Всеросійська державна ПОДАТКОВА АКАДЕМІЯ
Кафедра інформатики
Курсова робота
по курсу "Інформаційні Технології"
на тему:
"Технологія бездротової передачі інформації на прикладі технології
Bluetooth"
Виконав:
******
Викладач:
******
Москва 2001
Зміст
| Вступ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | Стр.3. |
| Глава 1. Концепція та технічні принципи бездротової | |
| передачі інформації ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | Стор.5. |
| 1.1. Концепція бездротової передачі інформації ... ... ... ... ... ... ... ... .... | Стор.5. |
| 1.2. Технічні принципи бездротової передачі | Стр.7. |
| інформації ... ... ... ... | |
| Глава 2. Технологія Bluetooth - як спосіб бездротової | |
| передачі інформації ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | Стор.9. |
| 2.1. Концепція та основні положення технології | стор.9. |
| Bluetooth ... ... ... ... ... ... | |
| 2.2. Технічні аспекти встановлення з'єднання між | |
| Bluetooth пристроями ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .... | Стор.10. |
| 2.3. Набір базових протоколів, що використовуються в Bluetooth для | |
| передачі різних типів даних ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | стор.13. |
| Глава 3. Деякі аспекти практичного застосування | |
| технологія Bluetooth ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. | Стор.16. |
| 3.1. Основні напрямки використання технології | стор.16. |
| Bluetooth ... ... ... ... | |
| 3.2. Бездротова технологія Bluetooth в Шведському | |
| Національному музеї ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. | Стор.20. |
| Глава 4. Аналіз бездротових технологій та перспективи | |
| розвитку технології Bluetooth ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | стор.21. |
| 4.1. Аналіз аналогічних технологій. А так само їх переваги | |
| та недоліки по відношенню до Bluetooth ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | Стор.21. |
| 4.2. Перспективи розвитку технології Bluetooth ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | Стор.23. |
| Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... | Стор.27. |
| Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. | Стор.29. |
Введення
Дана тема курсової роботи була обрана мною, тому що я бачу величезніперспективи у розвитку цієї технології. Це технологія одна з останніхрозробок у сфері бездротової передачі інформації. Цим я хочу сказатите, що все нове, незвідане привертає до себе. Ось і мене технологія
Bluetooth зацікавила своїми грандіозними можливостями, з якими яхочу познайомитися і розібратися.
Ще одна з найголовніших причин вибору даної теми є те, тотака курсова робота має пряме відношення до моєї першої курсової роботипро кишенькових комп'ютерах. Так як кишенькові комп'ютери є мобільнимипристроями, отже, вони збільшують можливості власника вповсякденному житті. Технологія Bluetooth теж дає нам свободу в діях,дає нам право на вибір. Цим я хотів сказати, що дана робота єпродовженням роботи розпочатої ще в минулому році.
У даній роботі я ставлю собі за мету: розкрити в се неясності пов'язаніз темою «Технологія бездротової передачі інформації на прикладі технології
Bluetooth ».
Спочатку у своїй роботі я буду розглядати бездротову передачуінформації взагалі, і тільки потім перейду до технології Bluetooth. Перейшовши,я буду розглядати концепцію, технічні аспекти і набір базовихпротоколів Bluetooth. А так само я розповім: про основнінапрямках застосування технології Bluetooth, про основних конкурентів (тобтоаналогічні технології) і про перспективи розвитку технології Bluetooth.
Продовжуючи наближатися до теми курсової роботи, я хочу: дати короткийвизначення технології Bluetooth і дати деяку інформацію про історіюпояви даної технології.
Bluetooth - це технологія, яка покликана замінити з'єднаннястільникового телефону, мобільного комп'ютера та інших периферійних пристроївміж собою за допомогою проводів, на більш зручне підключення по радіоканалу.
Взагалі-то, Bluetooth дослівно перекладається як "Синій зуб". Такпрозвали колись короля вікінгів Гаральда, що жив в Данії близько тисячіроків тому. Прізвисько це король отримав за темний передній зуб.
Король Гаральд увійшов в історію як людина, що об'єднав Данію таприніс їм християнство. Таким чином, ім'ям історичної особистості бувназвано протокол, який, за задумом його творців, так само має творитиісторію ...
Ну а тепер перейдемо до реальних фактів. На початку 1998 року, Ericsson,
IBM, Intel, Toshiba і Nokia - найбільші компанії комп'ютерного тателекомунікаційного ринку - об'єдналися для спільної розробкитехнології бездротового з'єднання мобільних пристроїв. В1998 році, 20травня, відбулося офіційне представлення спеціальної робочої групи (SIG -
Special Interest Group), покликаної забезпечити безперешкодне впровадженнятехнології, що отримала назву Bluetooth. Незабаром до групи увійшли 3COM/Palm,
Axis Communication, Motorola, Compaq, Dell, Qualcomm, Lucent Technologies,
UK Limited, Xircom. Зараз група включає в себе більш ніж 1400 компаній,беруть участь в роботі над безкоштовної відкритої специфікацією
Bluetooth. Завдяки простоті і витонченості цієї технології, багатофахівці впевнені, що Bluetooth не має конкуренції в галузі створенняневеликих локальних мереж і бездротового об'єднання пристроїв у межахбудинку, офісу або, скажімо, машини.
Ідея і перші рішення Bluetooth з'явилися в дослідницькому центрі
Ericsson, розташованому в місті Лунд у Швеції. На відміну від технологіїінфрачервоного зв'язку IrDA (Infrared Direct Access), що працює за принципом
"точка-точка" в зоні прямої видимості, технологія Bluetooth розробляласядля роботи, як за принципом "точка-точка", так і в якості багатокрапковогорадіоканалу, керованого багаторівневим протоколом, схожим на протоколмобільного зв'язку GSM.
Bluetooth стала конкурентом таких технологій, як IEEE 802.11, HomeRFі IrDA, хоча остання і не призначена для побудови локальних мереж,але є найпоширенішою технологією бездротового з'єднаннякомп'ютерів і периферійних пристроїв.
Одними з важливих параметрів нової технології повинні були статинизька вартість пристрою зв'язку - в межах 20 доларів, відповідноневеликі розміри (адже мова йде про мобільні пристрої) і, щоважливо, сумісність, простота вбудовування в різні пристрої.
Власне заради цього і була організована група SIG, яка, крім усьогоіншого, дозволила безлічі виробників об'єднатися, а нерозробляти власні, несумісні між собою платформи. Тобто внедалекому майбутньому Bluetooth може стати "стандартом де-факто" длябездротових комунікацій.
Аналізуючи історичні факти, ми можемо спостерігати те, що практичноза невеликий період часу технологія Bluetooth вийшла на перше місцесеред аналогічних технологій. Моя думка, що така технологія як
Bluetooth заслуговує на увагу.
Глава 1. Концепція та технічні принципи бездротової передачі інформації.
1.1. Концепція бездротової передачі інформації. Загалом, технологіїбездротової передачі даних, як і кабельні технології, можна розділитина дві великі групи. В одній з них забезпечується встановлення прямогоз'єднання на увесь час сеансу зв'язку, незалежно від реальної завантаженняканалу - так само, як це відбувається в кабельних мережах з комутацієюканалів. Такі технології забезпечують синхронну зв'язок - на одному кінцівідбувається передача, а на іншому, в той же самий час, - прийом. Технологіїіншої групи аналогічні системам з комутацією пакетів - у них незабезпечується синхронність, але зате і з'єднання встановлюється тільки начас реальної передачі, тому наявних ємність каналу використовуєтьсязначно ефективніше. Технології першого типу більше підходять длятелефонних переговорів (хоча вони широко застосовуються і для передачіданих), технології другого типу призначені в першу чергу дляпередачі даних.
За способом радіочастотної модуляції всі технології можна розділити навузькосмугові і широкосмугові. При використанні технології першої групипередача ведеться у вузькому діапазоні поблизу строго певної частоти.
Звідси - взаємні наведення, необхідність 'ділити' ефір, неможливістьроботи двох пристроїв в безпосередній близькості один від одного.
Широкосмугові технології, які називаються так тому, що в них для передачіінформації використовується значно ширший діапазон, ніж при звичайнихметоди модуляції, мають більш високу завадостійкістю по відношеннюдо вузькосмуговим шумів і більш економно використовують спектр.
Можна перерахувати, як мінімум п'ять технологій бездротової передачіданих поза приміщеннями:
1. Радіорелейні лінії. Це системи, побудовані на основівузькосмугових технологій і призначені для передачі даних з великимишвидкостями (до 155 Мбіт/с) на високій частоті. Вони робота-ють по синхронноїтехнології. Для використання цієї технології необхідно забезпечити прямувидимість між ретрансляторамі.1
2. Радіо X.25. Ця технологія також заснована на вузькополосноїтехнології передачі даних. Вона працює на відносно низькій частоті
(400 - 500 МГц), і тому в неї пред'являються менш жорсткі вимоги допрямої видимості між передавальної і приймальної станціями. Як випливає зсамої назви, тут дані передаються по методу комутації пакетів.
3. Пристрої CDPD (Cellular Digital Packet Data). Це бездротовіпристрої, при передачі кодують дані по широкосмугового технології тащо працюють в асинхронному режимі. Вони забезпечують невисокі швидкості обмінуінформації (до 19200 bps).
4. Широкосмугові радіомодеми. Вони працюють за методом синхронної зв'язкуна частотах 2,4 і 5,7 ГГц, забезпечуючи високу швидкість передачі даних (до
2 Мбіт/с).
5. Безпровідні мережі Ethernet. Ці засоби зв `язку працюють заширокосмугового технології і передають дані в асинхронному режимі. Вонизабезпечують досить високу швидкість обміну даними (до 4 Мбіт/с) приекономічному витрачання смуги пропускання (що властиво засобамасинхронної передачі даних) .2
Для організації бездротової передачі даних між локальними мережамиабо між комп'ютером і опорною мережею найбільш приваблива самеостання технологія, що представляє собою, по суті, 'звичну' длякомп'ютера середовище, де як носій використовуються радіохвилі.
Radio-Ethernet - це стандарт організації бездротових комунікацій наобмеженій території в режимі локальної мережі: кілька абонентів маютьрівноправний доступ до загального каналу передачі. Згідно з цим стандартомканал може бути організований по будь-якій з наступних трьох технологій:
1. Передача в інфрачервоному спектрі;
2. Передача широкосмугового сигналу (ШПС) за методом прямоїпослідовності (DSSS);
3. Передача широкосмугового сигналу за методом частотних стрибків (FHSS).
Мережі інфрачервоного діапазону орієнтовані в першу чергу навикористання всередині приміщень. Обидві широкосмугові технології (DSSS і FHSS)пропонуються в двох частотних діапазонах: один у діапазоні 902-928 МГц,інший в діапазоні від 2400 МГц до 2483,5 МГц. Останній ми коротко позначимо
2,4 ГГц і надалі основний акцент зробимо саме на ньому, оскількистандарт 802.1 1 регламентує саме його. Крім того, в Європі і Росіїдіапазон 915 МГц сильно завантажений іншими засобами зв'язку і томурекомендується до використання в основному всередині будівель.
Діапазон же 2,4 ГГц прийнятний для роботи як всередині будівель, так ізовні. При зовнішньому використанні потужність передавача не повиннаперевищувати 100 мілліватт. Технологія широкосмугового сигналу і стандарт
802.11. Ця технологія була винайдена як засіб перешкодостійкоюкодованої передачі інформації з використанням сигналу малої потужності.
Інша її назва - технологія шумоподобного сигналу; в ньому знаходить своєвідображення кодування інформації при передачі і мала потужністьрадіосигналу. Після багатьох років успішного використання в оборонних галузяхце технологія знайшла і цивільне застосування, і саме в такій якостівона описується в стандарті 802.1 1.
При передачі інформації за методом ШПС використовується значно більшеширока смуга частот, ніж це потрібно при звичайній передачі. По суті,
ШПС являє собою метод модуляції несучої частоти корисним сигналом,відмінний від загальновідомих методів амплітудної, частотної та фазовоїмодуляції. Розроблено два принципово розрізняються між собою методу
ШПС - модуляції: прямої послідовності (Direct Sequence Spread Spectrum
- DSSS) і метод частотних стрибків (Frequency Hopping Spread Spectrum -
FHSS). Метод ШПС забезпечує кодовану передачу даних. Прийнятипередачу може тільки той, чиє обладнання 'знає', яким чином булизакодовані дані в передачі. Крім того, ШПС забезпечує високуступінь захисту даних від перешкод при передачі. Нарешті, використання ШПСдозволяє двом передавачам, налаштованим на різні алгоритми кодування,переданої інформації, працювати в одній територіальній зоні в одномудіапазоні частот без взаємних перешкод.
Широкому розповсюдженню технології ШПС також сприяла їївідносна дешевизна при масовому виробництві. Вся складністьширокосмугового технології запрограмована в декількох мікроелектроннихкомпонентах, а вартість мікроелектроніки при масовому виробництві вельминевелика. Що ж до інших компонентів широкосмугових пристроїв -
СВЧ - електроніки, антен, - то за рахунок надзвичайно малої потужностірадіосигналів вони виявляються дешевше і простіше, ніж у звичайному «вузькосмуговим»випадку - наприклад, на радіорелейних лініях.
1.2. Технічні принципи бездротової передачі інформації. Радіочастотні
ШПС - технології: DSSS і FHSS.
Метод прямої послідовності DSSS.
Не вдаючись у технічні подробиці, метод прямої послідовності
(DSSS) можна уявити собі таким чином. Вся використовувана «широка»смуга частот ділиться на деяке число підканалів - за стандартом 802.11їх має бути 11. Кожен передається біт інформації перетворюється позаздалегідь зафіксованим алгоритмом в послідовність з 11 «чіпів»;інтенсивність сигналу одного чіпа близька до фонової, однак при прийоміпослідовність чіпів декодується за тим же алгоритмом, що і прикодуванні, і таким чином вдається виділити корисний сигнал на тлі шуму.
Інша пара приймач-передавач може використовувати інший алгоритмкодування - декодування, причому кількість алгоритмів практичнонеобмежено. Перше очевидне перевага цього методу - захистпереданої інформації від підслуховування ( «чужий» DSSS-приймач використовуєінший алгоритм і не зможе декодувати інформацію не від свогопередавача). Крім того, завдяки 11-кратної надмірності передачі можнаобійтися сигналом дуже малої потужності (у порівнянні з рівнем потужностісигналу при використанні звичайної вузькополосної технології). Ще одненадзвичайно корисна властивість DSSS-пристроїв полягає в тому, щозавдяки дуже низькому рівню потужності свого сигналу вони практично нестворюють перешкод звичайним радіопристроїв (вузькосмуговим великої потужності) --останні беруть широкосмуговий сигнал за шум у межах допустимого.
Нарешті, звичайні пристрої не заважають широкосмуговим, так як їх сигналивеликої потужності «шумлять» кожен тільки у своєму вузькому каналі і не можутьцілком заглушити широкосмуговий сигнал.
Метод частотних стрибків (FHSS).
При кодуванні за методом частотних стрибків (FHSS) вся відведена дляпередач смуга частот розділяється на підканалів (за стандартом 802.11 їх 79).
В кожний момент часу кожен передавач використовує тільки один зпідканалів, перестрибуючи з одного подканала на іншій через певніпроміжки часу, що не перевищують 20 мс. Ці перегони відбуваються синхроннона передавачі і приймачі в заздалегідь зафіксованою псевдовипадковоюпослідовності, відомої обом; ясно, що, не знаючи послідовностіперемикань прийняти сигнал не можна. Інша пара передавач-приймач маєвикористовувати і іншу послідовність перемикань частот, заданунезалежно від перших. В одній смузі частот і на одній території вмежах прямої видимості (в одній «комірці») таких послідовностейможе бути багато.
Метод частотних стрибків, так само як і описаний вище метод прямоїпослідовності, гарантує конфіденційність і деякуперешкодозахищеність передачі. Остання забезпечується тим, що якщо наякому-небудь з 79 підканалів переданий пакет не прийнятий, приймач видаєповідомлення, і передача цього пакету повторюється на одному з наступнихпідканалів (в послідовності стрибків).
З іншого боку, оскільки при використанні методу частотнихстрибків, на відміну від методу прямої послідовності, Впливвузькосмугових перешкод на передачу даних за методом DSSS (А) і FHSS (Б)трансляція на кожному підканалів ведеться на досить великої потужності,порівнянної з потужністю звичайних вузькосмугових пристроїв, передача сигналу поописаного способу вже здатна вплинути на передачі решти учасниківдіапазону.
Порівняння методів DSSS і FHSS.
Метод DSSS дозволяє досягти більшої продуктивності, забезпечуєбільшу стійкість до вузькосмуговим перешкод (оскільки вибором піддіапазонудля передачі часто вдається відбудуватися від перешкод) і велику дальність ізв'язку. Крім того, два пристрої FHSS можуть працювати в безпосереднійблизькості один від одного без взаємних наведень. У той же час продукція для
FHSS випускається значно більшою кількістю компаній, що вона простіше ідешевше, однак і пропускна здатність її нижче. Ще одна перевага FHSS -пристроїв полягає в тому, що на відміну від DSSS вони можуть зберігатипрацездатність в умовах широкосмугових перешкод, наприклад, що створюються
DSSS-передавачами; втім, при цьому самі вони створюють перешкоду для звичайнихвузькосмугових пристроїв. Один з істотних недоліків FHSS - меншадальність зв'язку поза будівлями. Наведене порівняння дає підстави длянаступних рекомендацій. FHSS-технологія в будь-якому з діапазонів 915 МГц і 2.4
ГГц, а також DSSS-технологія в діапазоні 915 МГц повинні застосовуватисяпереважно всередині будівель або на приватній території за відсутностіперешкод радіопристроїв, включаючи широкополосні, що знаходяться поза цих будівельі територій. У свою чергу, DSSS-технологія в діапазоні 2,4 Ггц найбільшпристосована для зовнішнього застосування.
Топології бездротових мереж.
Почнемо з Ethernet. Найбільш простим і прямолінійним втіленням цієїтопології є бездротова мережа конфігурації "все-з-усіма". Прироботі за такою схемою в кожний з комп'ютерів, об'єднаних в безпровіднумережа, встановлюється бездротової мережевий адаптер, зазвичай забезпеченийвсенаправленої антеною. Причому в приміщенні, де розгорнута бездротовамережа, формується як би єдине середовище обміну інформацією, якафактично лежить в основі самої ідеології Ethernet. При цьому механізмобробки колізій працює приблизно так само, як і в кабельній мережі, та йвзагалі, робота бездротової мережі в такій конфігурації мало чим відрізняєтьсявід роботи кабельної мережі - змінюється лише носій інформації. Радіусдії бездротової мережі в даній конфігурації зазвичай дуже невеликий --найчастіше всі робочі станції розташовуються в межах одного приміщення.
Між станціями (точніше, їх мережевими адаптерами), об'єднаними вбездротову мережу такого класу, не повинно бути значних перешкоддля розповсюдження радіохвиль (прямої видимості, втім, не потрібно) .3
Інша можлива топологія мережі, заснована на використанні пристроїввходу, - учрежденчеськая мережа для бездротових мережевих робочихстанцій. В якості таких мережевих станцій тут зазвичай виступають ноутбуки,власники яких змушені переміщатися з однієї кімнати в іншу. Стільниковийобчислювальна мережа може застосовуватися і в великих виробничихприміщеннях, де не всі робочі станції знаходяться в зоні прямої видимостіодин одного (наприклад, де поширення радіохвиль заважають великіпромислові установки). Для розгортання такої мережі необхідноспецифічне програмне забезпечення; деякі компанії, що виробляютьобладнання для бездротових мереж, включають відповідне ПЗ вкомплект поставки своїх виробів.
Як вже було сказано, через пристрій входу відбувається обмінінформацією междубеспроводной та кабельної частинами мережі. Поки що мирозглянули ситуацію, коли пристрій входу пов'язує невеликийбездротовий сегмент з великою кабельної мережі. Цю конфігурацію можна
"звернути", використавши два пристрої входу для зв'язку двох кабельнихсегментів між собою. Постачивши кожне з пристроїв входу спрямованоїантеною і направивши ці антени, один на одного, ми отримаємо бездротовутопологію типу "точка-точка" (point-to-point) .4 Саме така топологіязазвичай застосовується для організації бездротових мостів між кабельнимисегментами. Пристрої входу були використані в нашому прикладі тільки длянаочності; насправді для організації бездротових мостіввипускаються і спеціалізовані пристрої. Дальність зв'язку в подібнихмостах може досягати декількох десятків кілометрів; для успішногофункціонування мосту як і раніше необхідна пряма видимість міжпов'язують точками. Втім, вимога прямої видимості (так само як іобмеження на відстань між кабельними сегментами) можна досить легкообійти, встановивши на лінії розповсюдження сигналу репітери. Такіпристрою також випускаються рядом компаній - виробників обладнаннядля бездротових обчислювальних мереж. Оскільки робота в конфігурації
"точка-точка" передбачає використання антен, які мають досить вузькудіаграму спрямованості, при розгортанні бездротових мостівдоводиться піклуватися про те, щоб антени "бачили" один одного. Незважаючи напозірну складність завдання, вона цілком вирішувана.
Бездротові мости Ethernet можуть бути організовані і за більшскладною, що має топологію "зірка", схемою. Така схема дуже зручна дляреалізації корпоративної мережі з великою кількістю філій; реалізувати їїможна як на програмному, так і на апаратному уровне.5 У першому випадкусхема являє собою просто сукупність необхідного числабездротових мостів, реалізованих за схемою "точка-точка", другий шляхреалізації передбачає використання спеціальних пристроїв, в яких
"запаяна" дана топологія. Ці пристрої випускаються цілою низкою компаній
(як приклад можна привести виріб Airport компанії Windata),проте вони, як правило, дороги, а радіус їх дії не надто великий.
Тому часто користувачі віддають перевагу "вручну" організовувати мережітопології "зірка" з окремих бездротових мостів.
Глава 2. Технологія Bluetooth - як спосіб бездротової передачі інформації.
2.1. Концепція та основні положення технології Bluetooth. Bluetooth - цесучасна технологія бездротової передачі даних, що дозволяє з'єднуватиодин з одним практично будь-які пристрої: мобільні телефони, ноутбуки,принтери, цифрові фотоапарати і навіть холодильники, мікрохвильові печі,кондиціонери. Об'єднати можна все, що з'єднується, тобто маєвбудований мікрочіп Bluetooth. Технологія стандартизована, отже,проблеми несумісності пристроїв від конкуруючих фірм бути не повинно.
Bluetooth - це маленький чіп, що представляє собою високочастотний
(2.4 - 2.48 ГГц) приймач, що працює в діапазоні ISM (Industry,
Science and Medicine; промисловий, науковий і медичний). Длявикористання цих частот не потрібна ліцензія, винятки розглянемонижче. Швидкість передачі даних, що передбачається стандартом, становитьблизько 720 Кбіт/с в асиметричному режимі і 420 Кбіт/с в повнодуплексномурежимі. Забезпечується передача трьох голосових каналів, але не відеосигналу.
Енергоспоживання (потужність передавача) не повинно перевищувати 10 мВт.
Спочатку технологія передбачала можливість зв'язку на відстані не більше
10 метрів. Сьогодні деякі фірми пропонують мікросхеми Bluetooth,здатні підтримувати зв'язок на відстані до 100 метрів. Якрадіотехнологія, Bluetooth здатна "обходити" перешкоди, томуз'єднуються пристрої можуть знаходитися поза зоною прямої видимості.
З'єднання відбувається автоматично, як тільки Bluetooth-пристроївиявляються в межах досяжності, причому не тільки за принципом точка --точка (два пристрої), але і за принципом точка - багато точок (однепристрій працює з кількома іншими). Природно, для реалізаціїтехнології Bluetooth на практиці необхідний певний програмнезабезпечення (ПЗ). До речі, в нову версію операційної системи MS Windows
Whistler вбудована підтримка Bluetooth.
Технологія Bluetooth передбачає три рівні захисту:
1. Мінімальна - дані кодуються загальним ключем і можуть прийматися будь-якимпристроєм без обмеження.
2. Захист на рівні пристрої - в чіпі прописується рівень доступу, ввідповідно до якого пристрій може отримувати певні дані відінших пристроїв.
3. Захист на рівні сеансу зв'язку - дані кодуються 128-бітними випадковиминомерами, що зберігаються в кожній парі чіпів, які беруть участь у конкретному сеансізв'язку.
Чіп Bluetooth реалізований з урахуванням усіх сучасних тенденцій. Розмірчипа - менше одного квадратного сантиметра. Застосовувана частота дозволяєобмежити споживану потужність 1мВт. Подібні характеристики дозволяютьінтегрувати чіпи Bluetooth в таких пристроях, як мобільні телефони ікишенькові комп'ютери.
2.2. Технічні аспекти встановлення з'єднання між пристроями Bluetooth.
Опинившись поруч, Bluetooth пристрої можуть встановлювати не тількиз'єднання типу точка-к-точка, коли є тільки два пристрої, але йточка-к-многоточек, коли один пристрій одночасно працює здекількома іншими. При з'єднанні одного пристрою з декількомаіншими, пристрій який обслуговує декілька з'єднань, називаєтьсяmaster, а підключені пристрої - slave. До одного master'у може бутипідключено до семи активних slave. Крім активних slave (тобто,пристроїв, які активно обмінюються даними), може існуватибезліч неактивних slave, які не можуть обмінюватися даними з master,поки зайняті всі канали, але, тим не менше, залишаються, синхронізовані з ним.
Така структура називається piconet.
В одній piconet може бути тільки одна master, проте кожен slaveможе одночасно бути master'ом для інших пристроїв, і утворюватисвій piconet. Кілька piconet об'єднаних таким чином утворюютьscatternet. У рамках scatternet різні пристрої можуть не тільки бутиодночасно master і slave одночасно для різних piconet, а й простоslave для різних piconet. Більш наочно з цією структурою можнаознайомитися на поданому нижче малюнку.
Більш того, у разі необхідності будь-який slave в piconet може статиmaster. Природно, старий master при цьому стає slave. Такимчином, у scatternet можуть об'єднуватися стільки Bluetooth пристроїв,скільки потрібно, логічні зв'язки можуть утворюватися так, як цепотрібно, і можуть змінюватися як завгодно, у разі потреби.
Єдина умова, різні piconet що входять в один scatternet повиннімати різні канали зв'язку, тобто працювати на різних частотах і матирізні hopping channel. Hopping - це регулярна зміна частот,що визначається параметрами hopping sequence. Всього специфікаціяпередбачає 10 варіантів hopping sequence, 5 з циклом в 79 змін і 5 зциклом в 23 зміни. З будь-яким hopping sequence частоти змінюються 1600hops/sec. Використовується hopping для того, щоб боротися з загасаннямсигналу та інтерференцією.
Як уже говорилося, автоматичне встановлення з'єднання між
Bluetooth пристроями, що знаходяться в межах досяжності є однієюз найважливіших особливостей Blueooth, тому перше, з чого починаєтьсяробота Bluetooth пристрою в незнайомому оточенні - це device discovery,або, по-російськи, пошук інших пристроїв Bluetooth. Для цього надсилаєтьсязапит, і відповідь на нього залежить не тільки від наявності в радіусі зв'язкуактивних Bluetooth пристроїв, але й від режиму в якому знаходяться ціпристрою. На цьому етапі можливо три основні режими.
Discoverable mode. Знаходяться в цьому режимі устрою завжди відповідають навсі отримані ними запити.
Limited discoverable mode. У цьому режимі знаходяться пристрої які можутьвідповідати на запити лише обмежений час, або повинні відповідати тількипри дотриманні певних умов.
Non-discoverable mode. Знаходяться в цьому режимі пристрої, як видно зназви режиму, не відповідають на нові запити.
Але це ще не все. Навіть якщо вдається знайти пристрій, воно можебути в connectable mode або в non-connectable mode. У non-connectable modeпристрій не дозволяє налаштувати деякі важливі параметри з'єднання, і,таким чином, воно хоч і може бути виявлено, обмінюватися даними з нимне вдасться. Якщо пристрій знаходиться в connectable mode, то на цьому етапі
Bluetooth пристрої домовляються між собою про використаний діапазонічастот, розмір сторінок, кількість і порядок hop'ов, та інших фізичнихпараметрах з'єднання.
Якщо процес виявлення пристроїв пройшов нормально, то новий
Bluetooth пристрій отримує набір адрес доступних Bluetooth пристроїв,і за цим слід device name discovery, коли новий пристрій з'ясовуєімена всіх доступних Bluetooth пристроїв зі списку. Кожне Bluetoothпристрій повинен мати свій глобально унікальну адресу (на зразок як MAC -адреса у мережевих плат), але на рівні користувача звичайно використовується нецю адресу, а ім'я пристрою, який може бути будь-яким, і йому необов'язково бути глобально унікальним. Назва Bluetooth пристрою може бутидовжиною до 248 байт, і використовувати кодову сторінку відповідно до
Unicode UTF-8 (при використанні UCS-2, ім'я може бути скорочений до 82символів). Специфікація передбачає, що Bluetooth пристрою незобов'язані приймати більше перших 40 символів імені іншого Bluetoothпристрою. Якщо ж Bluetooth пристрій володіє екраном обмеженогорозміру, і обмеженою обчислювальною потужністю, то кількість символів,яке воно візьме може бути зменшено до 20.
Ще однією з найважливіших особливостей Bluetooth є автоматичнепідключення Bluetooth пристроїв до послуг, що надаються іншими
Bluetooth пристроями. Тому, після того як є список імен іадрес, виконується service discovery, пошук доступних послуг,що надаються доступними пристроями. Отримання або надання,будь-яких послуг - це те, заради чого все, власне, і затівалося, томудля пошуку можливих послуг використовується спеціальний протокол, що називається,як нескладно здогадатися, Service Discovery Protocol (SDP), більш докладновін буде описано нижче.
Природно, Bluetooth не могла обійтися без такої важливої речі, яктехнологія захисту переданих даних, вбудованої в сам протокол. УЗалежно від виконуваних завдань, передбачено три режими захисту в якихможе знаходиться пристрій.
Security mode 1 (non secure), пристрій не може самостійноініціювати захисні процедури.
Security mode 2 (service level enforced security), пристрій не ініціюєзахисні процедури поки не встановлено і не налаштоване з'єднання. Післятого, як з'єднання встановлено, процедури захисту обов'язкові, івизначаються типом і вимог використовуваних служб.
Security mode 3 (link level enforced security), захисні процедуриініціюються в процесі встановлення і настройки з'єднання. Якщо віддаленепристрій не може пройти вимог захисту, то з'єднання невстановлюється.
Природно, що Security mode 3 і 2 можуть використовуватися разом, тобтоспочатку встановлюється захищене з'єднання, а потім воно ще захищається ввідповідно до вимог та можливостями конкретної служби.
Основою системи безпеки Bluetooth, яка використовується у Security mode
3, є поняття сеансового ключа, або Bond. Сеансовий ключ генериться впроцесі з'єднання двох пристроїв, і використовується для ідентифікації ташифрування даних для передачі. Для генерації ключа можуть використовуватисясамі різні складові, від заздалегідь відомих обом пристроямзначень, до фізичних адрес пристроїв. Комбінуючи захист на рівніз'єднання з захистом на рівні додатків (де може використовуватисяабсолютно будь-яка з існуюча на сьогодні систем захисту даних) можнастворювати достатньо надійно захищені з'єднання. Але все одно, очевидноюслабкістю Bluetooth з'єднань з точки зору побудови захищенихз'єднань залишається можливість перехоплення трафіку, причому для цього навіть недоведеться використовувати, будь-яке специфічне обладнання. Втім, цяпроблема не нова, і в даний час часто доводиться використовувативідкриті мережі, на зразок Інтернет, де можливий перехоплення трафіку, для передачізакритих даних. Протидія "броні і снаряди" триває.
2.3. Набір базових протоколів, що використовуються в Bluetooth для передачірізних типів даних. Після того, як з'єднання встановлено, його можнавикористовувати для самих різних цілей. Можливо це завдяки наборубазових протоколів, що використовуються в Bluetooth для передачі різних типівданих. З спрощеною схемою їх залежності один від одного можна ознайомитисяна наведеній нижче схемі.
В основі всього, як видно зі схеми, лежить baseband protocol. Basebandprotocol визначається фізичними характеристиками радіоканалу, і в самихзагальних рисах на його особливості я зупинявся на початку статті. На більшвисоких рівнях варто зупинитися трохи детальніше зараз.
Logical Link Control and Adaptation Layer Protocol або L2CAP, єбазовим протоколом передачі даних?? Щоб Bluetooth. Як описано вище,baseband protocol дозволяє встановлювати синхронні (Synchronous
Connection-Oriented, або SCO) і асинхронні (Asynchronous Connection-Less,або ACL) з'єднання. L2CAP, як видно зі схеми, працює тільки засинхронними сполуками. Так само зі схеми видно, що багато протоколи таслужби вищого рівня використовують L2CAP як транспортний протокол. Уповній відповідності з ідеологією Bluetooth L2CAP є простимпротоколом, який має мінімум вимог до обчислювальнихпотужностей і розміру оперативної пам'яті пристроїв, які його використовують.
Основні особливості, закладені в L2CAP такі:
Protocol Multiplexing. L2CAP є транспортом для багатьох протоколів іслужб, тому він забезпечує можливість розібратися, до якого протоколуабо службі відноситься переданий пакет, що забезпечує доставку пакетасаме тому, кому його чекає.
Segmentation and Reassembly. Максимальної довжиною пакета для L2CAP є
64 кілобайт, для baseband protocol це число ще менше, всього 341 байт.
Однак, іноді потрібна передача великих пакетів, тому L2CAPзабезпечує розбивку великого пакету на декілька більш дрібних, інаступне складання первинного пакету.
Quality of Service. L2CAP підтримує QoS, що дозволяє Bluetoothпристроїв відстежувати вільні ресурси з'єднання і не дозволяти, що бширина каналу або тимчасові затримки для відслідковується служби опускалисянижче критичних значень.
Groups. L2CAP підтримує адресацію не одному клієнту, а відразу цілоїгрупі.
Крім L2CAP безпосередньо з baseband protocol працюють Link
Management Protocol, або LMP, і Voice канали, що використовуються для передачіаудиоинформации в синхронному режимі.
LMP є службовим протоколом, який використовується для управлінняканалом, і не використовується для передачі даних. Повідомлення LMPвикористовуються для налаштування фізичних характеристик каналу, для служббезпеки на рівні фізичного каналу (security mode 3), і томуподібних речей. LMP має більш високий пріоритет ніж інші протоколи
(наприклад, L2CAP), тому якщо канал зайнятий чимось іншим, то принеобхідність передати LMP повідомлення він негайно звільняється.
Voice, або Bluetooth Audio. Це одна із служб Bluetooth, якавикористовує синхронне з'єднання. Як вже говорилося, одночасно можепередаватися до 3 аудіоканалів. Характеристики звукових потоків можутьрізнитися, і багато в чому визначаються використовуваним додатком. Максимальнозвуковий потік може передаватися з точністю в 16 біт при sampling rate 48кГц. На жаль, характеристики Bluetooth не дозволяють передавативідеоінформацію з нормальною якістю.
Одним з найважливіших протоколів Bluetooth, який використовує L2CAP вякості транспортного протоколу, є Service Discovery Protocol, або
SDP, вже згадуваний в статті. Зараз ніхто не зможе представити всіможливі способи використання Bluetooth пристроїв, тому при розробціцього протоколу намагалися врахувати якомога більше ситуацій, які можутьвиникнути. Зараз діє версія 1.0 цього протоколу, і основніособливості, якими він володіє, в даний час такі:
1. SDP повинен дозволяти пошук служб по спеці
