Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 101
Текст из файла (страница 101)
После того какстабилизировались начальные протоколы, в 2004 году к Bluetooth 2.0 были добавленыболее высокие скорости передачи данных. Версия Bluetooth 3.0 2009 года может использоваться для сопряжения устройств в комбинации с 802.11 для высокоскоростной передачи данных. Версия 4.0 от декабря 2009 года определила работу с низкимэнергопотреблением. Это будет удобно для людей, которые не хотят регулярно менятьбатареи во всех устройствах в доме.
Ниже мы опишем основные аспекты Bluetooth.4.6.1. Архитектура BluetoothНачнем изучение системы Bluetooth с краткого обзора того, из чего она состоит и длячего предназначена. Основу Bluetooth составляет пикосеть (piconet), состоящая изодного главного узла и нескольких (до семи) подчиненных узлов, расположенныхв радиусе 10 метров. В одной и той же комнате, если она достаточно большая, могутрасполагаться несколько пикосетей. Более того, они могут даже связываться другс другом посредством моста (специального узла), как показано на рис. 4.31. Несколькообъединенных вместе пикосетей составляют рассеянную сеть (scatternet).Рис.
4.31. Две пикосети могут, соединившись, сформировать рассеянную сетьПомимо семи активных подчиненных узлов, один главный узел может поддерживать до 255 так называемых отдыхающих узлов. Это устройства, которые главный узелперевел в режим пониженного энергопотребления — за счет этого продлевается ресурсих источников питания. В таком режиме узел может только отвечать на запросы активации или на сигнальные последовательности от главного узла.
Существует еще двапромежуточных режима энергопотребления — приостановленный и анализирующий,но мы их сейчас рассматривать не будем.Такое решение с главным и подчиненным узлом оказалось очень простым и дешевым в реализации (вся микросхема ������������������������������������������������Bluetooth���������������������������������������стоит менее $5). Поскольку этого и до-350 Глава 4. Подуровень управления доступом к средебивались разработчики, такой вариант и был принят. Последствием этого является то,что подчиненные узлы получились очень неразговорчивыми — они лишь выполняютто, что им прикажет главный узел.
В основе пикосетей лежит принцип централизованной системы с временным уплотнением. Главный узел контролирует временныеинтервалы и распределяет очередность передачи данных каждым из подчиненныхузлов. Связь существует только между подчиненным и главным узлами. Прямой связимежду подчиненными узлами нет.4.6.2. Приложения BluetoothБольшинство сетевых протоколов просто предоставляют каналы связи между коммуникационными единицами и оставляют прикладное использование этих каналов наусмотрение разработчиков. Например, в стандарте 802.11 ничего не говорится о том,что пользователи должны использовать свои ноутбуки для чтения электронной почты, работы в Интернете и т. п.
В противоположность этому, Bluetooth специфицируетотдельные поддерживаемые приложения и для каждого из них предоставляет свойнабор протоколов. На момент написания данного раздела было 25 таких приложений,называемых профилями (profiles). К сожалению, это приводит к сильному усложнению системы. Мы опустим многие детали в нашем описании, но коротко рассмотримпрофили, чтобы увидеть, что группа Bluetooth пыталась достичь.Шесть профилей предназначены для различного использования аудио и видео.Например, профиль intercom позволяет двум телефонам соединяться друг с другомнаподобие раций.
Профили наушников и устройств hands-free и обеспечивают этимустройствам связь с базовой станцией. Это удобно, например, при управлении автомобилем.Другие профили предназначены для потоковой передачи стереозвука и видео,скажем, от портативного аудиоплеера к наушникам или от цифрового фотоаппаратадо телевизора.Профиль HID предназначен для устройств взаимодействия с человеком — соединения с компьютером клавиатур и мышей. Другие профили позволяют мобильномутелефону или другому компьютеру получать изображение от камеры или посылатьизображения принтеру. Возможно, более интересен профиль, позволяющий использовать мобильный телефон в качестве пульта дистанционного управления для телевизора (с поддержкой Bluetooth).Следующая группа профилей имеет отношение к сетям. Профиль доступа к ЛВСпозволяет устройству Bluetooth подсоединиться к сети непосредственно или получитьудаленный доступ к сети, как и в 802.11, через точку доступа.
Профиль удаленногодоступа (dail-up networking) был, собственно говоря, тем, ради чего изначально былзадуман весь проект. Он позволяет ноутбуку соединяться с мобильным телефоном,имеющим встроенный модем, без использования проводов.Были также определены профили для обмена информации на более высоком уровне.
В частности, профиль синхронизации предназначен для загрузки данных в мобильный телефон, когда его владелец выходит из дома, и извлечения их после возвращения.Мы пропустим остальную часть профилей, упомянем только, что некоторые профили служат основой, на которой построены профили, упомянутые выше. Профиль4.6. Bluetooth 351группового доступа, на котором строятся все другие профили, обеспечивает установкуи поддержку защищенной от несанкционированного доступа связи (канала) междуглавным и подчиненным узлами.
Другие групповые профили определяют основы обмена объектами и передачи аудио и видео. Служебные профили широко используютсядля таких функций, как эмуляция последовательного канала, что особенно полезнопри работе со многими устаревшими приложениями.Неужели действительно так необходимо было подробно описывать в стандарте всеприложения и предоставлять наборы протоколов для каждого из них? Может бытьи нет, но было создано довольно много рабочих групп, занимавшихся различнымиаспектами применения системы. Каждая рабочая группа разработала свой профиль.Считайте это демонстрацией закона Конвея в действии.
(В апреле 1968 года в журналеDatamation была опубликована статья Мелвина Конвея (Melvin Conway), в которойутверждалось, что если поручить написание компилятора n программистам, то получится n-проходный компилятор. В более общем виде эта мысль звучит так: структурапрограммного обеспечения отражает структуру группы разработчиков.) Наверное,можно было обойтись не 25, а двумя наборами протоколов — один для передачи файлов и один для передачи данных в реальном масштабе времени.4.6.3. Bluetooth: набор протоколовСтандарт Bluetooth�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������включает в себя множество протоколов, довольно свободно разбитых на уровни, как показано на рис. 4.32.
Структура на первый взгляд не следует нимодели OSI, ни TCP/IP, ни 802, ни какой-либо другой известной модели.В самом низу находится физический (радиотехнический) уровень, который вполнесоответствует моделям OSI и 802. На нем описывается радиосвязь и применяемыеметоды модуляции. Многое здесь направлено на то, чтобы сделать систему как можнодешевле и доступнее массовому покупателю.Уровень управления каналом связи (прямой передачи) чем-то напоминает подуровень MAC, но включает в себя и некоторые элементы физического уровня. Здесьописывается то, как главный узел управляет временными интервалами и как этиинтервалы группируются в кадры.Далее следуют два протокола, которые используют протокол управления каналомсвязи.
Протокол управления соединением устанавливает логические каналы междуустройствами, управляет режимами энергопотребления, сопряжением и шифрованием, а также качеством обслуживания. Он находится ниже линии интерфейса хостконтроллера. Этот интерфейс — удобство для реализации: как правило, протоколыниже линии реализуются на чипе Bluetooth, а протоколы выше линии — на устройствеBluetooth, где чип размещен.Протокол канального уровня — это L2CAP (Logical Link Control and AdaptationProtocol ��������������������������������������������������������������������— протокол управления логическими каналами и согласования).
Он собирает сообщения переменной длины и при необходимости обеспечивает надежность.L2CAP используется многими протоколами, в том числе и двумя описанными ранееслужебными протоколами.Протокол обнаружения сервисов используется для определения местонахожденияслужб в пределах сети. Протокол ���������������������������������������������RFcomm���������������������������������������эмулирует работу стандартного последо-352 Глава 4. Подуровень управления доступом к средевательного порта ПК, к которому обычно подключаются клавиатура, мышь, модеми другие устройства.Рис. 4.32.
Архитектура протоколов Bluetooth: версия 802.15На самом верхнем уровне находятся приложения. Профили представлены вертикальными прямоугольниками, потому что каждый из них определяет часть стекапротокола для конкретной цели. Специфические профили, например профили дляустройств типа гарнитур, используют только те протоколы, которые необходимыдля их работы. Например, профили могут включать L2CAP, если у них есть пакетыдля отправки, и пропустить L2CAP в случае, если у них есть только фоновые аудиоотсчеты.В следующих разделах мы рассмотрим уровень радиосвязи и различные протоколыканального уровня Bluetooth, поскольку они пусть грубо, но все-таки соответствуютфизическому уровню и подуровню MAC в других стеках протоколов, которые мыизучили ранее.4.6.4.
Bluetooth: уровень радиосвязиУровень радиосвязи переносит информацию бит за битом от главного узла к подчиненным и обратно. Это маломощная приемопередающая система с радиусом действияпорядка 10 метров. Она работает в ISM диапазоне 2,4 ГГц, как и 802.11. Диапазонразделен на 79 каналов по 1 МГц в каждом. Чтобы сосуществовать с другими сетями,использующими ISM диапазон, применяется расширенный спектр со скачкообразнойперестройкой частоты. Возможно до 1600 скачков частоты в секунду, длительностьодного временного интервала (слота или такта) — 625 мкс. Все узлы пикосетей перестраивают частоты одновременно, в соответствии с синхронизацией тактов и псевдослучайной последовательностью скачков, генерируемой главным узлом.К сожалению, оказалось, что ранние версии Bluetooth и 802.11 интерферируют так,что нарушают передачи друг друга.
Некоторые компании отреагировали на это отказомот Bluetooth в целом, но, в конечном счете, техническое решение было найдено. Оно4.6. Bluetooth 353заключалось в том, чтобы адаптировать последовательность скачков для исключенияканалов, на которых есть другие радиосигналы. Этот процесс, названный адаптивнойперестройкой рабочей частоты (adaptive frequency hopping), уменьшает помехи.Для отправки бит по каналу используются три формы модуляции. Базовая схемасостоит в использовании кодирования со сдвигом частоты, чтобы посылать 1-битовыйсимвол каждую микросекунду, что дает общую скорость данных 1 Мбит/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
