладает экраном ограниченного размера, и ограниченной вычислительной мощью, то количество символов, которое оно примет может быть уменьшено до 20.

Ещё одной из важнейших особенностей Bluetooth является автоматическое подключение Bluetooth устройств к службам, предоставляемым другими Bluetooth устройствами. Поэтому, после того как имеется список имён и адресов, выполняется service discovery, поиск доступных услуг, предоставляемых доступными устройствами. Получение или предоставление, каких либо услуг - это то, ради чего всё собственно и затевалось, поэтому для поиска возможных услуг используется специальный протокол, называемый, как несложно догадаться, Service Discovery Protocol (SDP), более подробно он будет описан ниже.

Естественно, Bluetooth не могла обойтись без такой важной вещи, как технология защиты передаваемых данных, встроенной в сам протокол. В зависимости от выполняемых задач, предусмотрено три режима защиты в которых может находится устройство.

1. Security mode 1 (non secure), устройство не может самостоятельно инициировать защитные процедуры.

2. Security mode 2 (service level enforced security), устройство не инициирует защитные процедуры пока не установлено и не настроено соединение. После того как соединение установлено, процедуры защиты обязательны, и определяются типом и требованиями используемых служб.

3. Security mode 3 (link level enforced security), защитные процедуры инициируются в процессе установления и настройки соединения. Если удалённое устройство не может пройти требований защиты, то соединение не устанавливается.

Естественно, что Security mode 3 и 2 могут использоваться вместе, то есть сначала устанавливается защищённое соединение, а потом оно ещё защищается в соответствии с требованиями и возможностями конкретной службы.

Основой системы безопасности Bluetooth, используемой в Security mode 3, является понятие сеансового ключа, или Bond. Сеансовый ключ генерится в процессе соединения двух устройств, и используется для идентификации и шифрования передаваемых данных. Для генерации ключа могут использоваться самые различные составляющие, от заранее известных обоим устройствам значений, до физических адресов устройств. Комбинируя защиту на уровне соединения с защитой на уровне приложений (где может использоваться абсолютно любая из существующая на сегодня систем защиты данных) можно создавать достаточно надёжно защищённые соединения. Но всё равно, очевидной слабостью Bluetooth соединений с точки зрения построения защищённых соединений остаётся возможность перехвата трафика, причём для этого даже не придётся использовать, какое либо специфическое оборудование. Впрочем, эта проблема не нова, и в настоящее время часто приходится использовать открытые сети, вроде Интернет, где возможен перехват трафика, для передачи закрытых данных. Противодействие "брони и снаряда" продолжается.

2.4 Набор базовых протоколов, используемых в Bluetooth для передачи различных типов данных

 После того, как соединение установлено, его можно использовать для самых различных целей. Возможно это благодаря набору базовых протоколов, используемых в Bluetooth для передачи различных типов данных. С упрощённой схемой их зависимости друг от друга можно ознакомиться на приведённой ниже схеме(рисунок 3-3).

Рисунок 3_3

В основе всего, как видно из схемы, лежит baseband protocol. Baseband protocol определяется физическими характеристиками радиоканала, и в самых общих чертах на его особенностях я останавливался в начале статьи. На более высоких уровнях стоит остановиться немного поподробнее сейчас.

Logical Link Control and Adaptation Layer Protocol или L2CAP, является базовым протоколом передачи данных для Bluetooth. Как описано выше, baseband protocol позволяет устанавливать синхронные (Synchronous Connection-Oriented, или SCO) и асинхронные (Asynchronous Connection-Less, или ACL) соединения. L2CAP, как видно из схемы, работает только с асинхронными соединениями. Так же из схемы видно, что многие протоколы и службы более высокого уровня используют L2CAP как транспортный протокол. В полном соответствии с идеологией Bluetooth L2CAP является простым протоколом, который предъявляет минимум требований к вычислительным мощностям и размеру оперативной памяти устройств, которые его используют. Основные особенности, заложенные в L2CAP таковы:

· Protocol Multiplexing. L2CAP является транспортом для многих протоколов и служб, поэтому он обеспечивает возможность разобраться, к какому протоколу или службе относится переданный пакет, что обеспечивает доставку пакета именно тому, кому его ждёт.

· Segmentation and Reassembly . Максимальной длиной пакета для L2CAP является 64 килобайта, для baseband protocol это число ещё меньше, всего 341 байт. Однако, иногда требуется передача больших пакетов, поэтому L2CAP обеспечивает разбивку большого пакета на несколько более мелких, и последующую сборку первоначального пакета.

· Quality of Service . L2CAP поддерживает QoS, что позволяет Bluetooth устройствам отслеживать свободные ресурсы соединения и не позволять, что бы ширина канала или временные задержки для отслеживаемой службы опускались ниже критических значений.

· Groups. L2CAP поддерживает адресацию не одному клиенту, а сразу целой группе.

Кроме L2CAP непосредственно с baseband protocol работают Link Management Protocol, или LMP, и Voice каналы, используемые для передачи аудиоинформации в синхронном режиме.

LMP является служебным протоколом, используемым для управления каналом, и не использующимся для передачи данных. Сообщения LMP используются для настройки физических характеристик канала, для служб безопасности на уровне физического канала (security mode 3), и тому подобных вещей. LMP имеет более высокий приоритет чем остальные протоколы (например, L2CAP), поэтому если канал занят чем-либо другим, то при необходимости передать LMP сообщение он немедленно освобождается.

Voice, или Bluetooth Audio. Это одна из служб Bluetooth, которая использует синхронное соединение. Как уже говорилось, одновременно может передаваться до 3 аудиоканалов. Характеристики звуковых потоков могут различаться, и во многом определяются используемым приложением. Максимально звуковой поток может передаваться с точностью в 16 бит при sampling rate 48 кГц. К сожалению, характеристики Bluetooth не позволяют передавать видеоинформацию с нормальным качеством.

Одним из важнейших протоколов Bluetooth, который использует L2CAP в качестве транспортного протокола, является Service Discovery Protocol, или SDP, уже упоминавшийся в статье. Сейчас никто не сможет представить все возможные способы использования Bluetooth устройств, поэтому при разработке этого протокола пытались учесть как можно больше ситуаций, которые могут возникнуть. Сейчас действует версия 1.0 этого протокола, и основные особенности, которыми он располагает, в настоящее время таковы:

· SDP должен позволять поиск служб по специальным атрибутам этих служб.

· Например, если имеется несколько принтеров, доступных через Bluetooth, то клиент должен иметь возможность найти именно тот принтер, который ему нужен.

· SDP должен позволять клиенту искать службы по классу. Если немного переделать предыдущий пример, то если клиенту понадобится принтер, то должна быть возможность найти именно устройство печати, не зная про него ничего другого.

· SDP должен позволять просматривать службы без необходимости знать специфические характеристики этих служб. Например, если устройство предоставляющее какую-либо услугу может управляться только специальным программным обеспечением по какому-либо очень редкому или закрытому протоколу, то для SPD это не будет проблемой, всё равно можно будет получить информацию о доступности и названии службы.

· SDP должен предоставлять возможности для обнаружения новых служб, которые появились за время работы.

· SDP должен предоставлять возможность узнавать, когда служба становится недоступной из за того, что клиент вышел за пределы связи, или по какой-либо другой причине.

· SDP позволяет службам, классам служб и атрибутам служб быть однозначно идентифицированными.

· SDP должен позволять одному устройству находить любую службу на любом другом устройстве без обращения к третьему устройству.

· SDP должен подходить для использования устройствами с ограниченной функциональностью. Помните, мы говорили о холодильниках? А ведь это далеко не предел...

· SDP должен позволять увеличивать количество доступной информации о службе. Это означает, что если служба требует подробного и объёмного описания своих возможностей, параметров, ограничений и т. п., то вся эта информация не будет вываливаться на всех, кто просто спросит о доступности службы, а будет предоставлена только тем, кто более пристально заинтересуется именно этой службой.

· SDP должен поддерживать использование промежуточных кэширующих агентов для ускорения или повышения эффективности процесса поиска новых служб. Этот пункт не противоречит пункту 7, потому что использование третьего устройства возможно, но не обязательно.

· SDP должен быть полностью независим от протоколов более высокого уровня, используемых Bluetooth соединением.

· SDP должен работать, когда в качестве его транспортного протокола используется L2CAP.

· SDP должен позволять находить и использовать службы, которые обеспечивают доступ к другим протоколам обнаружения служб. Это позволяет расширять возможности системы, и использовать службы и устройства которые не имеют Bluetooth интерфейса.

· SDP должен поддерживать создание и определение новых служб без необходимости централизовано регистрироваться.

Кроме этого, есть ряд вещей, которые пока что не входят SDP, но очень возможно, что в следующих редакциях спецификации многие из них станут обязательными.

1. SDP 1.0 не предоставляет механизма доступа с службам, только информацию о службах.

2. SDP 1.0 не предоставляет возможности оценивать службы. То есть, с его помощью нельзя автоматически выбрать наиболее подходящую службу, если доступно сразу несколько служб предоставляющий похожий сервис.

3. SDP 1.0 не позволяет договариваться о параметрах службы.

4. SDP 1.0 не позволяет узнать о загруженности службы, или устройства предоставляющего службу.

5. SDP 1.0 не даёт возможности клиенту управлять службой.

6. SDP 1.0 не позволяет уведомлять о том, что служба или информация о службе становится недоступной.

7. SDP 1.0 не позволяет уведомлять о том, что атрибуты службы изменились.

8. В настоящее время спецификация не описывает интерфейса, через который программы должны обращаться к SDP.

9. SDP 1.0 в настоящее время не обладает развитым механизмом управления списком служб, например

10. SDP 1.0 не позволяет накапливать и регистрировать службы.

Ещё одним из протоколов, которые используют L2CAP в качестве транспортного является, как видно из приведённой выше схемы, RFCOMM. Этот протокол эмулирует соединение PPP (point-to-point) по серийному порту (RS-232 или EIATIA-232-E, более известным как COM-порты). Через него работает такие службы как, например, LAN Access. Эта служба может работать как эмуляция Direct cable Connection, когда надо обеспечить связь между всего двумя PC, так и использоваться для полноценного входа в уже существующую локальную сеть. Во втором случае используется устройство под названием LAN Access point, через которое компьютер с Bluetooth оказывается, подключен к LAN так, как он мог бы подключиться через dial-up соединение.

TCS - Telephony Control protocol Specification ещё одна служба, использующая L2CAP в качестве транспортного протокола. Эта служба может использоваться центральной домашней или офисной телефонной станцией для переадресовки телефонных звонков. При этом TCS используется только для обслуживания соединения. После того как установлено соединение с нужным телефонным аппаратом (или аппаратами), TCS вызывает Bluetooth voice, и сама речь передаётся с использованием этого синхронного протокола.

Bluetooth audio. Обычно для передачи аудиоинформации используется специальный протокол, который работает непосредственно с baseband protocol, но для этого с успехом может применяться и L2CAP. L2CAP предоставляет меньше возможностей для передачи аудио информации, чем Bluetooth voice, но этот метод незаменим, когда необходимо, к примеру, обмениваться аудиоинформацией между Bluetooth и не Bluetooth сетями. Кроме этого, данный метод хорош, когда требуется дополнительная защита данных. Можно возразить, что при расстояниях, на которых работает Bluetooth, защита аудиоданных не актуальна, но как человек прошедший Советскую Армию телефонистом-секретчиком могу Вас заверить, применение найти можно. Аппарат для шифровки телефонных разговоров в СА средней или малой мощности (среднестатистическое время стойкости - 12 часов, хотя при наличии соответствующей аппаратуры его можно было расколоть и за 14 минут. И это в 89 году, сейчас ещё быстрее имел вес 120 килограмм, и содержал в себе более полу килограмма чистого серебра, около 40 грамм золота и 15 грамм палладия. Брали, как обычно, не качеством, а количеством. Считалось, что если наклепать таких агрегатов достаточно много, то расшифровать зашифрованные с их помощью переговоры будет гораздо дороже (!) чем их зашифровать. Мда. Техника шагнула вперёд, и очень далеко, но, всё-таки, я не сильно удивлюсь, если машины-аппаратные П-244 до сих пор используются в Российской Армии, или где-либо ещё. Bluetooth может обеспечить ещё более надёжную защиту, при большем удобстве и меньшей стоимости.

Bluetooth, развившаяся из простой технологии для обмена данными между компьютером и мобильными телефонами оказалась настолько удачной, что может применяться практически где угодно. Ещё одним фактором, который должен способствовать широкому распространению Bluetooth в скором будущем, является низкая цена подобных устройств. Члены Bluetooth SIG обещают добиться того, что при массовом производстве цена микросхем которые непосредственно обеспечивают Bluetooth соединение, не будет превышать 5$.

2.5 Основные направления использования технологии Bluetooth

Возьмем и рассмотрим примеры использования технологии Bluetooth:

1. Автоматическая синхронизация вашего настольного, переносного ПК и мобильного телефона. Например, как только вы вводите новые данные в адресную книгу в ноутбуке, автоматически модифицируются соответствующие записи в настольном компьютере, и наоборот.

2. Автоматическая резервная синхронизация. Представьте себе, что босс изменил ваш план мероприятий, в то время как вы находитесь в поездке. Офисный ПК посылает изменения на ваш сотовый телефон, который автоматически соединяется с ноутбуком и передает модифицированное расписание.

3. Соединение между собой всех периферийных устройств. Беспроводное соединение настольного ПК или ноутбука с принтером, сканером и локальной вычислительной сетью. Особенно усиливает ощущение «свободы» беспроводное соединение «мышки» и клавиатуры с персональным компьютером.

4. Составление Е-mail-сообщения с использованием ноутбука в салоне летящего самолета. Уже в аэропорту, стоя в очереди к таможеннику, вы включаете мобильный телефон, и все сообщения немедленно отсылаются.

5. Насладитесь комфортом автомобильного комплекта handsfree. Сотовый телефон остается в кармане, а handsfree соединяется с ним посредством беспроводной связи. Отдавая речевые команды, вы набираете номер и говорите по телефону.

6. Передача фотографий и видеоклипов из любой точки. Цифровая камера соединяется с мобильным телефоном (без проводов), а вы добавляете комментарии посредством клавиатуры на телефоне или ноутбуке. Фото и текст отправляются адресату.

7. Соединение всех участников для мгновенного обмена информацией. Находясь на встрече или конференции, можно быстро обсудить интересующий вопрос со всеми ее участниками. Кроме того, теперь вы можете дистанционно выполнять функции управления, например, включить проектор.

8. Используйте ноутбук для доступа в Интернет независимо от вида подключения - через мобильный телефон, модем или по локальной сети.

9. Использование портативного ПК в качестве спикерфона. Соединив беспроводный головной телефон (headset) с ноутбуком, используйте его в офисе, автомобиле или дома.

Далее мы рассмотрим новые решения, предоставляемые некоторыми фирмами:

Компания Troy XCD представила адаптер для подключения принтера с интерфейсом Centronics к Bluetooth:

Не менее интересным вариантом применения технологии Bluetooth может стать организация беспроводного доступа в локальную сеть и/или Интернет для устройств в малом офисе или дома. Безусловным лидером в этой области стала компания Red-M, представившая свое решение - сервер Red-M 3000AS:

А вот фотография его прототипа в работе (рисунок 3-4):

Рисунок 3_4

3000AS представляет собой Linux-сервер, который может также работать как шлюз в локальную сеть или Интернет. В отличие от большинства других Bluetooth-устройств 3000AS имеет мощный приемопередатчик, обеспечивающий связь в пределах 100 м, причем в комплект входит внешняя антенна, повышающая надежность связи при наличии внешних помех. Для подключения можно использовать ISDN (с выбором вариантов "постоянно онлайн" или "подключение по требованию"), 10/100 Мбит Ethernet, а также RS-232 для сервисного применения. Сервер может также быть «запитан» через UPS.

Для расширения доступа к серверу могут использоваться малогабаритные точки доступа Red-M 1000AP:

Сервер автоматически определяет и конфигурирует все точки доступа, находящиеся в пределах дальности его действия. Внешние устройства могут быть подсоединены к точке доступа через 10/100 Мбит Ethernet.

Схожую систему представил MiTAC: их Bluetooth Access Point несет на борту 750МГц процессор Transmeta Crusoe TM5400, встроенный NAT и DHCP сервер и, как и предыдущий образец, мощный приемопередатчик дальностью действия до 100 м:

Отличным дополнением к такой системе может стать устройство от Canon - Bluetooth модуль для цифрового фотоаппарата:

Только представьте себе - фотоаппарат сможет автоматически сбрасывать снимки через Bluetooth-гейт на вашу рабочую станцию, или тот же субноутбук, или даже через подключенный к Интернет сотовый телефон с поддержкой Bluetooth… в общем, возможности бесконечны.

Распространенным вариантом является подключение стандартных устройств ввода через Bluetooth.

Sony представила на CeBIT специальный модуль в формате Memory Stick под названием InfoStick:

Очень неплохая идея, особенно учитывая наличие аналогичного устройства для Compact Flash.

Остается только заметить, что лицензирование поддержки Bluetooth бесплатно и необходимо только для заключения соглашения об использовании торговых марок. Следовательно, технология Bluetooth может совершить настоящую революцию в мире персональных коммуникаций и вообще в жизни человека.

Также хотелось бы рассказать о ярком применении новой технологии в Шведском Национальном музее. Шведский Национальный музей в Стокгольме оборудован специальными, компактными Bluetooth-передатчиками, размещаемыми возле каждого представленного вниманию посетителей экспоната. Каждый владелец карманного компьютера или мобильного WAP-телефона может теперь, подойдя к любому из них, получить исчерпывающую информацию о выставленном предмете.

Не всегда удобно при посещении музеев, выставочных залов или картинных галерей бегать от экспоната к экспонату за толпой зевак в сопровождении экскурсовода. Иногда хочется побродить среди исторически сохранившихся предметов искусства или около современных творений талантливых мастеров самостоятельно. Но ведь тогда не удастся услышать от сотрудника музея много чего интересного.

До настоящего времени разрешить эту проблему пытались лишь одним способом. На аудиокассету записывали речь экскурсовода, и каждый самостоятельный и в то же время любознательный посетитель выставки мог расхаживать по залам, слушать плеер и без посторонней помощи узнавать историю любого экспоната. Однако неудобство заключалось в том, что в некоторых больших музеях и галереях приходилось перемещаться от одного заинтересовавшего предмета к другому слишком быстро. И часто прерывать рассказ, перематывать кассету вперед или назад. Многих это раздражало, как раздражает и сейчас.

Шведы придумали другое решение, более современное и простое. В Стокгольме они оборудовали залы Национального Музея специальными, компактными Bluetooth-передатчиками, размещаемыми возле каждого представленного вниманию посетителей экспоната. Каждый владелец карманного компьютера или мобильного WAP-телефона может теперь, подойдя к любому из них, получить исчерпывающую информацию о выставленном предмете, причем тогда, когда захочет. Датчик реагирует на приближение человека к каждому отдельному объекту. Для этого шведским мастерам пришлось активизировать в помещениях музея систему глобального позиционирования (GPS).

На период тестирования столь удобного сервиса любому посетителю Шведского Национального музея будет выдаваться простенький электронный органайзер, на экране которого каждый и сможет читать заранее подготовленные искусствоведами рассказы про музейные экспонаты. А позже обладатели сотовых телефонов и карманных компьютеров смогут путешествовать по залам и со своими мобильными терминалами.



2.6 Анализ аналогичных технологий. А так же их преимущества и недостатки по отношению к Bluetooth

На протяжении последних нескольких месяцев, в Интернете и прессе со всех сторон обсуждаются проблемы технологии Bluetooth. Но эта технология имеет нескольких конкурентов. Ни один из них не представляет серьезной угрозы "синим зубам", но все же следует рассмотреть наиболее значимые из них. Это:

1) протокол инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association), который обеспечивает беспроводную связь устройств, использующих для таких же целей кабельное соединение;

2) Home/SWAP, технология локальных беспроводных сетей;

3) IEEE 802.11, беспроводной стандарт Ethernet.

IrDA. Стандарт передачи данных, работающий по принципу "точка-точка", имеющий узкий угол охвата (конус 30 градусов), радиус действия до одного метра, совместимость с предыдущими стандартами, скорость передачи данных от 4 Мб/с до 16 Мб/с. Технология IrDA используется очень широко во всем мире на более чем 50 млн. устройств, при этом ежегодный рост количества устройств составляет 40 процентов. Характеристики IrDA включают: широкий круг поддерживаемых устройств и программных платформ, сконструированных для кабельного соединения по принципу "точка-точка", узкий угол взаимодействия, что предотвращает интерференцию с другими электронными устройствами.

Home RF/SWAP (shared wireless access protocol). Создан для работы в локальных беспроводных сетях (LAN) на частоте 2.4 ГГц и поддерживает скорость передачи данных до 2 Мб/с на расстояние свыше 100 метров. Он использует несколько протоколов поддержки каналов телефонной радиосвязи и использует стандарт IEEE 802.11 для приложений данных. Однако Home RF является более дорогим для реализации решением, чем Bluetooth. Так как Bluetooth активно продвигается к захвату очень широкого диапазона приложений, Home RF/SWAP будет скорее "игроком на скамейке запасных".

Таблица 1. Сравнение технологии Bluetooth с технологиями HomeRF и IrDA

	Bluetooth	HomeRF	IrDA
Тип модуляции	метод частотных скачков	метод частотных скачков	амплитудная
Частотный диапазон	2,4 ГГц	2,4 ГГц	излучение в оптическом диапазоне  850-900 нанометров
Число скачков в секунду	1600	50	_
Мощность передатчика, мВт	100	100	20-80
Скорость передачи данных, Мбит/с	0,7	1-2 (мах 10)	4
Способ модуляции	двухуровневая частотная	двух-или четырехуровневая частотная	двухуровневая импульсная
Количество устройств в сети	не ограничено	до 127	2
Защита информации	40- и 64-битное шифрование	Blowfish data security	нет
Радиус действия, м	10-100	50	1

IEEE 802.11. Беспроводной стандарт Ethernet, который функционирует на частоте 2.4 ГГц, является несовместимым с Bluetooth. Он разработан для обеспечения взаимодействия точек доступа к сети, имеет скорость соединения до 11 Мб/с, и покрывает область применения, достаточно большую, чтобы формировать WLAN. Тем не менее, этот протокол не будет серьезным конкурентом Bluetooth, потому что он не имеет поддержки звука и требует слишком много энергии для работы с сотовыми телефонами.



Таблица 2. Сравнение технологии Bluetooth с технологией IEEE 802.11.

	IEEE 802.11	Bluetooth
Назначение	Беспроводные домашние/офисные сети	Замена кабельных соединений для компактных коммуникационных средств
Рабочая частота	2.4 ГГц	2.4 ГГц
Максимальная скорость передачи данных	11 Мбит/сек (IEEE 802.11b), 2Мбит/сек (IEEE 802.11)	721 Кбит/сек
Дальность действия	100 м	10 м или 100 м
Максимальное количество узлов	128 устройств на сеть	8 устройств на одну пикосеть, макс. 10 пикосетей, т.е. до 71 устройства на один scatternet
Голосовые каналы	Нет	3 канала
Доступность	Сейчас	Сейчас
Цена	$100-$400 за узел	Около $5 за узел

Как легко заметить, интерфейс Bluetooth намного лучше приспособлен для использования в тех беспроводных устройствах связи, где требуется достаточно низкая цена, нет необходимости в высоких скоростях и желательно низкое энергопотребление. Однако, как уже отмечалось, возможно, создание комбинированных сетей, тем более что IEEE 802.11 работает совершенно по другому принципу кодирования передаваемых данных, следовательно, находясь на одной и той же рабочей частоте, оба стандарта будут слышать друг друга физически, но чужие сигналы будут расценены каждым из них как посторонний шум.

Как только первые приложения Bluetooth станут доступными на рынке, потребители будут ждать более сложные решения. В течение следующей пары лет можно будет встретить чипы Bluetooth, встроенные в телефоны, карманные компьютеры, машины, бытовые приборы... Вообразите, например, радиочип в своих кроссовках, который связывается с часами, те контролируют ваш пульс и самочувствие во время бега и автоматически загружают информацию в ваш персональный компьютер, чтобы Вы могли анализировать эффективность своих тренировок.

3 .Сравнение

3.1 Сравнение с аналогами, перспективы развития

Bluetooth относится к тем технологиям, которые при грамотном использовании могут, в самом деле, перевернуть весь человеческий быт. Уже сейчас на выставках демонстрируются принтеры с Bluetooth, которые не надо подключать к компьютеру, достаточно просто внести его в комнату, включить в розетку, и можно начинать печатать. То же самое верно и в обратном порядке, достаточно просто войти в комнату с ноутбуком, оснащённым Bluetooth в руках, и сразу же можно пользоваться принтером, войти в локальную сеть для обмена файлами и документами, воспользоваться Интернет соединением. RJ-45 розетки для ноутбуков, которые можно встретить в некоторых самолётах и особо продвинутых аэропортах скоро должны отойти в прошлое.

...