Bluetooth: принципи побудови і функціонування

Історія створення і розвитку Bluetooth. Створення невеликих локальних мереж і безпровідного об'єднання пристроїв. Принцип роботи за принципом "крапка-крапка" та багатоточковий радіоканал, керований багаторівневим протоколом мобільного зв'язку GSM.
Краткое сожержание материала:

9

Содержание

• Вступ
• Історія створення і розвитку
• Принцип роботи bluetooth
• Профілі bluetooth
• Безпека
• Застосування
• Bluetooth: принципи побудови і функціонування
• Перспективи bluetooth
• Література
• Приложение

Вступ

Слово Bluetooth - сформульований на англійській мові варіант датського "Bl tand", епітет короля X століття Харальда I (Harald I) з Данії і частин Норвегії, який об'єднав данські племена, що ворогували, в єдине королівство. Сенс полягає в тому, що Bluetooth робить те ж саме з протоколами зв'язку, об'єднуючи їх в один універсальний стандарт. Хоча "bl " у сучасних скандінавських мовах означає "синій", за часів вікінгів воно також могло означати "чорного кольору". Так історично правильним переказ старого норвезького Харальд Blбtцnn швидше є Харальд Blacktooth чим Харальд Bluetooth.

Логотип Bluetooth є поєднанням двох нордичних рун: "хаглаз" (Hagall) - аналог латинської H і "беркана" (Berkanan) - латинська B. Логотип схожий на старіший логотип для Beauknit Textiles, підрозділи корпорації Beauknit. У нім використовується злиття відбитої K і В для "Beauknit", він ширше і має кути, що округляють, але загалом він такий же.

Історія створення і розвитку

На початку 1998 року Ericsson, IBM, Intel, Toshiba і Nokia - найбільші компанії комп'ютерного і телекомунікаційного ринку - об'єдналися для спільної розробки технології безпровідного з'єднання мобільних пристроїв.20 травня 1998 року сталося офіційне представлення спеціальної робочої групи (SIG - Special Interest Group), покликаній забезпечити безперешкодне впровадження технології, що отримала назву Bluetooth. Незабаром до групи увійшли 3COM/Palm, Axis Communication, Motorola, Compaq, Dell, Qualcomm, Lucent Technologies, UK Limited, Xircom. Зараз група включає більше 1400 компаній, що беруть участь в роботі над безкоштовною відкритою специфікацією Bluetooth. Завдяки простоті і витонченості цієї технології, багато фахівців упевнені, що Bluetooth не має конкуренції в області створення невеликих локальних мереж і безпровідного об'єднання пристроїв в межах будинку, офісу або, скажімо, машини.

На відміну від технології інфрачервоного зв'язку IRDA (Infrared Direct Access), що працює за принципом "крапка-крапка" в зоні прямої видимості, технологія Bluetooth розроблялася для роботи як за принципом "крапка-крапка", так і як багатоточковий радіоканал, керований багаторівневим протоколом, схожим на протокол мобільного зв'язку GSM.

Bluetooth стала конкурентом таким технологіям, як IEEE 802.11, HOMERF і IRDA, хоча остання і не призначена для побудови локальних мереж, але є найпоширенішою технологією безпровідного з'єднання комп'ютерів і периферійних пристроїв.

Основний ідей нової технології було надання можливості легкого і зручного безпровідного з'єднання різних пристроїв і організації безпровідної локальної мережі. Технологія повинна дозволити користувачеві організовувати обмін інформацією і голосом між всілякими пристроями, наприклад настільним комп'ютером, КПК і стільниковим телефоном. Тобто, скажімо, приходите ви в офіс, а ваш КПК тут же автоматично синхронізує адресну книгу і календар з настільним ПК і передає нові контакти на ваш мобільний телефон. У перспективі, технологія дозволить об'єднувати будь-які електронні пристрої, аж до холодильників, пральних машин, мікрохвильових печей і дверних замків (тільки представте - ваш холодильник передає на ваш стільниковий, що у нього закінчилося молоко, а той у свою чергу, відправляє вашому КПК вказівка додати молоко в список покупок). При цьому, одними з важливих параметрів нової технології повинні були стати низька вартість пристрою зв'язку - в межах 20 доларів, відповідно невеликі розміри (адже мова йде про мобільних пристроях) і, що важливо, сумісність, простота вбудовування в різні пристрої. Власне ради цього і була організована група SIG, яка, окрім всього іншого, дозволила безлічі виробників об'єднатися, а не розробляти власні, несумісні один з одним платформи. Тобто в недалекому майбутньому Bluetooth може стати "стандартом де-факто" для безпровідних комунікацій.

Принцип роботи bluetooth

Технологія використовує невеликі приймачі малого радіусу дії, або безпосередньо вбудовані в пристрій, або що підключаються через вільний порт або РС-карту. Адаптери працюють в радіусі 10 метрів і, на відміну від IRDA, не обов'язково в зоні прямої видимості, тобто, між пристроями, що сполучаються, можуть бути різні перешкоди, або стіни.

Bluetooth працює на частоті, що не ліцензується у всьому світі, 2.45 Ггц (смуга промислового, наукового і медичного застосування ISM - Industry, Science, Medicine), що дозволяє вільно використовувати пристрої Bluetooth у всьому світі. Радіоканал забезпечує швидкість 721Кбит/с і передачу 3 голосових каналів. Технологія використовує FHSS - стрибкоподібну перебудову частоти (1600 скачков/с) з розширенням спектру. При роботі передавач переходить з однієї робочої частоти на іншу по псевдовипадковому алгоритму. Для повнодуплексної передачі використовується дуплексний режим з тимчасовим розділенням (TDD). Підтримується ізохронна і асинхронна передача даних і забезпечується проста інтеграція з TCP/IP. Тимчасові інтервали (Time Slots) розгортаються для синхронних пакетів, кожен з яких передається на своїй частоті радіосигналу.

Енергоспоживання пристроїв Bluetooth має бути в межах 0.1 Вт. Кожен пристрій має унікальна 48-бітова мережева адреса, сумісна з форматом стандарту локальних мереж IEEE 802.

СПЕЦИФІКАЦІЇ

Bluetooth 1.0

Пристрої версій 1.0 (1998) і 1.0B мали погану сумісність між продуктами різних виробників. У 1.0 і 1.0B була обов'язковою передача адреси пристрою (BD_ADDR) на етапі встановлення зв'язку, що робило неможливою реалізацію анонімності з'єднання на протокольному рівні і було основним недоліком даної специфікації.

Bluetooth 1.1

У Bluetooth 1.1 було виправлено безліч помилок, знайдених в 1.0B, додана підтримка для нешифрованих каналів, індикація рівня потужності сигналу, що приймається (RSSI).

Bluetooth 1.2

У версії 1.2 була додана технологія адаптивної перебудови робочої частоти (AFH), що поліпшило опірність до електромагнітної інтерференції (перешкодам) шляхом використання рознесених частот в послідовності перебудови. Також збільшилася швидкість передачі і додалася технологія eSCO, яка покращувала якість передачі голосу шляхом повторення пошкоджених пакетів. У HCI додалася підтримка трьох-провідного інтерфейсу UART.

Головні поліпшення включають наступне:

Швидке підключення і виявлення.

Адаптивна перебудови частоти з розширеним спектром (AFH), яка підвищує стійкість до радіоперешкод.

Вищі швидкості чим в 1.1 передач даних, практично до 721 кбит/сек.

Розширені Синхронні Підключення (eSCO), які покращують якість передачі голосу в аудіопотоці, дозволяючи повторну передачу пошкоджених пакетів, і при необхідності можуть збільшити затримку аудіо, щоб подати кращу підтримку для паралельної передачі даних.

У Host Controller Interface (HCI) додана підтримка трьох-провідного інтерфейсу UART.

Затверджений як стандарт IEEE Standard 802.15.1-2005

Введені режими управління потоком даних (Flow Control) і повторної передачі (Retransmission Modes) для L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Bluetooth версії 2.0 був випущений 10 листопада 2004 р. Має зворотну сумісність з попередніми версіями 1. x. Основним нововведенням стала підтримка EDR (Enhanced Data Rate) для прискорення передачі даних. Номінальна швидкість EDR близько 3 Мбіт/с, проте на практиці це дозволило підвищити швидкість передачі даних тільки до 2,1 Мбіт/с. Додаткова продуктивність досягається за допомогою різних радіо технологій для передачі даних.

Стандартна (або Базова) швидкість передачі даних використовує Гаусове Кодування із зрушенням частот (GFSK) модуляцію радіо сигналу, при швидкості передачі в 1 Мбіт/s. EDR використовує поєднання GFSK і PSK-модуляцию з двома варіантами, /4-DQPSK і 8DPSK. Вони мають великі швидкості передачі даних по повітрю 2 - і 3 Mbit/s відповідно.

Bluetooth SIG видала специфікацію як "Технологія Bluetooth 2.0 + EDR", яка має на увазі, що EDR є додатковою функцією. Окрім EDR є і інші незначні удосконалення до 2.0 специфікації, і продукти можуть відповідати "Технологія Bluetooth 2.0", не підтримуючи вищу швидкість передачі даних. Принаймні один комерційний пристрій, HTC TYTN Pocket РС, використовує "Bluetooth 2.0 без EDR" в своїх технічних специфікаціях.

Згідно 2.0 + EDR специфікації, EDR забезпечує наступні переваги:

Збільшення швидкості передачі в 3 рази (2.1 Мбіт/с) в деяких випадках.

Зменшення складності декількох одночасних підключень із-за додаткової смуги пропускання.

Нижче споживання енергії завдяки зменшенню навантаження.

Bluetooth 2.1

2007 рік. Додана технологія розширеного запиту характеристик пристрою (для додаткової фільтрації списку при сполученні), енергозбережна технологія Sniff Subrating, яка дозволяє збільшити тривалість роботи пристрою від одного за...