РЕФЕРАТ. реферат. Реферат по теме Стандартизация Bluetooth Студент Васильев И. C группа моис351 Преподаватель Захаров П. А
 Скачать 0.6 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» МОСКОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ ТРАНСПОРТА РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ: Стандартизация Bluetooth Студент: Васильев И.C Группа: МОИС-351 Преподаватель: Захаров П.А. оценка дата подпись преподавателя Москва 2022г. ОглавлениеВВЕДЕНИЕ 2 1БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ПЕРСОНАЛЬНЫЕ СЕТИ И ПРИНЦИПЫ ИХ ПОСТРОЕНИЯ 4 2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ BLUETOOTH 15 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 32 ВВЕДЕНИЕДанная работа посвящена обзору технологии Bluetooth - первой технологии, позволяющей организовать беспроводную персональную сеть передачи данных (WPAN - Wireless Personal Network). Созданная в 1998 году, эта технология остается актуальной и сегодня, несмотря на появление множества других беспроводных технологий. В настоящее время это одна из самых популярных беспроводных технологий. В 1995 году такие отрасли промышленности как телекоммуникации и информационные технологии осознали, что недорогая по стоимости и экономичная по потреблению энергии радиосвязь, или беспроводная связь, уже реальна и достижима. Поэтому на близких расстояниях она вполне может заменить собой кабельную связь. Были проведены исследования, и вскоре определились общие очертания технологии под кодовым названием "Bluetooth". Целью создателей технологии было обеспечение надежного сервиса для мобильных абонентов и бизнес-пользователей в рамках компактной радиотехнологии, действующей на малых расстояниях. Данную технологию предполагалось интегрировать в ряд модельных линий широкого диапазона различных устройств. Цель создателей состояла в том, чтобы технология соответствовала таким спецификациям, которые оптимизируют пользование всеми мобильными компьютерными и коммуникационными устройствами, а также обеспечивают: использование по всему миру, работу с голосом и передачей данных, возможность противостоять помехам от других источников в открытой полосе , очень компактный размер, для обеспечения удобной интеграции с различными устройствами, ничтожное энергопотребление, в сравнении с другими устройствами, предназначенными для подобных целей , открытый интерфейсный стандарт , а так же изкая стоимость. В настоящее время технология Bluetooth является твердо, устоявшимся коммуникационным стандартом для беспроводной связи на малых расстояниях. Она заменяет целую кучу отдельных кабелей, присоединяющих одно устройство к другому посредством одной универсальной радиолинии с малым радиусом действия. Например, радио-технология Bluetooth, встроенная и в сотовый телефон, и в ноутбук, заменяет кабель, используемый в настоящее время для присоединения ноутбука к сотовому телефону. Принтеры, персональные компьютеры, факсы, клавиатуры, джойстики и практически любые другие цифровые устройства могут быть частью системы Bluetooth. Радио-технология Bluetooth также обеспечивает универсальный мост к существующим сетям передачи данных, интерфейсу периферийных устройств, а также обеспечивает механизм для формирования небольших частных специальных групп соединяемых устройств вне инфраструктуры фиксированной сети. БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ПЕРСОНАЛЬНЫЕ СЕТИ И ПРИНЦИПЫ ИХ ПОСТРОЕНИЯ1 Беспроводные технологии и классификация беспроводных сетей Беспроводные технологии - подкласс информационных технологий, служащих для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение. В настоящее время существует множество беспроводных технологий. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения. Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий. По дальности действия можно выделить:  Рисунок 1 - Классификация по дальности действия Беспроводные персональные сети (WPAN - Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий - Bluetooth. Беспроводные локальные сети (WLAN - Wireless Local Area Networks). Примеры технологий - Wi-Fi. Беспроводные сети масштаба города (WMAN - Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий - WiMAX.: Беспроводные персональные сети Две современные технологии создания беспроводных персональных сетей - это Infra Red (IR (ИК)) и Bluetooth (IEEE 802.15). Они предоставляют возможность связи устройств в радиусе 30 футов (около 10 м). Для установки ИК связи устройства должны находиться в зоне прямой видимости. Их связь характеризуется достаточно небольшим расстоянием.: Беспроводные локальные сетипредоставляет возможность пользователям определенного района или места, например, университетского городка или библиотеки, создать сеть и получить доступ в Интернет. Временная сеть может быть создана с ограниченным числом пользователей и без приемоперадатчика при условии, что им не требуется доступ к Интернет-ресурсам.: Беспроводные городские сети Даная технология позволяет объединять несколько сетей в городе, например, городские здания, что является прекрасной альтернативой кабельному соединению. Также в некоторых источниках выделяют глобальные беспроводные сети (WWANS), которые действуют до 10 тис. км.: Беспроводные глобальные сети Данный тип сетей объединяет различные города и страны посредством систем спутниковой или антенной связи. Их называют системами 2G (системами второго поколения). Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.  Рисунок 2 - Классификация по дальности действия и максимальной скорости передачи данных По области применения можно выделить: Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети - создаваемые компаниями для собственных нужд. Операторские беспроводные сети - создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг. В комплексе с классификацией беспроводных сетей необходимо рассмотреть основные стандарты, которые действуют в этой области. Стандарт 802.11 впервые появился в 1990-х годах. Он был разработан Институтом электроники и электрики. Теперь он является ведущей технологией в мире беспроводных сетей. Использование FHSS (frequency hopping spread spectrum) or DSSS (direct sequence spread spectrum) обеспечивает передачу данных со скоростью от 1 до 2 Мбит в секунду в 2.4 ГГц канале. .11a Использование OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) обеспечивает передачу данных со скоростью до 54 Мбит в секунду в 5 ГГц канале. .11b Известен как Wi-Fi или высокопроизводительный стандарт 802.11, он использует DSSS и применяется к локальным сетям. Стандарт используется в основном в частных целях, в домах. Гарантирует скорость 11 Мбит в секунду запас 5,5, 2 и Мбит в секунду. 11g Обеспечивает скорость 20 Мбит в секунду и более, применяется с локальными сетями в канале 2,4 ГГц. 16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL. .16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это - новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3; 2,5; 3,4-3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, а недавно оператор Sprint анонсировал старт проекта национального масштаба. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSXPA). .2 Основные положения беспроводных персональных сетей Беспроводные персональные сети (англ. wireless personal area network, WPAN) - сети, стандарт которых обозначен как IEEE 802.15. применяются для связи различных устройств, включая компьютерную, бытовую и оргтехнику, средства связи и т. д. Физический и канальный уровни регламентируются стандартом IEEE 802.15.4. Радиус действия WPAN составляет от нескольких метров до нескольких десятков сантиметров. используется как для объединения отдельных устройств между собой, так и для связи их с сетями более высокого уровня, например, глобальной сетью интернет. может быть развернута с использованием различных сетевых технологий Bluetooth, ZigBee и другими. Работы по изучению возможности применения мобильных, сетевых коммуникаций начались еще в 1994 году. Компании IBM, Nokia, Intel и Toshiba создали консорциум для разработки стандарта беспроводной связи между ЭВМ посредством устройств с ограниченным радиусом действия. Проект являлся конкурентом стандарта IEEE 802.11 (оба стандарта используют один и тот же частотный диапазон, одни и те же 79 каналов). Главной его целью являлось удаление любых кабелей из телефонии, а если получится, и из локальных сетей. Очевидно, что в нынешнем виде Bluetooth не может вытеснить 802.11 хотя бы из-за ограничений на максимальный размер сети. Но эта технология быстро развивается, трудно предсказать, какое место она займет в самые ближайшие годы. В 1999 году был выдан 1500-страничный документ v1.0. После этого группа стандартизации IEEE взяла этот документ за основу стандарта 802.15 (физический уровень и уровень передачи данных). В 2002 году IEEE утвердил стандарт 802.15.1. Пока стандарт 802.15 и Bluetooth не идентичны, но ожидается их объединение в самом ближайшем будущем. Технология Bluetooth опирается на нелицензируемый (практически везде кроме России) частотный диапазон 2,4÷2,4835 ГГц. При этом используются широкие защитные полосы: нижняя граница частотного диапазона составляет 2 ГГц, а верхняя - 3,5 ГГц. Частота (положение центра спектра) задается с точностью ± 75 кГц. Дрейф частоты в этот интервал не входит. Кодирование сигнала осуществляется по двухуровневой схеме GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Логическому 0 и 1 соответствуют две разные частоты. В оговоренной частотной полосе выделяется 79 радиоканалов по 1 МГц каждый. 3 Концепция и основные положения технологии 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.- это маленький чип, представляющий собой высокочастотный (2.4 - 2.48 ГГц) приёмопередатчик. Внешний вид модуля Bluetooth представлен на рисунке.   Рисунок 3 - Внешний вид модуля Bluetooth Технология Bluetooth предусматривает три уровня защиты: ) Минимальная - данные кодируются общим ключом и могут приниматься любым устройством без ограничения. ) Защита на уровне устройства - в чипе прописывается уровень доступа, в соответствии с которым устройство может получать определенные данные от других устройств. ) Защита на уровне сеанса связи - данные кодируются 128-битными случайными номерами, хранящимися в каждой паре чипов, участвующих в конкретном сеансе связи. 1.4 Принципы построения и функционирования Bluetooth Технология Bluetooth полностью открыта. Для исключения появления несовместимых устройств разработаны подробные спецификации, включающие детальное описание методов использования нового стандарта и характеристики протоколов передачи данных (упрощённая блок-схема bluetooth-связи представлена в приложении А). Каждый bluetooth-модуль содержит формирующую и приёмно-передающую аппаратуру, а также встроенное или "зашитое" программное обеспечение (Firmware). К последнему относится интерфейс хост-контроллера (HCI), менеджер связи (Link Manager), а также контроллер несущей частоты (Baseband). Связь модуля с хостом на физическом и канальном уровнях осуществляется с помощью шин USB, UART, PC Card и соответствующего встроенного ПО. К физическому уровню относится также радиолиния между модулями. Модуль поддерживает приём-передачу данных и речевых сигналов. Связь между модулем и хост-контроллером производится с помощью высокоскоростного USB-интерфейса или UART/PCM-интерфейса. Когда используется USB-интерфейс, модуль является USB-ведомым прибором и поэтому не требует ресурсов персонального компьютера. Интерфейс хост-контроллера (ИХК) в модуле является командным интерфейсом. Хост через ИХК направляет команды, а в ответ принимает от модуля сообщения об их выполнении. Менеджер связи устанавливает необходимую конфигурацию ИХК. Технология Вluetooth предполагает два вида связи: синхронную - SCO (Synchronous Connection Oriented) и асинхронную - ACL (Аsynchronous Connectionless). Первый вид, SCO, рассчитан на установление симметричного соединения "точка - точка" и служит преимущественно для передачи речевых сообщений. Скорость передачи информации SCO равна 64 Кбит/с. Второй, ACL, предназначен для пакетной передачи данных. Он поддерживает симметричные и асимметричные соединения типа "точка - много точек". Скорость передачи пакетной информации при ACL cоставляет порядка 721 Кбит/с. Пакеты данных имеют фиксированный формат. В начале блока находится 72-бит код доступа. Он может применяться, в частности, для синхронизации устройств. За ним следует 54-бит заголовок пакета, содержащий контрольную сумму пакета и информацию о его параметрах (например, о повторной передаче блока данных). Замыкает пакет область, непосредственно содержащая пересылаемую информацию. Размер этой области варьируется от 0 до 2745 бит. Основополагающим принципом построения систем Bluetooth является использование метода расширения спектра при скачкообразном изменении частоты (FHSS - Frequency Hop Spread Spectrum). Весь выделенный для bluetooth-радиосвязи частотный диапазон 2,402…2,480 ГГц разбит на N частотных каналов (рисунок 4а). Полоса каждого канала 1 МГц, разнос каналов - 140…175 кГц. Для кодирования пакетной информации используется частотная манипуляция.  Рисунок 4 - Частотный диапазон Bluetooth (а) и способ кодирования пакетной информации (б) Смена каналов производится по псевдослучайному закону с частотой 1600 Гц. Постоянное чередование частот позволяет радиоинтерфейсу Bluetooth транслировать информацию по всему диапазону ISM и избежать воздействия помех со стороны устройств, работающих в этом же диапазоне. Если данный канал зашумлён, то система перейдёт на другой, и так будет происходить до тех пор, пока не обнаружится канал, свободный от помех. На рисунке 5 показана частотно-временная плоскость, иллюстрирующая одновременную работу трёх bluetooth-модулей. Модули работают тактами (слотами), длительностью 625 мкс. Каждому модулю в пределах каждого такта назначается соответствующий частотный канал и режим передачи или приёма. Когда пара любых bluetooth-устройств соединяется, то они образуют пикосеть. Аппарат, инициирующий связь, является ведущим (host, master), а остальные - ведомыми (slaves).  Рисунок 5 - Частотно-временная диаграмма работы модулей Bluetooth Обычно ведущим является тот модуль, который размещён в наиболее мощном устройстве, таком, как персональный компьютер или плата CPU мини-ЭВМ. Число модулей в пикосети не ограничивается, но в любой момент времени активны должны быть не больше восьми. Не существует разницы как в аппаратной, так и в программной части между ведущими и ведомыми устройствами. Любое из них может быть и тем и другим. Ведущее формирует пикосеть (в каждой сети оно только одно) и полностью контролирует трафик. Ведомые могут отсылать сообщения только в интервале "ведомые - ведущему" после того, как к ним обратился в предшествующий слот "ведущий - ведомым". Если в этом интервале у ведущего нет никакой информации для отправки ведомым, то он передает пакет только с кодом доступа и заголовком. Если в сети оказывается более 8 устройств, то будет сформирована вторая пикосеть и так далее. Предусмотрена координация трафика и между сетями. Более того, они могут даже связываться друг с другом посредством моста (специального узла), как показано на рисунке 6. Несколько объединенных вместе пикосетей составляют рассеянную сеть (scatternet).  Рисунок 6 - Связь пикосетей Bluetooth Помимо семи активных подчиненных узлов, один главный узел может поддерживать до 255 так называемых отдыхающих узлов. Это устройства, которые главный узел перевел в режим пониженного энергопотребления - за счет этого продлевается ресурс их источников питания. В таком режиме узел может только отвечать на запросы активации или на сигнальные последовательности от главного узла. Главный узел контролирует временные интервалы и распределяет очередность передачи данных каждым из подчиненных узлов. Связь существует только между подчиненным и главным узлами. Прямой связи между подчиненными узлами нет. Таким образом, концепция Bluetooth обеспечивает беспроводную передачу данных, позволяющую соединять друг с другом практически любые устройства. Принципы построения и функционирования Bluetooth обеспечивают полную открытость технологии. Основу архитектуры Bluetooth составляет пикосеть, состоящая из одного главного узла и нескольких подчиненных узлов, при этом несколько объединенных вместе пикосетей составляют рассеянную сеть. 2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ BLUETOOTH2.1 Использование технологии Bluetooth беспроводная сеть Понятно, что функциональность данной технологии распространяется далеко за пределы сотовых телефонов. Основным направлением использования Bluetooth станет создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи и холодильники. Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подключения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в получении информации или обладающие необходимой информацией. Если же обратиться к карманным компьютерам, то тут возможности Bluetooth практически безграничны. Во-первых, беспроводную технологию передачи данных можно использовать для синхронизации ПК и КПК. Теперь для того чтобы скачать последнюю почту на портативный компьютер, пользователю не придется тратить время на подключение карманного ПК: при поддержке Bluetooth в обоих устройствах пользователь может просто запустить необходимые приложения - все остальное будет сделано автоматически. Однако использование Bluetooth не ограничивается миниатюрными компьютерами и различными модными технологическими устройствами. Чипы также могут использоваться и в бытовой электронике, а это означает, что теперь с карманного ПК или мобильного телефона можно будет дать команду микроволновой печи или видеомагнитофону. Если же говорить о прогрессивных пользователях, то их, несомненно, приведет в восторг тот факт, что, к примеру, цифровые камеры позволят теперь моментально отсылать снимки на карманный ПК, где на них можно будет взглянуть, или же на мобильный телефон, который сразу же отправит нужные кадры по электронной почте. Пользователи же ноутбуков получат возможность работать с принтером или другим периферийным устройством без необходимости кабельного подключения. Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, каковым является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией. Bluetooth работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Вкратце это можно объяснить так: передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму скачкообразной перестройки частоты (1600 раз в секунду), или шаблону (pattern), составленному из 79 подчастот. "Понять" друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон передачи - для посторонних приборов переданная информация будет обычным шумом. Технология Bluetooth изначально была предназначена для работы в шумном радиочастотном окружении. Радио-модули Bluetooth избегают помех от других сигналов путем перескока на новую частоту после передачи или приема пакета. По сравнению с другими системами, работающими на той же самой полосе частот, Bluetooth обычно прыгает быстрее и использует более короткие пакеты. Это позволяет избавиться от воздействия микроволновых печей и других источников помех. 2 Принцип работы технологии Bluetooth Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, либо непосредственно встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт или PC-карту. Адаптеры работают в радиусе 10 метров и, в отличие от IrDA, не обязательно в зоне прямой видимости, то есть, между соединяемыми устройствами могут быть различные препятствия, или стены. Устройства, использующие стандарт Bluetooth, функционируют в диапазоне 2,45 ГГц ISM (Industrial, Scientific, Medical - промышленный, научный и медицинский диапазон) и способны передавать данные со скоростью до 720 кбит/с на расстояние до 10 метров и передачу 3 голосовых каналов. Такие показатели достигаются при использовании мощности передачи 1 мВт и задействованном механизме переключения частоты, предотвращающем интерференцию. Если принимающее устройство определяет, что расстояние до передающего устройства менее 10 м, оно автоматически изменяет мощность передачи до уровня, необходимого при данном расположении устройств. Устройство переключается в режим экономии энергии в том случае, когда объем передаваемых данных становится мал или передача прекращается. Технология использует FHSS - скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Для полнодуплексной передачи используется дуплексный режим с временным разделением (TDD). Поддерживается изохронная и асинхронная передача данных и обеспечивается простая интеграция с TCP/IP. Временные интервалы (Time Slots) развертываются для синхронных пакетов, каждый из которых передается на своей частоте радиосигнала. Энергопотребление устройств Bluetooth должно быть в пределах 0.1 Вт. Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802. Диапазон 2.45 гГц является не лицензируемым и может свободно использоваться всеми желающими. Управляет им лишь Федеральная комиссия по коммуникациям (FCC - Federal Communication Commission), ограничивая часть диапазона, которую может использовать каждое устройство. Беда в том, что этих устройств стало очень много - начиная от беспроводных сетей, поддерживающих стандарты 802.11 и 802.11b и устройств Bluetooth и вплоть до микроволновых печей! Сейчас комиссия рассматривает просьбу увеличить используемый диапазон для Home RF (спецификация, используемая в аудио- и видеотехнике). Это увеличение может повлиять на другие устройства, работающие в этом диапазоне, количество которых увеличивается. При этом FCC заявила, что использование не лицензируемой частоты несет несомненный риск и не исключена возможность помех и конфликтов между устройствами. Фирмы, поддерживающие технологи беспроводных сетей, в том числе и Bluetooth, активно протестуют против увеличения диапазона Home RF. Устройства стандарта Bluetooth способны соединяться друг с другом, формируя пикосети, в каждую из которых может входить до 256 устройств. При этом одно из устройств является ведущим (Master), еще семь - ведомыми (Slave), остальные находятся в дежурном режиме. Пикосети могут перекрываться, а к ресурсам ведомых устройств может быть организован доступ. Перекрывающиеся пикосети могут образовать распределенную сеть, по которой могут мигрировать данные. Пикосеть (Piconet) - совокупность от двух до восьми устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как мастер (главное устройство, по аналогии с сервером), а остальные как slave (управляемые). Мастер синхронизирует частоту и ее изменения для всех остальных slave-устройств его пикосети. Для распознавания любого устройства в сети выделяется уникальный трехразрядный адрес. В случае необходимости любое управляемое устройство в Piconet может стать управляющим, поменявшись ролью со старым лидером. Несколько независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей (до 10), между которыми возможен обмен информацией, могут объединяться в так называемую большую сеть Scatternel. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет главным в одной и подчиняемым в другой. Таким образом, в пределах отдельной Scatternet может быть одновременно связано максимум 71 устройство. 2.1 Использование технологии Bluetooth беспроводная сеть bluetooth Понятно, что функциональность данной технологии распространяется далеко за пределы сотовых телефонов. Основным направлением использования Bluetooth станет создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи и холодильники. Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подключения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в получении информации или обладающие необходимой информацией. Если же обратиться к карманным компьютерам, то тут возможности Bluetooth практически безграничны. Во-первых, беспроводную технологию передачи данных можно использовать для синхронизации ПК и КПК. Теперь для того чтобы скачать последнюю почту на портативный компьютер, пользователю не придется тратить время на подключение карманного ПК: при поддержке Bluetooth в обоих устройствах пользователь может просто запустить необходимые приложения - все остальное будет сделано автоматически. Однако использование Bluetooth не ограничивается миниатюрными компьютерами и различными модными технологическими устройствами. Чипы также могут использоваться и в бытовой электронике, а это означает, что теперь с карманного ПК или мобильного телефона можно будет дать команду микроволновой печи или видеомагнитофону. Если же говорить о прогрессивных пользователях, то их, несомненно, приведет в восторг тот факт, что, к примеру, цифровые камеры позволят теперь моментально отсылать снимки на карманный ПК, где на них можно будет взглянуть, или же на мобильный телефон, который сразу же отправит нужные кадры по электронной почте. Пользователи же ноутбуков получат возможность работать с принтером или другим периферийным устройством без необходимости кабельного подключения. Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, каковым является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией. Bluetooth работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Вкратце это можно объяснить так: передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму скачкообразной перестройки частоты (1600 раз в секунду), или шаблону (pattern), составленному из 79 подчастот. "Понять" друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон передачи - для посторонних приборов переданная информация будет обычным шумом. Технология Bluetooth изначально была предназначена для работы в шумном радиочастотном окружении. Радио-модули Bluetooth избегают помех от других сигналов путем перескока на новую частоту после передачи или приема пакета. По сравнению с другими системами, работающими на той же самой полосе частот, Bluetooth обычно прыгает быстрее и использует более короткие пакеты. Это позволяет избавиться от воздействия микроволновых печей и других источников помех. .2 Принцип работы технологии Bluetooth Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, либо непосредственно встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт или PC-карту. Адаптеры работают в радиусе 10 метров и, в отличие от IrDA, не обязательно в зоне прямой видимости, то есть, между соединяемыми устройствами могут быть различные препятствия, или стены. Устройства, использующие стандарт Bluetooth, функционируют в диапазоне 2,45 ГГц ISM (Industrial, Scientific, Medical - промышленный, научный и медицинский диапазон) и способны передавать данные со скоростью до 720 кбит/с на расстояние до 10 метров и передачу 3 голосовых каналов. Такие показатели достигаются при использовании мощности передачи 1 мВт и задействованном механизме переключения частоты, предотвращающем интерференцию. Если принимающее устройство определяет, что расстояние до передающего устройства менее 10 м, оно автоматически изменяет мощность передачи до уровня, необходимого при данном расположении устройств. Устройство переключается в режим экономии энергии в том случае, когда объем передаваемых данных становится мал или передача прекращается. Технология использует FHSS - скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Для полнодуплексной передачи используется дуплексный режим с временным разделением (TDD). Поддерживается изохронная и асинхронная передача данных и обеспечивается простая интеграция с TCP/IP. Временные интервалы (Time Slots) развертываются для синхронных пакетов, каждый из которых передается на своей частоте радиосигнала. Энергопотребление устройств Bluetooth должно быть в пределах 0.1 Вт. Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802. Диапазон 2.45 гГц является не лицензируемым и может свободно использоваться всеми желающими. Управляет им лишь Федеральная комиссия по коммуникациям (FCC - Federal Communication Commission), ограничивая часть диапазона, которую может использовать каждое устройство. Беда в том, что этих устройств стало очень много - начиная от беспроводных сетей, поддерживающих стандарты 802.11 и 802.11b и устройств Bluetooth и вплоть до микроволновых печей! Сейчас комиссия рассматривает просьбу увеличить используемый диапазон для Home RF (спецификация, используемая в аудио- и видеотехнике). Это увеличение может повлиять на другие устройства, работающие в этом диапазоне, количество которых увеличивается. При этом FCC заявила, что использование не лицензируемой частоты несет несомненный риск и не исключена возможность помех и конфликтов между устройствами. Фирмы, поддерживающие технологи беспроводных сетей, в том числе и Bluetooth, активно протестуют против увеличения диапазона Home RF. Устройства стандарта Bluetooth способны соединяться друг с другом, формируя пикосети, в каждую из которых может входить до 256 устройств. При этом одно из устройств является ведущим (Master), еще семь - ведомыми (Slave), остальные находятся в дежурном режиме. Пикосети могут перекрываться, а к ресурсам ведомых устройств может быть организован доступ. Перекрывающиеся пикосети могут образовать распределенную сеть, по которой могут мигрировать данные. Пикосеть (Piconet) - совокупность от двух до восьми устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как мастер (главное устройство, по аналогии с сервером), а остальные как slave (управляемые). Мастер синхронизирует частоту и ее изменения для всех остальных slave-устройств его пикосети. Для распознавания любого устройства в сети выделяется уникальный трехразрядный адрес. В случае необходимости любое управляемое устройство в Piconet может стать управляющим, поменявшись ролью со старым лидером. Несколько независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей (до 10), между которыми возможен обмен информацией, могут объединяться в так называемую большую сеть Scatternel. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет главным в одной и подчиняемым в другой. Таким образом, в пределах отдельной Scatternet может быть одновременно связано максимум 71 устройство. 2.1 Использование технологии Bluetooth беспроводная сеть bluetooth Понятно, что функциональность данной технологии распространяется далеко за пределы сотовых телефонов. Основным направлением использования Bluetooth станет создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи и холодильники. Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подключения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в получении информации или обладающие необходимой информацией. Если же обратиться к карманным компьютерам, то тут возможности Bluetooth практически безграничны. Во-первых, беспроводную технологию передачи данных можно использовать для синхронизации ПК и КПК. Теперь для того чтобы скачать последнюю почту на портативный компьютер, пользователю не придется тратить время на подключение карманного ПК: при поддержке Bluetooth в обоих устройствах пользователь может просто запустить необходимые приложения - все остальное будет сделано автоматически. Однако использование Bluetooth не ограничивается миниатюрными компьютерами и различными модными технологическими устройствами. Чипы также могут использоваться и в бытовой электронике, а это означает, что теперь с карманного ПК или мобильного телефона можно будет дать команду микроволновой печи или видеомагнитофону. Если же говорить о прогрессивных пользователях, то их, несомненно, приведет в восторг тот факт, что, к примеру, цифровые камеры позволят теперь моментально отсылать снимки на карманный ПК, где на них можно будет взглянуть, или же на мобильный телефон, который сразу же отправит нужные кадры по электронной почте. Пользователи же ноутбуков получат возможность работать с принтером или другим периферийным устройством без необходимости кабельного подключения. Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, каковым является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0.3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией. Bluetooth работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Вкратце это можно объяснить так: передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму скачкообразной перестройки частоты (1600 раз в секунду), или шаблону (pattern), составленному из 79 подчастот. "Понять" друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон передачи - для посторонних приборов переданная информация будет обычным шумом. Технология Bluetooth изначально была предназначена для работы в шумном радиочастотном окружении. Радио-модули Bluetooth избегают помех от других сигналов путем перескока на новую частоту после передачи или приема пакета. По сравнению с другими системами, работающими на той же самой полосе частот, Bluetooth обычно прыгает быстрее и использует более короткие пакеты. Это позволяет избавиться от воздействия микроволновых печей и других источников помех. .2 Принцип работы технологии Bluetooth Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, либо непосредственно встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт или PC-карту. Адаптеры работают в радиусе 10 метров и, в отличие от IrDA, не обязательно в зоне прямой видимости, то есть, между соединяемыми устройствами могут быть различные препятствия, или стены. Устройства, использующие стандарт Bluetooth, функционируют в диапазоне 2,45 ГГц ISM (Industrial, Scientific, Medical - промышленный, научный и медицинский диапазон) и способны передавать данные со скоростью до 720 кбит/с на расстояние до 10 метров и передачу 3 голосовых каналов. Такие показатели достигаются при использовании мощности передачи 1 мВт и задействованном механизме переключения частоты, предотвращающем интерференцию. Если принимающее устройство определяет, что расстояние до передающего устройства менее 10 м, оно автоматически изменяет мощность передачи до уровня, необходимого при данном расположении устройств. Устройство переключается в режим экономии энергии в том случае, когда объем передаваемых данных становится мал или передача прекращается. Технология использует FHSS - скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Для полнодуплексной передачи используется дуплексный режим с временным разделением (TDD). Поддерживается изохронная и асинхронная передача данных и обеспечивается простая интеграция с TCP/IP. Временные интервалы (Time Slots) развертываются для синхронных пакетов, каждый из которых передается на своей частоте радиосигнала. Энергопотребление устройств Bluetooth должно быть в пределах 0.1 Вт. Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802. Диапазон 2.45 гГц является не лицензируемым и может свободно использоваться всеми желающими. Управляет им лишь Федеральная комиссия по коммуникациям (FCC - Federal Communication Commission), ограничивая часть диапазона, которую может использовать каждое устройство. Беда в том, что этих устройств стало очень много - начиная от беспроводных сетей, поддерживающих стандарты 802.11 и 802.11b и устройств Bluetooth и вплоть до микроволновых печей! Сейчас комиссия рассматривает просьбу увеличить используемый диапазон для Home RF (спецификация, используемая в аудио- и видеотехнике). Это увеличение может повлиять на другие устройства, работающие в этом диапазоне, количество которых увеличивается. При этом FCC заявила, что использование не лицензируемой частоты несет несомненный риск и не исключена возможность помех и конфликтов между устройствами. Фирмы, поддерживающие технологи беспроводных сетей, в том числе и Bluetooth, активно протестуют против увеличения диапазона Home RF. Устройства стандарта Bluetooth способны соединяться друг с другом, формируя пикосети, в каждую из которых может входить до 256 устройств. При этом одно из устройств является ведущим (Master), еще семь - ведомыми (Slave), остальные находятся в дежурном режиме. Пикосети могут перекрываться, а к ресурсам ведомых устройств может быть организован доступ. Перекрывающиеся пикосети могут образовать распределенную сеть, по которой могут мигрировать данные. Пикосеть (Piconet) - совокупность от двух до восьми устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как мастер (главное устройство, по аналогии с сервером), а остальные как slave (управляемые). Мастер синхронизирует частоту и ее изменения для всех остальных slave-устройств его пикосети. Для распознавания любого устройства в сети выделяется уникальный трехразрядный адрес. В случае необходимости любое управляемое устройство в Piconet может стать управляющим, поменявшись ролью со старым лидером. Несколько независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей (до 10), между которыми возможен обмен информацией, могут объединяться в так называемую большую сеть Scatternel. Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет главным в одной и подчиняемым в другой. Таким образом, в пределах отдельной Scatternet может быть одновременно связано максимум 71 устройство. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной работе была изучена технология беспроводной персональной сети Bluetooth, её основные положения и принципы построения, а так же применения технологии. Сегодня уже сложно представить различные устройства (мобильные телефоны, наушники, ноутбуки, автомобили, медицинские аппараты и т.п.) без универсальной и недорогой технологии беспроводной передачи данных Bluetooth. Она заменяет целую кучу отдельных кабелей, присоединяющих одно устройство к другому посредством одной универсальной радиолинии с малым радиусом действия. Стоит заметить, что стандарт Bluetooth разрабатывался с расчетом на малую мощность, поэтому воздействие его на организм человека сведено к минимуму. Основным направлением использования Bluetooth должно стать создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры и даже микроволновые печи с холодильниками (вот уж что давно не подключали в сеть). Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подсоединения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс позволяет очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в информации либо обладающие необходимой информацией. Многие задаются вопросом: Зачем вообще нужен Bluetooh, если есть например тот же wi-fi? Как показывает практика, нужен. Bluetooth с неимоверной скоростью проникает во всё новые области промышленности. Появляются устройства с Bluetooth, где он раньше никогда не использовался. От самых банальных (но от этого не менее полезных) беспроводных гарнитур hands-free для мобильных телефонов до Bluetooth чипов в грузовых контейнерах для определения груза, когда грузовик въезжает на склад. Так же, например, Bluetooth-чип, встроенный в шины машин для передачи информации о их состоянии. Судя по вкладываемым в Bluetooth усилиям и средствам у него большое будущее. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. Архипкин В., Архипкин А., Bluetooth. - Информационно-технический центр «Мобильные коммуникации» 2. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. - Широкополосные беспроводные сети передачи информации . Гепко И., Олейника В., Современные беспроводные сети. Состояние и перспективы развития . Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А., «Системы и сети радиодоступа», М.,:ЭкоТрендз . Кузьменко Н.Г. Компьютерные сети и сетевые технологии. - Наука и Техника, . Максимов Н. В., Попов И. И. Компьютерные сети: учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования . Моргунов Ж.Ц. Современные компьютерные сети. . Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: «Питер» . Таненбаум Э., Уэзеролл Д., Компьютерные сети. - Питер . Тониевич А., Компьютерные сети. . Шахнович И. - Современные технологии беспроводной связи Приложение А (обязательное) Блок-схема Bluetooth-связи  |