Vaxert
Administrator
Staff member
Owner
Super User
Какво е Bluetooth
Bluetooth е безжична пакетно ориентирана комуникационна радио система, която позволява множество устройства да споделят данни в малка мрежа.
Предназначение.
Сравнителен анализ на спецификациите на стандарта Bluetooth
Честотни скокове (hops) в Bluetooth
Принцип на функциониране на Bluetooth
Процедура на откриване на устройства в Bluetooth мрежи
Радиокомуникационен обхват при Bluetooth
В зависимост от мощността си Bluetooth устройствата са разделени на три класа:
Методи на модулиране при Bluetooth
Създаване Piconets мрежи
Сигурност и защита на данните в Bluetooth мрежите
Сравнителен анализ между Bluetooth и Infrared
Предимства и недостатъци.
Софтуерни аспекти на Bluetooth
Компоненти на Bluetooth
Bluetooth Chip
Bluetooth е безжична пакетно ориентирана комуникационна радио система, която позволява множество устройства да споделят данни в малка мрежа.
- Bluetooth е безжична технология, стандарт за обмен на данни на къси разстояния (използвайки къси дължини на вълните UHF радио вълни в радиочестотния обхват ISM от 2 4 до 2 485 GHz от фиксирани и мобилни устройства, както и изграждане на лични мрежи (PAN s Изобретен от телекомуникационния оператор Ericsson през 1994 г Първоначално замислен като безжична алтернатива на стандарта RS 232.
- Bluetooth се управлява от организация наречена Bluetooth Special Interest Group ( която има повече от 20 000 компании членки в областта на телекомуникациите, компютърни мрежи, и потребителска електроника.
- Bluetooth е стандартизиран като IEEE 802 15 1 но стандартът е вече не се поддържа The ( наблюдава развитието на спецификацията, управлява развитието
на стандарта, и защитава търговската марка За да се предлага на пазара като Bluetooth устройство, той трябва да бъде одобрено и да подържа всички стандарти
определени от SIG
Предназначение.
- Bluetooth е предназначена за връзка между компютри, телефони и мобилни аксесоари на къси разстояния, създавайки персонална локална мрежа ( PAN
Personal Area Network) Network).
- PAN е проектирана да замести кабелните връзки между устройствата, предлагайки висока степен на защита на информацията.
Сравнителен анализ на спецификациите на стандарта Bluetooth
Честотни скокове (hops) в Bluetooth
- В опита си да намали интерференциите Bluetooth осъществява смяна на честоти. Радио честотите са разделени на 79 RF канала , номерирани от
0 до 78, всеки канал е изместен с 1 MHz, започвайки от 2402 MHz.
- 1600 скока ( hops за секунда през 79 те честотни канала.
- Всички участници в мрежата следват (Мастерът) за честотната последователност на скоковете ( hops)
- В последната версия Bluetooth 4.0 използва 2 MHz отстояние, което дава възможност за 40 канала. Първият канал започва от 2402 MHz и продължава до 2480 MHz .
- Честотни скокове за всеки пакет.
- Пакетите могат да бъдат с различна големина 1, 3 или 5 времеви интервала като всеки времеви интервал е 625 µ s.
- Всеки пакет е много малък, както се вижда на диаграмата.
Принцип на функциониране на Bluetooth
- Всяко устройството, което влиза в обхват може да установи връзка не с едно, а с множество други, поддържащи тази технология, като не е задължително те да си взаимодействат активно.
- Устройство, обменящо активно информация с други устройства, според терминологията на Bluetooth, се нарича главно master )), a устройството, с което то комуникира активно се нарича подчинено ( slave ).
- Всеки Bluetooth PAN се състои от един главен и седем подчинени устройства. По този начин всички устройства имат един и същ канал за комуникация.
- Тези 8 устройства могат да си взаимодействат един с друг в радиус 10m. Слейф Устройствата комуникират с мастера , като очакват освобождаване на място, за да осъществят преноса на данни. Такъв тип връзка се нарича piconet , а мрежата piconet.
- Bluetooth протокол стека решава този проблем чрез използване на техника, наречена разпределен спектър за смяна на честоти .
- В рамките на една piconet връзка има само едно master устройство, но когато е необходимо, свързаното с него slave устройство сменя статуса си на master
образувайки своя p piconet структура Този тип сложна съставна структура носи наименованието scatternet в която всяко едно устройство може да бъде
едновременно и master и slave в зависимост от конкретната ситуация и мястото му в структурата
Процедура на откриване на устройства в Bluetooth мрежи
- Откриването и свързването на две устройства е може би един от основните компромиси на Bluetooth технологията над други подобни безжични технологии.
- Свързването на две устройства изисква няколко фази, наречени:
- Запитване inquiry и
- Персонално повикване ( paging)
- Всяко устройство в системата притежава име, с което се избягва дублирането, както и други нежелани отклонения. Освен това то взаимодейства с другите, като използва различен канал за връзка на различна честота hopping channel и с различен от другите hopping параметър. Hopping това е периодична промяна на честотата, определ e на от параметъра hopping sequence (последователност на изменение на честотата). По спецификация параметърът включва 10 варианта. При всеки от тях честотата се променя с 1 600 hops sec.
- Първоначално всяко Bluetooth устройство извършва претърсване на каналите за свързване, търсейки други устройства. Този режим носи името Device Discovery и в зависимост от това в кои от описаните по долу три режима се намират евентуално откритите устройства, се установява или не се установява
връзка.
- Discovery mode . Устройствата се намират в готовност да приемат, установяващите връзката, процедури. Те разменят служебна информация, настройвайки специфични параметри на връзката помежду си.
- L imited discoverable mode Устройствата приемат връзката само при спазване на някои условия (например ограничено време). Те могат да бъдат открити от други участници в сеанса, но не позволяват установяване на някои параметри на връзката и респективно приемането и предаването на данни.
- N on discoverable mode . Устройствата не приемат нови запитвания. Устройствата, намиращи се в първия или втория режим, могат да пребивават и в connectable или в non connectable mode .
- На следващия етап се извършва прочитане на имената на всички достъпни Bluetooth устройства. Според спецификациите, освен че разполага с уникален мрежов адрес, всяко устройство на ниво потребител оперира със собствено име, имащо дължина до 248 байта, като не е задължително то да бъде уникално в
рамките на една Bluetooth мрежа.
- При установяване на връзка автоматично се обединяват услугите на участващите устройства. За това се грижи протоколът Service Discovery Protocol (SDP)
- Inquiry Procedure запитване, търсен e , искане на информация
- Изпраща запитване до всички устройства в близост от 10 метра и очаква отговор от тях.
- Устройствата които искат да бъдат открити се представят и изпращат отговор за присъствие.
- Тази процедура на откриване на устройствата в радио комуникационния обхват може да достигне до 10,24 секунди.
- П ри установена връзка:
- Synchronous Connection Oriented (SCO) синхронна;
- Asynchronous Connection Less (ACL) асинхронна;
Радиокомуникационен обхват при Bluetooth
В зависимост от мощността си Bluetooth устройствата са разделени на три класа:
Методи на модулиране при Bluetooth
- При базовия Bluetooth се използва GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) модулиране с изместване на честотата. Различните двоични стойности се модулират с различна честота, като отклонението е не по малко от 115 kHz.
- За намаляване на ефекта от радио интерференция и за осигуряване на защита от подслушване се използва модулацията FHSS ( Frequency Hopping Spread Spectrum ). Това е прост, лесно реализуем метод информацията се разделя на времеви слотове, всеки с продължителност 625 ms. Честотата на всеки слот се променя псевдослучайно, като схемата е известна само на предавателя и приемника.
Създаване Piconets мрежи
- Винаги, когато има връзка между две Bluetooth устройства, се образува Piconet.
- Винаги 1 master и до 7 активни slave устройства.
- Всяко Bluetooth устройство може да бъде или master или slave.
- Може да бъде master на една Piconet и slave на друг Piconet в същото време (scatternet).
- Всички устройства са в един същ времеви интервал, в един и същ честотен канал
- Устройства работят в режим на готовност по подразбиране, докато те станат свързан към Piconet.
- Четири модела на свързване:
- Active
- Hold
- Park
- Sniff
- Режимите позволяват на устройствата да регулират консумацията на енергия, ефективността, както и броя / ролята на участниците в Piconet.
Сигурност и защита на данните в Bluetooth мрежите
- Технологията за защитата на данните е вградена в самия протокол, като съществуват три режима за защита.
- Security mode 1 non secure Устройството няма право да активира защитни механизми.
- Security mode 2 service level enforced security Устройството не активира защитни механизми, докато не бъде свързано с друго, след което механизмът за защита се активира в съответствие с типа и изискванията на използваните служби.
- Security mode 3 link level enforced security Защитният механизъм се активира още по време на установяване на връзката, като ако някое от устройствата не отговаря на изискванията, то няма да може да се свърже
- Security mode 2 и 3 могат да се използват съвместно, което допълнително увеличава нивото на защита Основата за най високата степен на защита в Security mode 3 е сеансовият ключ или Bond.
- Сеансовият ключ се генерира в процеса на свързване на двете устройства и се използва за идентифициране и криптиране на данните Въпреки че системата за защита на стандарта Bluetooth използва множество известни и специфични методи за защита, съществува възможност за прихващане на трафика и разшифроване на данните Това е един сериозен недостатък на безжичните радио комуникации.
Сравнителен анализ между Bluetooth и Infrared
Предимства и недостатъци.
- недостатъци които не му позволяват да увеличава своя дял сред текущо използваните интерфейси:
- висока (засега) производствена цена, липса на добра поддръжка на ниво операционна система (проблемът може да бъде разрешен чрез написване на драйвери);
- липса на интерес от страна на производителите да предлагат устройства с Bluetooth интерфейс;
- нерешени проблеми със запазването на неприкосновеността на предаваните между устройствата данни (лесно се прихващат и декодират от разстояние);
- сравнително ниска скорост на предаване, малък обхват на устройствата.
- предимства, които биха помогнали на тази технология да се развива успешно:
- добре обмислена структура;
- непрекъснато намаляваща цена на хардуерния модул ( едночипово решение);
- поддръжка от страна на консорциум, в който членуват над 2000 компании, между които IBM, Intel, Nokia, Erricson , Toshiba, 3COM, Lucent ,
Microsoft и др.
Софтуерни аспекти на Bluetooth
- Bluetooth обработва суровите данни, които предава Пакетира серийните информационни битове в пакети с вграден контрол на грешките Комбинира поредицата от пакети на свързаните данни в конюнкция (логическо ” Мултиплексира връзката, така че няколко серийни потока едновременно да се
определят като една Bluetooth връзка.
- Bluetooth пакетира данните, накъсвайки серийния поток от данни на малки парчета, всяко от които има адрес и възможна информация за корекция на
грешката Поредицата от пакети, която започва като единичен поток от данни и в последствие се възстановява в точното копие на потока, се нарича връзка.
- Стандартът Bluetooth поддържа два вида връзки синхронни и асинхронни Синхронната е типична гласова информация, аналогична на звука от телефонен
разговор, докато асинхронната е типична компютърна информация.
- Синхронните данни са зависими от времето и се предават веднъж, без да е необходимо тяхното потвърждаване Ако синхронни пакети се загубят по
време на предаването, те са загубени завинаги Синхронните връзки между Bluetooth устройствата осигуряват канал пълен дуплекс с ефективна
скорост на предаване 64 Kbps във всяка посока В действителност синхронната връзка е стандартен цифров телефонен канал с 8 бита и 8 КHz честота на дискретизация sampling rate Bluetooth стандартът позволява на две устройства едновременно да споделят три такива синхронни връзки, което е еквивалентно на три телефонни разговора в реално време Всички връзки започват асинхронно, защото командите могат да се изпращат само в асинхронни пакети След установяване на връзката, главното и подчиненото устройство се договарят за преминаване към синхронна връзка за трансфер на гласови данни или за прехвърляне на данни асинхронно.
- Всеки piconet има едно главно устройство и евентуално няколко подчинени. Той споделя един комуникационен канал с всички устройства, работещи на
една честота и използвайки същото тактуване. Каналът е разделен на една или повече връзки асинхронни и/или синхронни.
- За управление на съревнованието между множеството връзки на един канал, Bluetooth използва мултиплексиране с отместване във времето ( time division multiplexing ). Всеки отделен пакет на връзката получава своето време за предаване. Стандартът разделя комуникационния канал на времеви слотове с големина 625 µs. Най малкият единичен пакет заема един слот и му остава свободно време. Въпреки това Bluetooth позволява пакетите да се забавят до 5 времеви слота.
- При Bluetooth системите всеки пакет определя и подскока ( hop ) превключване след всеки пакет на честотата. Минималната дължина на подскока съответства на един слот, въпреки че той може да продължи до 5 времеви слота, за да пасне с по дългите пакети.
- Дуплексът с разделяне на времето при Bluetooth системите работи като се задават нечетни времеви слотове на главното устройство и четни слотове за
подчиненото. Главното може да започне предаване само в нечетен слот. Ако пакетът заеме четен брой времеви слота (два или четири), подчиненото не
може да започне, докато не дойде следващият четен слот. В действителност в пакетите се използват повече четни слотове, отколкото нечетни, дори и
пакетите да са кратки.
Компоненти на Bluetooth
- Bluetooth архитектурата е изградена от три части: радио, контрол на връзката и поддръжка , която осигурява управление на връзката и терминалния интерфейс с крайното устройство. Това са функционалните подразделения и всички те са интегрирани в повечето Bluetooth устройства . При персоналния компютър те са разположени на периферния контролер, който се инсталира като всеки друг допълнителен хардуер на компютъра.
- Радио частта включва хардуерната част на Bluetooth . Тя определя мощността и обхвата на устройството, излъчва носещата честота през антената, като я модулира и усилва. Високите честоти, използвани от Bluetooth системата, имат малка дължина на вълната, което позволява на антената да бъде малка и интегрирана в корпуса на много мобилни устройства.
- Частта, отговаряща за контрола на връзката, е основата на Bluetooth системата. В нея са включени различни контролни и управляващи протоколи за настройване и поддържане на безжичната комуникация . Тя търси и идентифицира нови устройства, желаещи да се присъединят към piconet връзката, проследява прехода на честотите и контролира работното състояние на устройството.
- Поддържащата част осигурява действителния интерфейс между логиката на крайното устройство и Bluetooth връзката. Адаптира сигналите (електрически и логически) на крайното устройство към тези на Bluetooth системата. Например при Bluetooth карта за персонален компютър поддържащата част адаптира
сигналите от паралелната шина на PCI връзката във форма на последователни пакети, използвани от Bluetooth Също така проверява входящите данни от безжичната връзка за грешки и заявява препредаване, ако е необходимо.
Bluetooth Chip
