46557 (Bluetooth: принципи побудови і функціонування)

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 Blátönn 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 заряду акумулятора в 3-10 разів. Крім того оновлена специфікація істотно спрощує і прискорює встановлення зв'язку між двома пристроями, дозволяє проводити оновлення ключа шифрування без розриву з'єднання, а також робить вказані з'єднання захищенішими, завдяки використанню технології Near Field Communication.

Bluetooth 2.1 + EDR

У серпні 2008 року Bluetooth SIG представив версію 2.1+EDR. Нова редакція Bluetooth знижує споживання енергії в 5 разів, підвищує рівень захисту даних і полегшує розпізнавання і з'єднання Bluetooth-устройств завдяки зменшенню кількості кроків за яких воно виконується.

Bluetooth 3.0 + HS

3.0 + HS специфікація була прийнята Bluetooth SIG 21 квітня 2009 року. Вона підтримує теоретичну швидкість передачі даних до 24 Мбіт/с. Її основною особливістю є додавання AMP (Асиметрична Мультипроцесорна Обробка) (альтернативно MAC/PHY), доповнення до 802.11 як високошвидкісне повідомлення. Дві технології були передбачені для AMP: 802.11 і UWB, але UWB відсутній в специфікації.

Модулі з підтримкою нової специфікації сполучають в собі дві радіосистеми: перша забезпечує передачу даних в 3 Мб/с (стандартна для Bluetooth 2.0) і має низьке енергоспоживання; друга сумісна із стандартом 802.11 і забезпечує можливість передачі даних з швидкістю до 24 Мбіт/с (порівнянна із швидкістю мереж Wi-Fi). Вибір радіосистеми для передачі даних залежить від розміру передаваного файлу. Невеликі файли передаються по повільному каналу, а великі - по високошвидкісному. Bluetooth 3.0 використовує більш загальний стандарт 802.11 (без суфікса), тобто не сумісний з такими специфікаціями Wi-Fi, як 802.11b/g або 802.11n.

Bluetooth 4.0

У грудні 2009 року Bluetooth SIG анонсувала стандарт Bluetooth 4.0. Технологія, перш за все, призначена для мініатюрних електронних датчиків (що використовуються в спортивному взутті, тренажерах, мініатюрних сенсорах, що розміщуються на тілі пацієнтів і т.д.).

У Bluetooth 4.0 досягається низьке енергоспоживання за рахунок використання спеціального алгоритму роботи. Передавач включається тільки на час відправки даних, що забезпечує можливість роботи від однієї батареї типа CR2032 протягом декількох років. Стандарт надає швидкість передачі даних в 1 Мбіт/с при розмірі пакету даних 8-27 байт. У новій версії два Bluetooth-устройства зможуть встановлювати з'єднання менш ніж за 5 мілісекунд і підтримувати його на відстані до 100 м. Для цього використовується вдосконалена корекція помилок, а забезпечує необхідний рівень безпеки 128-бітове AES-шифрование.

Сенсори температури, тиску, вологості, швидкості пересування і так далі на базі цього стандарту можуть передавати інформацію на різні пристрої контролю: мобільні телефони, КПК, ПК і тому подібне

Перший чіп з підтримкою Bluetooth 3.0 і Bluetooth 4.0 був випущений компанією ST-Ericsson в кінці 2009 року. Масовий випуск Bluetooth-модулей очікується в I кварталі 2010 року.

Профілі bluetooth

Нижчепоказані профілі визначені і схвалені групою розробки Bluetooth SIG:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP)

A2DP розроблений для передачі двоканального стерео аудіопотоку, наприклад музики, до безпровідної гарнітури або будь-якого іншого пристрою. Профіль повністю підтримує низкокомпресованый кодек Sub_Band_Codec (SBC) і опціонально підтримує MPEG-1,2 аудіо, MPEG-2,4 ААС і ATRAC, здатний підтримувати кодеки визначені виробником.

Audio / Video Remote Control Profile (AVRCP)

Цей профіль розроблений для управління стандартними функціями телевізорів, Hi-Fi устаткування і інше. Тобто дозволяє створювати пристрою з функціями дистанційного керування. Може використовуватися в зв'язці з профілями A2DP або VDPT.

Basic Imaging Profile (BIP)

Профіль розроблений для пересилки зображень між пристроями і включає можливість зміни розміру зображення і конвертацію в підтримуваний формат приймаючого пристрою.

Basic Printing Profile (BPP)

Профіль дозволяє пересилати текст, e-mails, vCard і інші елементи на принтер. Профіль не вимагає від принтера специфічних драйверів, що вигідно відрізняє його від HCRP.

Common ISDN Access Profile (CIP)

Профіль для доступу пристроїв до ISDN.

Cordless Telephony Profile (CTP)

Профіль безпровідної телефонії.

Device ID Profile (DID)

Профіль дозволяє ідентифікувати клас пристрою, виробника, версію продукту.

Dial-up Networking Profile (DUN)

Протокол надає стандартний доступ до інтернету або іншого телефонного сервісу через Bluetooth. Базується на SPP, включає команди PPP і AT, визначені в специфікації ETSI 07.07.

Fax Profile (FAX)

Профіль надає інтерфейс між мобільним або стаціонарним телефоном і ПК на якому встановлено програмне забезпечення для факсів. Підтримує набір AT-команд в стилі ITU T.31 і/або ITU T.32. Голосовий дзвінок або передача даних профілем не підтримується.

File Transfer Profile (FTP_profile)

Профіль забезпечує доступ до файлової системи пристрою. Включає стандартний набір команд FTP, що дозволяє отримувати список директорій, зміни директорій, отримувати, передавати і видаляти файли. Як транспорт використовується OBEX, базується на GOEP.

General Audio / Video Distribution Profile (GAVDP)