Радио и рабочие группы по совместимости

Рабочая группа Bluetooth Radio 2.0, возглавляемая компаниями Ericsson и Nokia, проводит дополнительную разработку технических требований для приемопере­датчика Bluetooth. Эта рабочая группа занимается вопросами увеличения скорости передачи данных, улучшения функций Baseband протокола (в частности, усовер­шенствование процедуры запроса), обеспечения совместимости с другими техно­логиями, работающими в ISM диапазоне.

Следующая версия технических требований, Bluetooth 1.2, позволит устройст­вам проводить обмен данными со скоростями 2 и 3 Мбит/сек. Затем появится Bluetooth 2.0, где скорость передачи данных увеличится до 4, 8 и 12 Мбит/сек. Но­вые версии спецификации не призваны заменить существующую версию, они лишь дополнят ее, расширив возможности базового стандарта. Такие высокие ско­рости передачи данных позволят Bluetooth передавать Hi-Fi аудио и видео, и по­ставят Bluetooth в один ряд с сотовыми 3G системами.

К основным особенностям стандарта Bluetooth 1.2 следует отнести:

•     Технологию адаптивной перестройки частоты, которая позволяет устройствам
Bluetooth не создавать интерференции для других устройств, работающих в диапа­
зоне 2.4ГГц (в частности WLAN 802.1 lb/g);

•     Функции ускоренного обнаружения устройств Bluetooth и установки соедине­
ния с ними;

•     Функция enhanced SCO (eSCO) для обеспечения лучшего качества передавае­
мого голоса;

•     Усовершенствованные функции QoS.

Устройства Bluetooth 1.2 и Bluetooth 2.0 сохранят обратную совместимость (т.е. гарантию того, что существующие приложения будут работать в новом окружении) с устройствами Bluetooth 1.1. Это значит, что устройства будут способны исполь­зовать два вида модуляции. Совместимость устройств Bluetooth версий 1.1 и 2.0 может быть достигнута следующим образом: все устройства связываются в режиме Bluetooth 1.1, после чего договариваются перейти в режим Bluetooth 2.0, если все эти устройства соответствуют техническим требованиям Bluetooth 2.0 [11].

Неизменными останутся основные принципы радио Bluetooth: дешевизна и ма­лый (до 100 метров) радиус действия.

Для совместимости с другими технологиями, работающими в ISM диапазоне, со­здана рабочая группа по совместимости. Эта группа занимается проблемами интер­ференции и воздействия других технологий связи на радио линию Bluetooth. Со­трудничая с другими организациями, такими как консорциум HomeRF™, рабочие группы IEEE 802.11 и IEEE 802.15, рабочая группа по совместимости создает реко-

мендации, позволяющие одновременную работу различных технологий в одной среде.

5.4.

Реализация Bluetooth в России

Как показали исследования, проведенные в рамках 7-го Бизнес Форума «Мобиль­ные системы 2002», в России к технологии Bluetooth проявляется огромный инте­рес. Наиболее перспективными являются те области промышленности и народного хозяйства, где требуется сбор и обработка большого количества одновременно из­меряемых параметров, например, нефтепромыслы, металлургические заводы, жи-лищно-коммунальное хозяйство, медицина, специальные приложения.

Причина этого в совокупности достоинств новой технологии, главные из кото­рых являются:

•     сравнительно небольшой радиус действия, при малой мощности передатчика
и низкой потребляемой мощности;

•     высокая устойчивость к интермодуляционным помехам и отсутствие влияния
устройств Bluetooth на обычную бытовую электронику;

•     низкая стоимость — менее 30 долларов за устройство с последующей тенден­
цией к снижению до 10 долларов и ниже.

Развитие технологии Bluetooth в России идет по трем направлениям [20]:

•     Дистрибьюция элементной базы от известных фирм производителей.

•     Инженерная интеграция, заключающаяся в создании конкретных технических
систем на основе модулей Bluetooth.

•     Разработка элементной базы Bluetooth.

В России основными дистрибьюторами компонентов Bluetooth являются ряд компаний, находящихся в Москве и С.-Петербурге. Компании-дистрибьюторы реа­лизуют в основном элементную базу от известных фирм Ericsson и Philips. Инже­нерная интеграция, вызвавшая большой интерес, сдерживается на современном этапе недостаточным информационным обеспечением и «сыростью» технических решений (особенно для радиоблока).

Разработка элементной базы для Bluetooth ведется в направлении создания как одночиповых модулей (baseband-контроллер + приемопередатчик), так и раздель­ных блоков. Примером тому служат baseband-контроллер PCD87751(52) и при­емопередатчик UAA3558(59) от фирмы Philips или совмещенный модуль ROK 101 008 от фирмы Ericsson.

Использование той или иной концепции построения вызывает много дискуссий, Которые основаны как на технических аспектах, так и пользовательских, и на взгляд авторов, должны определяться кругом решаемых задач.

Для проектирования модулей Bluetooth необходима развитая технологическая база, включающая в себя современный САПР, проектно-технологическую базу данных (Design Kit) фирмы изготовителя, состоящую из набора программных средств, библиотеки стандартных элементов и т.д.

В настоящее время элементы baseband-контроллеров Bluetooth в основном раз­рабатываются и изготавливаются на базе ARM-подобных процессоров (ARM7 TDM1) по субмикроиной технологии с проектными нормами 0.13 мкм или 0.18 мкм. В России таких технологий нет. В тоже время, проведя тщательный ана-

лиз спецификации Bluetooth, в компании Kedah Electronics Engineering (KEE) спроектирован baseband-модуль, для реализации которого достаточно 0.5 микрон­ных технологических норм. Реализация такого модуля возможна на отечественном предприятии электронной промышленности — заводе «Ангстрем».

Используя отечественные схемотехнические решения и дешевую отечественную технологию можно изготавливать конкурентоспособный по цене baseband-модуль Bluetooth в самое ближайшее время.

Изготовление радио модуля Bluetooth потребует не хуже чем 0.25 мкм техноло­гических норм и для современной России представляется проблемной задачей [20 34].

В России специалистами фирмы Kedah Electronics Engineering (KEE) заверше­ны тестовые испытания baseband-модуля отечественной разработки. На базе этого модуля разработана телефонная трубка, в которой реализован профиль беспровод­ной телефонии и профиль передачи файлов (рис. 3.37). В этих изделиях примене­ны радио модули от фирм Ericsson и Philips.



Рис.3 .37. Беспроводные телефонные трубки Bluetooth компании Kedah Electronics Engineering

Полученные в России результаты по разработке baseband-модуля Bluetooth поз­воляют сделать заключение, что при объединении усилий разработчиков и фирм изготовителей, современная Россия в короткие сроки может быть интегрирована в процесс разработки и создания конкурентно способных модулей Bluetooth [34].




Раздел 4

ПРИЛОЖЕНИЯ BLUETOOTH

Беспроводная технология Bluetooth позволяет соединять широкий спектр вычис­лительных и телекоммуникационных устройств по радиоканалу. Технология мо­жет использоваться во многих областях жизнедеятельности, для различных целей. В этом разделе рассмотрены наиболее распространенные приложения Bluetooth [35,36].

4.1. Мобильный офис

С помощью беспроводной технологии Bluetooth можно организовать мобильный офис, в котором все компьютеры и периферийные устройства, от клавиатуры и «мыши» до принтеров, сканеров и факсов, соединяются между собой без проводов. Для этого необязательно покупать новые устройства, достаточно приобрести соот­ветствующий Bluetooth-адаптер. См. раздел 1, «Внедрение технологии».

Доступ к существующей проводной локальной сети, а также к сети Интернет мо­жет осуществляться через точки доступа Bluetooth. Точка доступа — это мост меж­ду проводной сетью и мобильными устройствами. В радиусе действия точки досту­па любое устройство Bluetooth может подключиться к ресурсам локальной сети, включая сетевые серверы, принтеры, электронную почту и Интернет. Это позволя­ет интегрировать персональные мобильные устройства в корпоративную сеть: син­хронизация с сетевой информацией будет осуществляться мгновенно и незаметно в любом месте офиса. Большинство точек доступа Bluetooth имеют расширенный радиус действия и позволяют различным устройствам подключаться к ним на рас­стоянии до 100 метров, что вполне достаточно для офисной среды. Конфиденци­альность связи обеспечивается технологией скачкообразной перестройки частоты, а также процедурами аутентификации и кодирования.

4.2. Организация презентаций

Подготавливая презентацию с помощью программы PowerPoint, не потребуется ог­ромного количества проводов для соединения ноутбуков, проектора и принтеров. Достаточно просто поставить ноутбук около проектора, включить его, подождать

несколько секунд, чтобы они передали друг другу необходимые рабочие параметры.


По одной радио линии ноутбук может посылать запросы на печать находящему­ся поблизости принтеру, распределяя участникам презентации необходимые спра­вочные материалы. Это существенно упрощает организацию встречи и сокращает количество проводов для коммутации оборудования.

На рис. 4.1. представлен проектор Toshiba TLP-X10, имеющий специальный слот для подключения Bluetooth адаптера.



Рис. 4.1. Проектор Toshiba TLP-X10

4.3.

Достоинства беспроводной технологии Bluetooth основанные

Достоинства беспроводной технологии Bluetooth основанные на низкой стоимос­ти, высоком уровне интеграции и простоте конфигурации смогут изменить совре­менные принципы связи мобильных компьютеров и сетей. Более того, так как бес­проводная технология Bluetooth поддерживает передачу как голоса, так и данных,
Таблица 1.5. Прогноз внедрения технологии Bluetooth на ближайшие годы, представленный аналитической компанией Frost&Sullivan

Таблица 1.6. Характерные приложения беспроводных технологий

Технология	Характерные приложения
Bluetooth	Устранение проводов, связь между устройствами для передачи голоса и данных, организация PAN, управление удаленными устройствами, мобильная электронная коммерция
Infrared	Устранение проводов, высокоскоростная передача файлов между устройствами, управление локальными устройствами
HomeRF	Устранение проводов, обмен данными между компьютерами и периферийными устройствами в доме или небольшом офисе
Беспроводные сети 802.1 lb	Устранение проводов, обмен данными между компьютерами и периферийными устройствами в корпоративных офисах

а также широкий спектр приложений она может использоваться практически во всех сферах жизнедеятельности.
В таблице 1.5 приведен прогноз процентного соотношения устройств и систем, поддерживающих технологию Bluetooth [14].
Выбор локальных сетей, использующих беспроводные технологии Bluetooth, Infrared, HomeRF или 802.11b, будет зависеть от типа приложений. Для некоторых приложений может потребоваться использование сразу нескольких технологий. В таблице 1.6 приведены наиболее характерные приложения для Bluetooth и других технологий [15].
Компаниями Silicon Wave, Red-M, Mobilian разработаны многорежимные чипсе­ты Bluetooth/802.1 lb, совмещающие эти две перспективные технологии.
Беспроводные коммуникации ближнего действия находят применение в различ­ных приложениях. Технология Bluetooth относится к числу наиболее перспектив­ных.

Изделие\Год	2002	2003	2004	2005	2006
Сотовые телефоны	46,2	40,7	35,0	28,3	23,3
Портативные компьютеры	14,2	11,0	10,2	9,7	9,1
PDA	13,0	12,4	12,9	13,6	12,8
Настольные компьютеры	8,6	13,6	15,8	16,3	16,9
Гарнитуры	12,6	13,5	11,8	10,3	9,0
Автомобильное оборудование	3,9	5,3	6,8	8,7	10,6
Бытовая электроника	1,0	2,0	4,2	8,3	11,7
Порты доступа	0,2	0,3	0,7	1,0	1,3
Прочее	0,3	1,2	2,6	3,8	5,3

Раздел 2
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2.1. Руководство к чтению технических требований Bluetooth
Технические требования Bluetooth представляют собой документ объемом более 1500 страниц, свободно доступный в Интернете по адресу www.bluetooth.com. Не у всех есть надобность (или желание) прочитать его полностью.
Первая часть документа — это Ядро (Core). Она представляет собой полное опи­сание технологии, начиная с радио, как основы для системы и заканчивая прило­жениями.
Вторая часть — это Профили (Profiles). Профили определяют возможности ис­пользования технологии для каждого из нескольких приложений. Структура тех­нических требований Bluetooth представлена на рис. 2.1.
В связи с большим объемом технических требований возникает вопрос: Какая аудитория что будет читать?
Таблица 2.1 ориентирует читателей к документам или разделам документов, ко­торые имеют для них наибольший интерес [ 16].
Как уже упоминалось ранее, технические требования для системы Bluetooth по­делены на две логические части Ядро и Профили.
Первая часть, Ядро, использует традиционный уровневый подход к описанию стека протоколов. Он начинается с нижнего уровня, радио (Radio), и прослеживает его путь выше на более высокие программно-ориентированные уровни. Стек про­токолов Bluetooth представлен на рис. 2.2.
Вторая часть, Профили, определяет протоколы и функции, которые поддер­живают определенные модели использования. Так как многие устройства Bluetooth имеют несколько различных уровней возможностей, не все особеннос­ти протокола являются необходимыми, или даже возможными для реализации каждого устройства. Возникает вопрос: Что должно быть реализовано в каждом классе устройств для того, чтобы гарантировать, что приложения в устройствах от разных производителей смогут поддерживать обмен информацией? Для этого существуют профили. Они являются вертикальными частями протокола Bluetooth, в которых точно определяется, что нужно сделать для данного прило­жения, чтобы оно соответствовало техническим требованиям Bluetooth.


Кроме того, профили обеспечивают «связующее звено» между беспроводной техноло-


Рис. 2.1. Структура технических требований Bluetooth
гией Bluetooth и существующими системами связи и прикладными стандартами или технологиями.
Знание Ядра является предпосылкой к пониманию Профилей. Важен порядок чтения разделов. Сначала должен быть прочитан первый раздел — Радио (Radio). Каждый из последующих разделов основан на терминах и понятиях, представлен­ных в предыдущем разделе.
Все Профили могут быть прочитаны независимо, за одним исключением. Этим ис­ключением является профиль общего доступа. Этот профиль, (первый по счету) яв­ляется базовым требованием для всех остальных, и все остальные профили Bluetooth должны, хотя бы частично, удовлетворять требованиям профиля общего доступа.
Ниже представлено описание каждого раздела технических требований Bluetooth 1.1 [17]. Как представляется авторам, этот раздел книги является путево­дителем по техническим требованиям. Разделы, имеющие особую важность (Ра-Дио, Baseband), рассмотрены более подробно.

Таблица 2.1.
Читатели	Что читать
Рядовые читатели — люди, интересующиеся основными понятиями о технологии.	Описания разделов Радио и Baseband технических требований Bluetooth.
Маркетологи, оценивающие конкурирующие технологии, для того, чтобы выбрать наиболее подходящую для применения.	По существу, те же разделы, что и для рядовых читателей, кроме того «белые страницы» (White Pages) сайта www.bluetooth.com.
Инженеры-разработчики, ответственные за аппаратную реализацию беспроводной технологии Bluetooth.	Разделы Радио, Baseband, LMP и L2CAP. Необходимая информация ограничивается пониманием интерфейса хост-контроллера.
Интеграторы систем, использующие технические решения для создания целых систем.	Инженерам, ответственным за объединение готовые подсистем в функционирующее изделие, необходимо прочитать Ядро технических требований.
Прикладные программисты, создающие программы, которые используют беспроводную технологию Bluetooth.	Программистам будет прежде всего необходимо прочитать Профили технических требований. Понимание требований HCI поможет в разработке интерфейса для различных приложений.

2.2. Ядро
2.2.1. Радио
Радио Bluetooth является основой технологии. В разделе Радио определены требования к приемопередатчику. Приемопередатчик Bluetooth работает в ISM диапазоне, отведен­ном для промышленных, научных и медицинских целей. Этот диапазон был оставлен свободным в большинстве стран мира, чтобы позволить свободный обмен информаци­ей в нелицензированной форме. Эти диапазоны распределены по миру неравномерно.
Раздел Радио технических требований, часто называемый RF (Radio Frequency), имеет пять подразделов, представляющих особый интерес:
1)      Область действия
2)  Диапазон частот и размещение каналов
3)  Характеристики передатчика
4)  Характеристики приемника
5)  Параметры тестирования
Область действия
В этом разделе приведено описание стандартов и документов, которые регулируют использование частотного спектра в различных странах. Эта информация может быть важна для инженеров-проектировщиков.
Диапазон частот и размещение каналов
Рабочие полосы частот и частотные каналы, рассмотренные в технических тре­бованиях, основаны на правилах, установленных в Европе, Японии и Северной

Рис. 2.2. Стек протоколов Bluetooth
Америке. Некоторые страны имеют суженный частотный диапазон (таблица 2.2). Для соответствия этим ограничениям были определены специальные алго­ритмы перестройки частоты для данных стран. Следует отметить, что устройст­ва, предназначенные для работы в суженном частотном диапазоне, не могут ра­ботать с устройствами, предназначенными для работы в расширенном частотном диапазоне, и их следует рассматривать как устройства для какого-то конкретно­го рынка.
В радиотракте применяется метод расширения спектра со скачкообразной пере­стройкой частоты и двухуровневая Гауссовская частотная манипуляция (Gaussian frequency Shift Keying — GFSK). Скачкообразная перестройка частоты подразуме­вает, что полоса частот подразделяется на определенное количество каналов, ши-Риной 1 МГц каждый (таблица 2.2).



Таблица 2.2. Диапазон частот и размещение каналов

Страна                                     Частота (МГц)             Диапазон (Мгц)           Число каналов Европа (кроме Испании       2400-2483,5                 f-2402 +к                   к = 0 - 78 и Франции) и США Япония                                  2471-2497                   f=2473 + k                   к = 0 - 22 Испания                                2445-2475                   f-2449 +к                   к = 0 - 22 Франция                               2446,5-2483,5              f = 2454 + к                   к = 0 - 22

Для соответствия требованиям на внеполосные излучения определены защит­ные интервалы по краям рабочей полосы (таблица 2.3).
Таблица 2.3. Защитные интервалы но краям рабочей полосы

Страна	Нижний защитный интервал	Верхний защитный интервал
Европа, США и большинство других стран	2 МГц	3.5 МГц

Характеристики передатчика Выходная мощность передатчика
Параметры, установленные в данном разделе, даны для мощности на антенном разъеме устройства. Если устройство не имеет антенного разъема (интегрирован­ная антенна), то подразумевается антенна с коэффициентом усиления 0 дБи. Для измерения параметров передатчика устройства с интегрированной антенной пред­почтительно предусмотреть временный антенный разъем для проведения измере­ний.
Если у антенны существует направленность (коэффициент усиления больше чем 0 дБи), необходимо учесть требования документов ETSI 300 328 и FCC часть15.
Оборудование Bluetooth подразделяется на три класса мощности.
Таблица 2.4. Классы мощности передатчика

Класс мощности	Максимальная выходная мощность (Ртах)	Номинальная выходная мощность	Минимальная выходная мощность
1	100 мВт (20 дБм)		1мВт (ОдБм)
2	2.5 мВт (4дБм)	1мВт (0 дБм)	0.25 мВт (-бдБм)
3	1мВт (0 дБм)	-	-

для уменьшения энергопотребления устройства и помеховой обстановки. Шаг регулировки должен составлять от 2 до 8 дБ.


Устройства с выходной мощностью класса 1 (максимальная выходная мощность +20 дБм) должны регулировать вы­ходную мощность до 4 дБм или меньше. Регулировка осуществляется после из­мерения уровня принимаемого сигнала в приемнике (Received Signal Strength Indication — RSSI) первого устройства путем подачи команды (через протокол управления связью) на изменение выходной мощности передатчика второго уст­ройства.
Следует отметить, что если устройство не поддерживает измерение мощности си! нала в приемнике, то другое устройство с выходной мощностью класса 1 (при связи с первым устройством) должно работать как устройство класса 2 или 3.
Модуляция
В технологии Bluetooth используется гауссовская частотная манипуляция с индек­сом модуляции от 0,28 до 0,35. Бинарная единица соответствует положительной девиации, а бинарный нуль — отрицательной девиации частоты (рис. 2.4). Бинар­ные символы передаются с частотой 1 МГц ± 20 ррт. Для каждого канала, мини­мальное значение девиации частоты (Fmin = min{Fmin+, Fmin—}) для последователь­ности символов 1010 должно быть не меньше чем 80% от девиации частоты (fd) для последовательности символов 00001111. При этом минимальная девиация никогда не должна быть меньше 115 кГц.
Джиттер при модуляции должен быть менее 8% периода символа (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Фактическая модуляция передачи

Для устройств, выходная мощность которых превышает 0 дБм, необходима регулировка выходной мощности в диапазоне более 0 дБм. Регулировка выход­ной мощности в диапазоне менее 0 дБм опциональна и может использоваться

Побочные излучения
Побочные излучения внутри- и вне- рабочей полосы частот, измеряются при состо­янии передатчика, работающем на одной частоте (т. е. приемопередатчик перестра-


Рис. 2.4. Способ кодирования пакетной информации
ивает синтезатор поочередно между приемным и передающим слотом, но частота передачи всегда одинаковая). Нормы на излучение для США приведены в доку­менте FCC части 15.247, 15.249, 15.205, 15.209; для Японии в документе RCR STD-33; для Европы в рекомендации ETSI 328.


Побочные излучения внутри рабочей полосы частот
Внутри ISM полосы излучение передатчика должно соответствовать требованиям таблицы 2.5. Первое условие вытекает из требования FCC па 20 дБ полосу канала. Также FCC устанавливает требования на излучение на соседних рабочих каналах. Мощность излучения на соседнем канале определяется в полосе 1 МГц. Измере­ние мощности должно проводиться в полосе 100 кГц. М — канал передачи, N — со­седний канал. Передатчик должен передавать тестовую псевдослучайную последо­вательность (ПСП).
Таблица 2.5. Спектральная маска передаваемого сигнала

Отклонение частоты от несущей	Излучаемая мощность
±500 кГц	-20дБм
|М - N| - 2	-20 дБм
|М - N| > 3	-40дБм

Исключения по побочному излучению внутри рабочей полосы допустимы мак­симум на трех рабочих каналах (шириной по 1 МГц каждый), в то же время они должны удовлетворять требованию по абсолютному побочному излучению равно­му -20 дБм. Надо отметить, что это является требованием FCC.
Побочные излучения вне рабочей полосы частот
Измерение мощности должно проводиться в полосе 100 кГц.
В таблице 2.6 приведены уровни побочных излучений вне рабочей полосы.

Таблица 2.6. Уровни побочных излучении
Полоса частот	Режим передачи сигнала	Режим отсутствия передачи сигнала (передатчик выключен)
30 МГц - 1 ГГц	-36дБм	-57 дБм
1 ГГц - 12-75 ГГц	-30дБм	-47 дБм
18 ГГц- 1.9 ГГц	-47 дБм	-47дБм
5.15 ГГц-5.3 ГГц	-47 дБм	-47 дБм

Точность установки несущей частоты
Точность установки несущей частоты (определяется на момент начала передачи пакета) должна быть ±75 кГц от номинала FH. Следует учесть, что требование к ча­стотному дрейфу не включает вышеуказанные ±75 кГц. Допустимый дрейф несу­щей частоты во время передачи пакета определен в таблице 2.7.
Таблица 2.7. Допустимый дрейф несущей частоты

Тип пакета	Частотный дрейф
Однослотовый пакет	±25 кГц
Трсхслотовый пакет	±40 кГц
Пятислотовый пакет	±40 кГц
Максимальный дрейф несущей	400 Гц/мксек

Характеристики приемника
Для измерения вероятности появления ошибочных битов (Bit Error Rate — BER), устройство должно иметь режим обратной петли (loopback), т.е. устройство долж­но посылать обратно декодированную информацию. Базовый уровень чувстви­тельности при этом составляет -70 дБм.
Чувствительность приемника
Чувствительность приемника определена как уровень входного сигнала, для кото­рого BER на входе равен 0.1%. Требование к чувствительности для приемника Bluetooth: -70 дБм или лучше. Приемник должен соответствовать требованию чув­ствительности -70 дБм с любым передатчиком Bluetooth, удовлетворяющим тре­бованиям на передатчик системы Bluetooth.
Прием при наличии помеховых сигналов
Параметры приемника при помехе в соседнем канале, отстоящем на 1 МГц и на 2 МГц, измеряются при уровне принимаемого сигнала, превышающем базовый Уровень чувствительности на 10 дБ. Во всех остальных случаях уровень принимае­мого сигнала должен превышать базовый уровень чувствительности на 3 дБ. Если помеховый сигнал расположен вне рабочей полосы частот 2400—2497 МГц, то дан-

 

Данные требования тестируются только при номинальной температуре окружа­ющей среды, при этом, приемник «прыгает» на одной частоте (т.е. синтезатор пере­страивает частоту между передающим и приемным слотом, но при этом всегда воз­вращается на одну и ту же приемную частоту). Частоты помехи, при которых не выполняются требования таблицы 2.8 называются «помеховыми частотами». До- Таблица 2.10. Паразитное излучение приемника пускается пять помеховых частот, отстоящих на >2 МГц от сигнала приема. Для этих помеховых частот определены менее жесткие требования по соотношению сигнал/помеха: С/1 = -17 дБ.

ный случай следует рассматривать как прием при внеполосной помехе. Помеховы jj сигнал должен быть Bluetooth-модулированным при BER < 0.1% и соотношении сигнал/помеха, определеном в таблице 2.8.
Таблица 2.8. Прием при наличии помеховых сигналов

Требование	Соотношение
Помеха в соседнем канале, C/Ico.chany	ИдБ
Помеха в соседнем канале (1 МГц), С/1( мг	ОдБ
Помеха в соседнем канале (2 МГц), С/12 МГц	-30 дБ
Помеха в соседнем канале (>3 МГц), С/1>3 МГ|(	-40 дБ
Помеха зеркального канала C/Iimage	-9дБ
Помеха в канале, соседнем с зеркальным (1 МГц), C/Ijmagc+1 МГц	-20 дБ

Интермодуляционная характеристика приемного тракта
/ 1нтермодуляция приемного тракта определяется величиной BER = 0.1%, которая должна достигаться при следующих условиях:
» сигнал принимается на частоте f() с уровнем, на 6 дБ превышающем базовый уровень чувствительности;
•     смодулированная несущая передается на частоте 1, с уровнем -39 дБм;
•     Bluetooth-модулированный сигнал передается на частоте f2 с уровнем —39 дБм;
При этом f = 2f, - f2 и |2f, - f2| = n x 1 МГц, где п может принимать значения 3, 4,
или 5.
Динамический диапазон приемника
Максимальный уровень принимаемого сигнала должен быть лучше чем -20 дБм. При этом BER должен быть меньше или равен 0.1%.
Паразитное излучение приемника
Требования на паразитное излучение приемника приведены в таблице 2.10. Мощность излучения измеряется в полосе 100 кГц

Полоса частот	Мощность излучения
30 МГц - 1 ГГц	-57 дБм
1 ГГц - 12.75 ГГц	-47 дБм

Прием при помеховом сигнале вне рабочей полосы частот
Параметры приема при внеполосной помехе измеряются при уровне входного сиг­нала, превышающем уровень чувствительности на 3 дБ. BER не должен превышать 0.1%, а помеховый сигнал является немодулированной несущей, мощность которой определена в таблице 2.9.
Таблица 2.9. Параметры внеполосного помехового сигнала

Частота помехового сигнала	Мощность помехи
30 МГц - 2000 МГц	-ЮдБм
2000 МГц-2399 МГц	-27дБм
2498 МГц - 3000 МГц	-27дБм
3000 МГц - 12.75 ГГц	-ЮдБм

Допускаются 24 рабочие частоты (канала) с параметрами, отличающимися от вышеуказанных. При приеме на 19 из этих «помеховых» частотах допускается уро­вень внеполосной помехи -50 дБм для BER = 0.1%. На оставшихся 5 «помеховых» частотах уровень внеполосной помехи допускается произвольным.

Измеритель уровня принимаемого сигнала (опционально)
Если устройство должно управлять мощностью, передаваемой в канале, то приемни­ку необходимо измерять мощность принимаемого сигнала и принимать решение об увеличении или уменьшении мощности передаваемого сигнала на передатчике дру­гого устройства, входящего в канал связи.


Эта процедура возлагается на RSSI-блок. RSSI- блок измеряет уровень принимаемого сигнала и сравнивает его с двумя порога­ми, которые определяют диапазон принимаемой мощности, называемый «Golden Receive Power Range». Нижний порог соответствует диапазону уровней входного сигнала от -56 дБм до уровня, превышающего на 6 дБ реальный уровень чувстви­тельности приемника. Верхний порог на 20 ± 6 дБ выше нижнего порога (рис. 2.5).
Параметры Bluetooth-модулированного сигнала

GFSK
0.32 + 1%
0.5 ± 1%
1 Мбит/сек ± 1 ррт
не хуже ±1 ррт.

Модуляция                                                     -
Индекс модуляции
ВТ
Битовая скорость                                          -
очность установки несущей частоты


Рис. 2.5. Динамический диапазон и точность RSSI-блока
Параметры тестирования
Параметры тестирования описаны в приложениях к разделу Радио. Однако в этих приложениях нет процедуры для полного тестирования приемопередатчика. Фак­тически в приложениях приведены требования к рабочей температуре и напряже­нию.
Для получения логотипа Bluetooth необходимо официальное тестирование изде­лия на соответствие техническим требованиям.
2.2.2. Baseband
Это один из самых больших и наиболее сложных разделов технических требова­ний. В разделе Baseband рассматриваются вопросы организации и работы пикосе-ти.
Раздел Baseband состоит из 14 подразделов:
1)     Общее описание Baseband
2)  Физический канал
3)  Физические линии связи
4)  Пакеты
5)  Коррекция ошибок
6)  Логические каналы
7)  Обеливание данных
8)  Процедуры передачи/приема
9)  Синхронизация передачи/приема
10) Управление каналом
11)     Выбор перестройки частоты
12)     Аудио интерфейс
13)     Адресация устройств
14)     Защита
Общее описание
В общем описании Baseband рассмотрены вопросы организации пикосетей и тех­нологии Bluetooth в целом.


Оно представляет Bluetooth как радио линию (radio link) ближнего действия, предназначенную для замены кабельных соединений между портативными и/или стационарными электронными устройствами.

В стандарте Bluetooth предусмотрена дуплексная передача с временным разде-
ением (Time Division Duplex - TDD). Мастер передает пакеты в нечетные слоты,
' подчиненное устройство - в четные (рис. 2.7). Пакеты, в зависимости от длины,
огут занимать до пяти слотов. При этом частота канала не меняется до окончания
передачи пакета (рис. 2.8).
Пикосеть Bluetooth является сетью, которая образована мастером («главным» устройством) и одним или более подчиненными устройствами. Устройство, ини­циировавшее связь автоматически становится мастером пикосети. Каждая пико­сеть определена последовательностью скачкообразной перестройки частоты, кото­рая становится физическим каналом, основанным на адресе и часах станции масте­ра Все активные модули, входящие в эту пикосеть, синхронизированы к этому ка­налу В пикосети могут быть активными максимум семь подчиненных устройств.
В каждой пикосети действует только один мастер, однако подчиненные устрой­ства могут входить в различные пикосети. Кроме того, мастер одной пикосети мо­жет одновременно являться подчиненным устройством в другой (рис. 2.6, с). Пико­сети не синхронизированы друг с другом по времени и частоте - каждая из них ис­пользует свою последовательность перестройки частоты. В одной пикосети все уст­ройства синхронизированы по времени и частотам. Последовательность перест­ройки частоты является уникальной для каждой пикосети. Длина цикла псевдо­случайной последовательности перестройки частоты равна 227 элементов.

ис- 2.6. Возможные топологии пикосети Bluetooth

Технология Bluetooth предназначена для создания соединений point-to-point (когда в пикосеть включены только два элемента). Соединение point-to-multi­point - это разновидность модели с одним подчиненным устройством.


Для подчи­ ненного устройства не имеет значения, со сколькими еще устройствами связывается мастер. Разнесенная сеть (scatternet) формируется путем объединения одной или более пикосетей. Различные топологии пикосети Bluetooth изображены на рис. 2.6.

Физический канал
Физический канал представляет собой псевдослучайную последовательность пере­стройки частоты по 79 или 23 радиочастотным каналам шириной 1 МГц. Каждый канал делится на слоты продолжительностью 625 мксек, причем каждому слоту со­ответствует определенный канал. Слоты пронумерованы в соответствии с часами мастера пикосети, номера расположены в диапазоне от 0 до 227 -1. Передатчик в каждый момент времени использует только один канал. Перестройка частоты про­исходит синхронно на передатчике и на приемнике по закону заранее зафиксиро­ванной псевдослучайной последовательности. В секунду может происходить до 1600 перестроек частоты. Этот метод обеспечивает конфиденциальность и помехо­защищенность передач. Если на каком-либо канале передаваемый пакет не был принят, то приемник посылает запрос на повторную передачу и пакет повторно пе­редается на другом канале на другой частоте.

Рис. 2.8. Передача многослотовых пакетов

Следует учесть, что физическим каналом (physical channel) является набор ра­диочастот, распределенный по закону псевдослучайной последовательности, а фи­зической линией связи (physical link) является то, ЧТО ПЕРЕДАЕТСЯ по этому каналу на основе потоков данных.

Протокол Bluetooth может поддерживать асинхронный канал передачи данных, о трех синхронных (с постоянной скоростью) голосовых каналов или канал с од­новременной асинхронной передачей данных и синхронной передачей голоса. Ско­рость каждого голосового канала — 64 кбит/сек в каждом направлении, асинхрон­ного в асимметричном режиме — до 723,2 кбит/сек в прямом, и 57,6 кбит/сек в об­ратном направлениях или до 433,9 кбит/сек в каждом направлении в симметрич­ном режиме.
Физические линии связи


В этом разделе описаны два типа связи, которые могут быть установлены между мастером и подчиненными устройствами. Это два вида физических линий связи, каждая со своими Baseband-пакетами:
•     Синхронная ориентированная на соединение (SCO) линия связи — это симме­
тричная линия связи point-to-point между мастером и определенным подчиненным
устройством. SCO линия связи резервирует слоты, и таким образом, может рассма­
триваться как соединение с коммутацией каналов. SCO линии связи обычно под­
держивают передачу срочной информации, такой как голос. Мастер может поддер­
живать до трех SCO линий связи к одному или разным подчиненным устройствам.
Подчиненное устройство может поддерживать до трех SCO линий связи от одного
мастера или две линии связи, если они исходят от различных мастеров. SCO паке­
ты никогда не передаются повторно.
•     Асинхронная линия связи без установления соединения (ACL) используется
только для данных, и работает по принципу когда-позволяет-время. ACL линии
связи обеспечивают соединение с коммутацией пакетов между мастером и всеми
активными подчиненными устройствами пикосети. Поддерживаются как асин­
хронная, так и изохронная передача. Между мастером и подчиненным устройством
может существовать только одна ACL линия связи. Для большинства ACL пакетов,
повторная передача используется для обеспечения целостности данных.
Пакеты
Технические требования Bluetooth определяют использование двух видов паке­тов: синхронных ориентированных на соединение и асинхронных без установле­ния соединения. SCO-пакеты используются в синхронных каналах связи для пе­редачи голоса и направляются на синхронный I/O (input/output) голосовой порт. Они не содержат механизма обнаружения ошибок и никогда не передаются по­вторно, потому что это создает временные задержки, которые ухудшают качество голоса.
ACL-пакеты используются в асинхронных каналах связи. Передаваемая инфор­мация может быть пользовательскими данными или управляющей информацией.


к. данные, передаваемые по асинхронному каналу не чувствительны к задержкам, пакеты могут содержать механизм контроля ошибок, а для пакетов, поврежденных
процессе передачи, могут использоваться повторные передачи.


Общий формат пакетов (рис.2.9), использующийся в беспроводной технологии Bluetooth состоит из трех частей: код доступа, заголовок и полезная информация.
Рис. 2.9. Общий формат пакетов
Код доступа
Каждый пакет начинается с кода доступа, который используется для оповещения и обмена служебной информацией. Поле кода доступа состоит из преамбулы, синх-рослова и концевика (рис. 2.10). Преамбула указывает на прибытие пакета в при­емник. Синхрослово используется для временной синхронизации с приемником. Концевик следует после синхрослова и указывает на окончание кода доступа. Ко­личество бит в коде доступа может варьировать, в зависимости от того, последовал ли заголовок пакета. Если заголовок пакета последовал, длина кода доступа состав­ляет 72 бита; в противном случае, 68 бит.

Функции кода доступа могут отличаться в зависимости от режима работы уст­ройства Bluetooth. Соответственно, существует три типа кода доступа:
• Канальный код доступа (Channel Access Code — САС) — распознает пикосеть. Этот код включен во все пакеты, которыми обмениваются по каналам пикосети. Все пакеты, посылаемые в одной пикосети, начинаются с одного канального кода доступа.

•    Код доступа устройства (Device Access Code — DAC) — используется для спе-
иальных процедур сигнализации, таких как вызов и ответ на вызов. Вызов вклю-
, ает в себя передачу ряда сообщений с установлением канала связи с модулем, ак­тивным в пределах зоны действия. Когда модуль отвечает на запрос, канал связи может быть установлен.
. Код доступа запроса (Inquiry Access Code — IAC). Существует два типа кода доступа запроса: общий и специализированный. Общий код доступа запроса оди­наков для всех устройств. Он используется для обнаружения других модулей Bluetooth, находящихся в зоне действия.


Специализированный IAC является оди­ наковым для отдельной группы модулей Bluetooth, которые имеют общие характе­ристики. Он используется для обнаружения только тех специализированных моду­лей Bluetooth, которые находятся в пределах зоны действия.
Заголовок
Если используется заголовок, то он содержит информацию управления каналом связи и состоит из шести полей, составляющих 18 бит (рис. 2.11).
•    Адрес активного члена (Active Member Address — АМА) (3 бита)
•    Тип (4 бита)
•    Поток (1 бит)
•     Автоматический запрос на повторение (Automatic Repeat Request — ARR)
(1 бит)
•     Порядковый номер (Sequence Number — SEQN) (1 бит)
•     Проверка заголовка на наличие ошибок (Header Error Check — НЕС) (8 бит)
Рис. 2.11. Поле заголовка
Адрес активного члена
Это 3-битное поле используется для различия между активными устройствами, принимающими участие в пикосети. В пикосети одно или более подчиненных уст­ройств связаны с одним мастером. Для того чтобы идентифицировать каждое под­чиненное устройство в отдельности, каждому подчиненному устройству назначает-

Общий формат пакетов (рис.2.9), использующийся в беспроводной технологии Bluetooth состоит из трех частей: код доступа, заголовок и полезная информация.

Код доступа
Каждый пакет начинается с кода доступа, который используется для оповещения и обмена служебной информацией. Поле кода доступа состоит из преамбулы, синх-рослова и концевика (рис. 2.10). Преамбула указывает на прибытие пакета в при­емник. Синхрослово используется для временной синхронизации с приемником. Концевик следует после синхрослова и указывает на окончание кода доступа. Ко­личество бит в коде доступа может варьировать, в зависимости от того, последовал ли заголовок пакета. Если заголовок пакета последовал, длина кода доступа состав­ляет 72 бита; в противном случае, 68 бит.

Функции кода доступа могут отличаться в зависимости от режима работы уст­ройства Bluetooth.


Соответственно, существует три типа кода доступа:
• Канальный код доступа (Channel Access Code — САС) — распознает пикосеть. Этот код включен во все пакеты, которыми обмениваются по каналам пикосети. Все пакеты, посылаемые в одной пикосети, начинаются с одного канального кода доступа.

•    Код доступа устройства (Device Access Code — DAC) — используется для спе-
иальных процедур сигнализации, таких как вызов и ответ на вызов. Вызов вклю-
еТ в себя передачу ряда сообщений с установлением канала связи с модулем, ак-(вным в пределах зоны действия. Когда модуль отвечает на запрос, канал связи жет быть установлен.
•    Код доступа запроса (Inquiry Access Code — IAC). Существует два типа кода
доступа запроса: общий и специализированный. Общий код доступа запроса оди­
наков для всех устройств. Он используется для обнаружения других модулей
Bluetooth, находящихся в зоне действия. Специализированный IAC является оди­
наковым для отдельной группы модулей Bluetooth, которые имеют общие характе­
ристики. Он используется для обнаружения только тех специализированных моду-
icii Bluetooth, которые находятся в пределах зоны действия.
Заголовок
Если используется заголовок, то он содержит информацию управления каналом связи и состоит из шести полей, составляющих 18 бит (рис. 2.11).
•    Адрес активного члена (Active Member Address — АМА) (3 бита)
•    Тип (4 бита)
•    Поток (1 бит)
•    Автоматический запрос на повторение (Automatic Repeat Request — ARR)
(1бит)
•    Порядковый номер (Sequence Number — SEQN) (1 бит)
•    Проверка заголовка на наличие ошибок (Header Error Check — НЕС) (8 бит)

Рис. 2.11. Поле заголовка
Адрес активного члена
Это 3-битное поле используется для различия между активными устройствами, Принимающими участие в пикосети. В пикосети одно или более подчиненных уст­ройств связаны с одним мастером. Для того чтобы идентифицировать каждое под­чиненное устройство в отдельности, каждому подчиненному устройству назначает-



ся временный 3- х битный адрес, который используется, когда устройство активно Пакеты, которыми обмениваются мастер и подчиненное устройство, имеют АМд этого подчиненного устройства. Другими словами, адрес подчиненного устройства используется как в пакетах, которые передаются от мастера к подчиненному уст­ройству, так и наоборот. Нулевой адрес зарезервирован для радиовещательных па­кетов от мастера к подчиненным устройствам. Прекращающие связь или находя­щиеся в режиме парковки (Park) подчиненные устройства оставляют свои адреса, а когда они снова войдут в пикосеть, им должен быть назначен новый адрес.
Тип
Это 4-битное поле используется для кода, который устанавливает тип пакета. Ин­терпретация этого кода зависит от типа канала, который ставится в соответствие пакету: либо SCO, либо ACL. Существует четыре различных типа SCO пакетов и семь типов ACL пакетов. Код типа также означает номер слотов, которые будет за­нимать текущий пакет. Это позволяет неадресованным приемникам воздерживать­ся от прослушивания канала в течение длительности оставшихся слотов.
Поток
Это 1-битное поле используется для управления потоком пакетов по ACL каналу. Когда буфер приемника для ACL каналов переполнен, возвращается указание «стоп» для временной остановки передачи данных. Сигнал «стоп» применяется только для ACL пакетов. Кроме того, могут быть приняты пакеты, включающие только информацию по управлению каналом связи, или SCO пакеты. Когда буфер приемника пуст, возвращается указание «старт». Когда не получено ни одного па­кета или полученный заголовок содержит ошибки, следует указание «старт».
Автоматический запрос на повторение
Это 1-битное поле используется для информирования передающего устройства об успешной передаче полезной информации. Благоприятный исход приема проверя­ется с помощью циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Code — CRC). Возвратное сообщение может быть в форме положительного уведомления (ACKnowledgement — АСК) или отрицательного уведомления (Negative Acknowledgement — NAK).


Если полезная информация была получена без искаже­ний, возвращается АСК, в противном случае — NAK. Когда не принимается ника­кого возвратного сообщения, предполагается получение NAK. ACK/NAK распола­гается в заголовке возвратного пакета.
CRC — это вычислительная процедура для обеспечения точности получаемых данных. Математическая функция вычисляется до передачи пакета на исходящем устройстве. Ее численное значение вычисляется на основе содержания пакета. Это значение сравнивается с пересчитанным значением функции в устройстве назначе­ния (адресате информации). Если эти два значения совпадают, возвращается АСК. в противном случае — NAK.

Порядковый номер
Ято 1-битное поле обеспечивает последовательную схему нумерации для того, что­бы правильным образом упорядочить поток пакетов данных, когда он достигает принимающего устройства. Для каждого нового переданного пакета, который со­держит данные со значением CRC, бит порядкового номера преобразуется для то­го, чтобы отфильтровывать повторные передачи на принимающем устройстве. Ес­ли повторная передача происходит вследствие отсутствия АСК, адресат принимает лот пакет дважды. Сравнение порядковых номеров следующих пакетов означает, что безошибочно принятые повторные передачи могут быть отброшены.
Проверка заголовка на наличие ошибок
Это 8-битное поле используется для проверки целостности заголовка. После ини­циализации генератора НЕС, вычисляется значение НЕС для битов заголовка. Приемник инициализирует свои схемы НЕС так, что он может интерпретировать значение. Если значения НЕС не совпадают, весь пакет игнорируется.
Полезная информация
Заключительной частью общего формата пакета является полезная информация. В этой части есть два типа полей: поле голоса (синхронное) и поле данных (асин­хронное). ACL пакеты имеют только поле данных, a SCO пакеты — только поле го­лоса. Исключением является пакет данных и голоса (Data Voice — DV), который имеет оба поля. Поле данных состоит из трех сегментов: заголовок полезной ин­формации, тело полезной информации и возможно, CRC код (рис. 2.12).



Ис- 2.12. Поле полезной информации
аголовок полезной информации
° лько поля данных имеют заголовок полезной информации. Длина заголовка по-езной информации равна одному или двум байтам и определяет логический канал

(Logical Channel — LCH), управление потоком в логических каналах, а также име­ет указатель длины полезной информации. Этот указатель обозначает количество байт (т.е. 8-битное слово) в теле полезной информации, исключая заголовок полез­ной информации и CRC код.
Тело полезной информации
Тело полезной информации включает пользовательскую информацию. Длина это­го сегмента указана в поле длины заголовка полезной информации.
Формирование CRC кода
После того как генератор CRC инициализирован, от передаваемой информации вычисляется 16-битный CRC код, который прикрепляется к информации.
Типы пакетов
В технических требованиях описаны также различные типы пакетов: общие, SCO-пакеты и ACL-пакеты. Каждому типу соответствуют определенные характе­ристики.
Общие пакеты:'
•     ID-пакет
•     Null-пакет
•     Poll-пакет
•     FHS-пакет
•     DM 1-пакет
SCO-пакеты:
•     HV1 -пакет
•     НУ2-пакет
•     НУЗ-пакет
•     DV-пакет
ACL-пакеты:
•     DM 1-пакет
•     DH1-пакет
•     ОМЗ-пакет
•     ОНЗ-пакет
•     ОМ5-пакет
•     DI-15-пакет
•     AUX1-пакет
В таблице 2.11 приведены используемые сокращения.
Коррекция ошибок
Как ACL-пакеты (данные), так и SCO-пакеты (голос и данные) могут быть снабже­ны различными уровнями прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction — FEC) или проверки циклическим избыточным кодом (CRC), а также могут быть

Таблица 2.11
ID	Identification	Идентификация
NULL	Null	Пусто
POLL	Polling	(Упорядоченный)опрос
FHS	Frequency Hopping Synchronization	Синхронизация перестройки частоты
DM1	Data Medium rate, 1 slot	Средняя скорость передачи данных, один слот
Dili	Data High rate, 1 slot	Высокая скорость передачи данных, один слот
DM3	Data Medium rate, 3 slots	Средняя скорость передачи данных, три слота
DH3	Data High rate, 3 slots	Высокая скорость передачи данных, три слота
DM5	Data Medium rate, 5 slots	Средняя скорость передачи данных, пять слотов
DH5	Data High rate, 5 slots	Высокая скорость передачи данных, пять слотов
AUX1	Auxilary packet, 1 slot	Вспомогательный пакет, один слот
HV1	High Quality Voice, 1 slot	Голос высокого качества, один слот
HV2	High Quality Voice, 2 slots	Голос высокого качества, два слота
HV3	High Quality Voice, 3 slots	Голос высокого качества, три слота
DV	Data Voice	Данные и голос

зашифрованы. В этом разделе определено несколько схем коррекции ошибок и их применение для различных типов пакетов.
Существует три схемы коррекции ошибок, определенных для беспроводной свя­зи Bluetooth:
•     Прямая коррекция ошибок с коэффициентом 1/3
•     Прямая коррекция ошибок с коэффициентом 2/3
•     Схема автоматического запроса повторной передачи
Назначение FEC в полезной информации — уменьшить количество повторных передач за счет способности восстанавливать данные. В тоже время технические требования указывают, что в ситуации, свободной от ошибок, FEC является лиш­ним, поскольку при этом уменьшается пропускная способность. Заголовок пакета всегда защищен прямой коррекцией ошибок с коэффициентом 1/3, так как он со­держит ценную информацию связи и должен быть способен «выдержать» несколь­ко битовых ошибок.
Логические каналы
Логические каналы являются дополнением физических линий связи. В этом разде­ле определены пять логических каналов Bluetooth.
•     LC канал (Link Control — управление связью)
•     LM канал (Link Manager — администратор связи)
•     UA канал (User Asynchronous data — асинхронные пользовательские данные)
•     Ш канал (User Isochronous data — изохронные пользовательские данные)
•     US канал (User Synchronous data — синхронные пользовательские данные)
В таблице 2.12 дано описание каждого логического канала.

 

Таблица 2.12. Логические каналы
Название	Функция	Расположение	Где встречается
LC	Управление связью	Заголовок	Все пакеты
LM	Управление связью	Полезная информация	SCO или ACL
UA	Асинхронные данные пользователя	Полезная информация	ACLiuhSCO-DV
т	Изохронные данные пользователя	Полезная информация	ACLhotSCO-DV
LJS	Синхронные данные пользователя	Полезная информация	SCO

Обеливание данных
Процедура обеливания данных позволяет изменить распределение информации с целью придания ей свойств белого шума.
Такое преобразование позволяет существенно упростить процесс демодуляции ин­формации, который будет сводиться к обработке сигнала в присутствии белого шума.
Процедуры передачи/приема
В этом разделе описан способ использования пакетов, определенных в разделе Пакеты. Рассмотрены потоки ACL, SCO и комбинированные ACL/SCO. Информация, при­веденная здесь, дает возможность понять идею, представленную в разделе Пакеты.
Синхронизация передачи/приема
Синхронизация важна для устойчивой связи. Этот раздел описывает толерант­ность (допустимые отклонения) синхронизации и синхронизацию мастера с под­чиненным устройством. Представление о синхронизации пикосети при обмене данными иллюстрирует рис. 2.13.

Мастер всегда передает в четных слотах. Подчиненное устройство, к которому только что обратились, должно отвечать в следующем (нечетном) слоте. Подчи­ненные устройства должны всегда «слушать» на четных слотах, потому что они ни­когда не знают, когда к ним могут обратиться.
Управление каналом
В этом разделе рассказывается о процедуре установления канала пикосети. Приве­дено описание работы каналов и процедур добавления и исключения устройств пи­косети. Для поддержания этих функций определено девять режимов работы моду­лей Bluetooth. Кроме того, рассмотрена работа разнесенной сети (scatternet). По­дробно рассмотрено устройство и работа часов Bluetooth, которые играют главную роль в FH-синхронизации.
Канал в пикосети определяется рабочими характеристиками мастера. Адрес мас­тера определяет последовательность перестройки частоты и коды доступа к каналу; системные часы мастера определяют фазу в последовательности перестройки час­тоты и устанавливают синхронизацию. Кроме того, мастер контролирует трафик в канале с помощью схемы опроса.
По определению, мастером является тот модуль Bluetooth, который инициирует соединение.


Термины «мастер» и « подчиненное устройство» имеют отношение только к протоколу: на аппаратном уровне модули Bluetooth считаются функцио­нально идентичными. Любое устройство Bluetooth может стать мастером пикосети; нет «всегда подчиненных» устройств. Кроме того, когда пикосеть уже установлена, роли мастер/подчиненное устройство могут поменяться местами.
Часы Bluetooth
Каждый модуль Bluetooth имеет внутренние системные часы, которые устанав­ливают синхронизацию и скачкообразную перестройку частоты приемопередат­чика. Часы Bluetooth получены из собственного независимого генератора так­товых импульсов, который никогда не корректируется и никогда не выключает­ся. Для синхронизации с другими модулями используются только смещения, добавление которых к собственным часам каждого модуля обеспечивает им временные часы Bluetooth, которые взаимно синхронизируются. Необходимо заметить, что часы Bluetooth не имеют отношения ко времени суток, поэтому, они могут быть выставлены на любое значение. Часы Bluetooth обеспечивают тактовые импульсы приемопередатчику Bluetooth. Их разрешающая способ­ность равна половине длительности Rx или Тх слота, т.е. 312.5 мкеек. Часы имеют цикл около одного дня. Для часов Bluetooth необходим 28-битный счет­чик, который проходит цикл за 228 -1. Схема часов Bluetooth изображена на Рис. 2.14.
Синхронизация и скачкообразная перестройка частоты в канале пикосети опре­деляется Bluetooth-часами мастера. Когда пикосеть установлена, часы мастера свя­заны с подчиненными устройствами. Каждое подчиненное устройство добавляет


смещение к своим собственным часам, чтобы быть синхронизированным к часам мастера. Так как часы автономные, то смещения должны регулярно обновляться (корректироваться).
Рис. 2.14. Схема часов Bluetooth
В зависимости от режима в котором находится модуль Bluetooth, часы могут быть различными:
•     Собственные часы (Native Clock — CLKN)
•     Расчетные часы (Estimated Clock — CLKE)


•     Часы мастера (Master Clock — СLK)
CLKN — это собственные автономные часы, которые являются эталоном для всех остальных видов часов. В режимах высокой активности, собственные часы уп­равляются опорным кварцевым генератором с наихудшей временной нестабильно­стью +20 ррт. В маломощных режимах, таких как Standby, Hold, Park и Sniff (таб­лицы 2.13 и 2.17) собственные часы могут управляться маломощным генератором (Low Power Oscillator — LPO) с нестабильностью ±250 ppm.

Рис. 2.15. Формирование CLKE

Расчетные часы (CLKE) и часы мастера (CLK) получаются от опорных CLKN путем добавления смещения. CLKE — это оценка собственных часов получателя, которую осуществляет вызывающий модуль, т.е. смещения добавляются к CLKN вызываемого модуля для приближенного соответствия CLKN получателя (рис. 2.15). Используя CLKN получателя, вызывающий модуль ускоряет установ­ление соединения.

CLK — это часы мастера пикосети. Они используются для всех процессов син­хронизации и распределения в пикосети. Все устройства Bluetooth используют CLK для распределения передачи и приема. CLK формируется из собственных ча­сов (CLKN) и смещения. Для мастера пикосети смещение равно нулю (рис. 2.16), т к. CLK равен его собственным часам (CLKN). Каждое подчиненное устройство добавляет к своим CLKN смещение, такое чтобы CLK совпадало с CLKN мастера (рис.2.17). Хотя все CLKN устройств Bluetooth идут с одинаковой скоростью, из-за обоюдного дрейфа все же возможно возникновение ошибок. Поэтому смещения в подчиненных устройствах должны регулярно корректироваться таким образом, чтобы CLK совпадало с CLKN мастера.

Рис. 2.16. Формирование CLK мастера

Рис. 2.17. Формирование CLK подчиненного устройства
Обзор состояний
На рис. 2.18 изображена диаграмма состояний, использующихся в контроллере связи Bluetooth. Существует два основных состояния: ожидание (Standby) и со­единение (Connection), а также семь промежуточных состояний: вызов (page), ожидание вызова (page scan), запрос (inquiry), ожидание запроса (inquiry scan), ответ мастера (master response), ответ подчиненного устройства (slave response) и ответ на запрос (inquiry response).


Промежуточные состояния используются для включения новых подчиненных Устройств в пикосеть. Для перехода из одного состояния в другое, используются

 

Таблица 2.13
Режим	Описание
Ожидание (STANDBY)	Модуль Bluetooth находится в режиме малой мощности и не активно связывается (не является частью пикосети). Устройство ожидает сигнал на подключение к пикосети
Соединение (CONNECTION)	После того как соединение установлено, пакеты могут посылаться в обоих направлениях
Вызов (Page)	Используется мастером для активации и соединения с подчиненным устройством, которое периодически «просыпается» в режиме ожидание вызова
Ожидание вызова (Page scan)	Потенциальное подчиненное устройство «слушает» свой код доступа устройства (DAC) в течение установленного отрезка времени. Модуль «слушает» на одной частоте достаточно долго для полного сканирования 16 page-частот
Запрос (Inquiry)	Подобно режиму вызов, этот режим используется мастером для обнаружения набора новых устройств. Мастер не признает сообщения ответ на запрос, но продолжает зондировать на различных каналах и в промежутках ожидать ответные пакеты
Ожидание запроса (Inquiry scan)	Подобен режиму ожидание вызова. Однако, в этом режиме потенциальное подчиненное устройство ожидает свой код доступа запроса (IAC) вместо своего адреса
Ответ мастера (Master response)	Мастер вводит этот режим, когда он получает ответ от подчиненного устройства, после того как оно было вызвано
Ответ подчиненного устройства (Slave response)	Подчиненное устройство вводит этот режим при признании своего кода доступа устройства (DAC)
Ответ на запрос (Inquiry response)	Устройство вводит этот режим при признании своего кода доступа запроса (IAC)

Рис. 2.18. Диаграмма состояний контроллера связи Bluetooth

либо команды администратора связи (LM) Bluetooth, либо внутренние сигналы контроллера связи.
Выбор перестройки частоты
Определено десять типов последовательностей скачкообразной перестройки часто­ты: пять для системы с 79 перестройками (т.е.


каналами) и пять для системы с 23 перестройками (показаны в скобках), соответственно.
•     Последовательность для вызова с 32 (16) уникальными частотами для «про­
буждения», распределенными по полосе 79 (23) МГц, с периодом, равным 32 (16).
•     Последовательность для ответа на вызов охватывает 32 (16) уникальных час­
тот для ответа, которые имеют взаимно-однозначное соответствие с текущей по­
следовательностью для вызова.
•     Последовательность для запроса с 32 (16) уникальными частотами для «про­
буждения», распределенными по полосе 79 (23) МГц, с периодом, равным 32 (56).
•     Последовательность для ответа на запрос охватывает 32 (16) уникальных ча­
стот для ответа, которые имеют взаимно-однозначное соответствие с текущей по­
следовательностью для запроса.

•  Канальная последовательность, которая имеет очень большую длину пер№
да, распределяет частоты одинаково по полосе 79 (23) МГц в течение короткого »
тервала времени.
Общая схема выбора частоты
Схема выбора частоты состоит из двух частей:
•     Выбор последовательности;
•     Установление частот в соответствии с последовательностью.
Общая схема выбора частоты представлена на рис. 2.19. Определенная часто' Устанавливается в соответствие с входными параметрами в блоке выбора частот Входные параметры — это собственные часы и текущий адрес мастера.
В состоянии соединение (Connection) собственные часы (CLKN) корректир ются с помощью смещения для соответствия часам мастера (CLK). Используют! только 27 наиболее значимых бита (Most Significant Bit - MSB) часов. В промеж точных состояниях вызов (Page) и запрос (Inquiry) используются все 28 битов ч с«в. Однако в промежуточном состоянии вызов собственные часы не корректир ются.

Адресный вход состоит из 28 бит, т.е. все поле LAP и 4 наименее значимых бита (Least Significant Bit — LSB) поля UAP (см. раздел Адресация устройств). В со­стоянии соединение используется адрес мастера.


В промежуточном состоянии вы­ зов используется адрес вызываемого модуля. В промежуточном состоянии запрос используется UAP/LAP, соответствующий общему коду доступа запроса (GIAC) Выходным параметром является псевдослучайная последовательность из 79 или 23 перестроек частоты.

Рис. 2.19. Общая схема выбора частоты
В 79-канальной системе схема выбора частоты выбирает сегмент из 32 частот, охватывающий диапазон около 64 МГц (рис. 2.20) и проходит по этим частотам один раз в псевдослучайном порядке. Далее, выбирается другой 32-частотный сег­мент и т.д. В промежуточных состояниях вызов, ожидание вызова или ответ на вы­зов все время используется 32-частотный сегмент (сегмент выбирается с помощью адреса; разные модули будут иметь различные сегменты). В состоянии соединение на выходе составляется псевдослучайная последовательность, которая перемеща­ется по 79 или 23 частотам, в зависимости от системы. Для 23-канальной системы размер сегмента равен 16 (таблица 2.14). Принцип работы схемы выбора частоты изображен на рис. 2.20.
Аудио интерфейс
Обработка аудиоинформации в беспроводной технологии Bluetooth основана на традиционных методах, т.е. информация кодируется на передающей стороне и де­кодируется на приемной.
Аудиоинформация кодируется одним из двух способов: 8-битным логарифми­ческим или линейным кодами (таблица 2.15). Требуемая схема кодирования голо­са выбирается после согласования администраторов связи двух задействованных модулей.


Рис. 2.20. Схема выбора частоты в состоянии соединение (Connection)
Таблица 2.15

Голосовые кодеки
Линейный	CVSD
8-битный логарифмический (рекомендация ITU-T G.711)	А-функция
	ц-функция

Адресация устройств BD ADDR
Каждый приемопередатчик Bluetooth снабжен уникальным 48-битным адресол устройства Bluetooth (Bluetooth Device Address — BD ADDR). Этот адрес назна чается управлением регистрации IEEE (http://standards.ieee.org/regauth/oui/ index.shtml) для производителей и называется организационно уникальным идеи тификатором (Organizationally Unique Identifier — ОШ).


Организационно уникальный идентификатор определен в IEEE Std 802-1990 \ используется для создания 48- битных универсальных MAC адресов локальных се тей. Это позволяет идентифицировать уникальным образом LAN и MAN станции.
Коммуникации Bluetooth используют этот 48-битный адрес для создания своей собственного формата. Идентификатор поделен на три поля следующим образол (рис. 2.21):
•     Поле LAP (Lower Address Part): нижняя адресная часть, состоящая из 24 би
тов;
•     Поле UAP (Upper Address Part): верхняя адресная часть, состоящая их 8 битов;
•     Поле NAP (Non-significant Address Part): незначимая адресная часть, состоя
Щая из 16 битов.
Поля LAP и UAP формируют значимую часть BDADDR. Полный объем адрес; равен 232.


Рис. 2.21. Формат адреса Bluetooth
Коды доступа
Для сигнализации в системе Bluetooth используются 72-битные и 68-битные ко­ды доступа. Определено три различных кода доступа:
•     Код доступа устройства (DAC);
•     Канальный код доступа (САС);
•     Код доступа запроса (I АС).
Также определены адреса для устройств Bluetooth, находящихся в различных состояниях: адрес активного члена (Active Member Address — AM_ADDR), адрес устройства, находящегося в состоянии парковки (Parked Member Address — PMADDR), адрес требования доступа (Access Request Address — ARADDR).
AM ADDR
Каждому активному подчиненному устройству в пикосети назначается 3-х бит­ный адрес активного члена (AMADDR). Адрес AMADDR, состоящий только из нулей, зарезервирован для широковещательных сообщений. Мастер не имеет AM_ADDR.
Адрес AMADDR назначается подчиненному устройству мастером, когда оно активизируется. Это происходит либо во время установления соединения, либо сразу после выхода подчиненного устройства из режима парковки.
РМ ADDR
Подчиненное устройство в режиме парковки может быть идентифицировано своим BDADDR, или выделенным адресом устройства, находящегося в состоя­нии парковки (РМ ADDR).


Это 8-битный адрес, который назначается подчинен­ ному устройству, как только оно вошло в режим парковки. Адрес PM_ADDR дей­ствителен только в период пребывания подчиненного устройства в режиме парков­ки. Когда подчиненное устройство активизируется, вместо РМ ADDR ему назна­чается адрес активного члена (AMADDR).
AR ADDR
Адрес требования доступа (AR_ADDR) используется подчиненным устройст­вом, находящимся в режиме парковки, для определения «окна», в котором можно послать сообщения с требованием доступа.
Адрес AR ADDR назначается подчиненному устройству, когда оно входит в ре­жим парковки и действителен только во время пребывания в этом режиме. Этот адрес необязательно должен быть уникальным; т.е. различные устройства, находя­щиеся в режиме парковки могут иметь одинаковый ARADDR.

Защита информации
Технология Bluetooth обеспечивает беспроводную передачу между равноправны­ми узлами. Для обеспечения защиты и конфиденциальности информации, система обеспечивает меры защиты как на прикладном, так и на канальном уровне. В каж­дом модуле Bluetooth осуществляются процедуры аутентификации и кодирования. Для поддержки защиты информации на канальном уровне используются четыре различных объекта: уникальный общий адрес для каждого пользователя, два сек­ретных ключа и случайное число, которое различно для каждой транзакции. Опи­сание каждого объекта приведено в таблице 2.16.
Таблица 2.16. Объекты, используемые в процедурах аутентификации и кодирования

Объект	Размер
Уникальные адреса устройства Bluetooth (BD ADDR)	48 бит
Личный ключ пользователя, аутентификация	128 бит
Личный ключ пользователя, кодирование	8-128 бит
Случайное число (RAND)	128 бит

Секретные ключи получаются в процессе инициализации и за время существо­вания пикосети никогда не меняются. Ключ кодирования получается из ключа ау­тентификации в процессе аутентификации. Алгоритм аутентификации всегда ис­пользует 128 бит.


Для алгоритма кодирования, размер ключа может колебаться от 8 до 128 бит. Размер ключа кодирования конфигурируем по двум причинам:
1)     Для учета различий в требованиях, наложенных на криптографические алго­
ритмы в различных странах.
2)  Для обеспечения будущего обновления, для исключения неоправданно доро­
гостоящего перепроектирования алгоритмов и аппаратных средств кодирования.
Увеличение размера ключа является самым простым способом борьбы с потенци­
альными подслушивателями.
2.2.3. Протокол управления связью
Протокол управления связью (Link Manager Protocol — LMP) описывает процеду­ры, использующиеся для установления, защиты и управления линией связи между устройствами Bluetooth. Пакеты LMP не содержат данных пользователя. Раздел LMP включает семь подразделов:
1)      Общий обзор
2)  Формат LMP сообщений
3)  Процедуры и протокольные единицы обмена
4)  Установка соединения
5)  Описание PDU
6)  Режимы тестирования
7)  Обработка ошибок

Общий обзор
LMP сообщения используются для установления, защиты и управления линией связи. Они передаются в полезной информации вместо L2CAP и различаются с по­мощью зарезервированного значения в поле L_CH заголовка полезной информа­ции. LMP сообщения отфильтровываются и не распространяются на высшие уров­ни.
LMP сообщения имеют приоритет над данными пользователя. Это значит, что если LM посылает сообщение, Ь2САР-трафик не будет задерживать это сообще­ние, хотя оно может задерживаться многочисленными повторными передачами baseband-пакетов.
LC не отвечает ни за время, необходимое для доставки сообщения на удаленное устройство, ни за задержки между доставкой сообщения на удаленное устройство и получением отправителем соответствующего уведомления.
Основным содержанием этого раздела является описание установления сеанса связи между парой LM, а не непосредственно LM (рис. 2.22).
Физический уровень  i---------


Рис. 2.22. Роль LMP в процессе установки соединения
Формат LMP сообщений
Протокольные единицы обмена (Protocol Data Units — PDU) LM всегда посыла­ются как однослотовые пакеты, а заголовок полезной информации занимает 1 байт. Два наименее значимых бита в заголовке полезной информации определяют логи­ческий канал. Для протокольных единиц обмена LM этим битам присвоено опреде­ленное значение.
Поле Поток в заголовке полезной информации (см. раздел Baseband, Пакеты) всегда состоит из одного бита и игнорируется на принимающей стороне. Каждой

PDU назначен 7-битный код операции, который используется для того, чтобы од­нозначно определить различные типы PDU. Код операции и однобитный иденти­фикатор транзакции расположены в первом байте тела полезной информации (рис. 2.23). Идентификатор транзакции расположен в наименее значимом бите (LSB). Он равен 0, если PDU принадлежит транзакции, инициированной подчи­ненным устройством. Если PDU содержит один или более параметров, они распо­ложены в полезной информации, начиная со второго байта тела полезной инфор­мации. Количество используемых байтов зависит от длины параметров. Если SCO линия связи представлена с использованием пакетов HV1 и длина содержимого менее 9 байт, PDU могут передаваться в пакетах DV. В противном случае должны использоваться пакеты DM1. Все параметры имеют формат с прямым порядком байт, т.е. первым передается наименее значимый байт.
Источник/пункт назначения PDU определены адресом AM_ADDR в заголовке пакета.

Рис. 2.23. Тело полезной нагрузки при передаче LM PDU
Каждая PDU может быть либо обязательной, либо дополнительной. Админист­ратор связи должен распознавать все дополнительные PDU, которые он принима­ет, и если требуется, посылать соответствующий ответ. Если принятая дополни­тельная PDU не требует ответа, ответ не посылается.
Процедуры и протокольные единицы обмена
Этот раздел является ключевым для специалистов, реализующих нижние уровни протокола Bluetooth.


В нем подробно объясняется механизм работы устройства в пикосети. В таблице 2.17 описаны все процедуры.
Таблица 2.17

Процедура	Функция
Общие ответные сообщения	Используются для того, чтобы сообщить инициатору запроса или команды, была ли команда принята — и возможно, выполнена
Аутентификация	Процедура аутентификации, основанная на схеме вызов-ответ, необходима для подтверждения присутствия потенциальных членов пикосети
Сопряжение	Используется, когда два устройства не имеют общего ключа связи или ключа инициализации. Эта процедура создает ключ, основанный на персональном опознавательном номере (Personal Identification Number — PIN) и случайном числе (RAND)
Изменение ключа связи	Если два устройства соединены, и ключ связи получен из комбинации ключей, линия связи может быть изменена в целях повышения ее защищенности

Изменение текущего ключа связи	Текущий ключ связи может быть полупостоянным ключом связи или временным ключом связи. Замена на временный ключ связи необходима, если пикосеть должна поддерживать зашифрованную радиопередачу, которая в этом случае позволила бы иметь общий ключ связи для всех членов пикосети
Кодирование	Начинает процесс кодирования. Кодирование может использоваться, если была выполнена хотя бы одна аутентификация
Запрос смещения часов	Если подчиненное устройство получает FHS пакет, то всегда вычисляется разница между его собственными часами и часами мастера. Этот запрос заставляет подчиненное устройство включить эту разницу в полезную информацию FHS пакета, таким образом, мастер знает на каком частотном канале подчиненное устройство «просыпается» в режиме Ожидание вызова после того, как оно покинуло пикосеть
Информация о смещении слота	Ответ на Запрос смещения часов
Запрос информации 0 точности синхронизации	Возвращенные параметры точности синхронизации — это долговременный дрейф, измеренный в ррш и длительные колебания, измеренные в миллисекундах. Они используются в режимах Пауза (Hold), Внимание (Sniff) и Парковка (Park). Эти параметры фиксированы для определенного устройства и не должны изменяться при очередных запросах
Версия LMP	Запрос версии протокола LMP
Поддерживаемые особенности	В результате этого запроса возвращаются типы пакетов контроллера связи и свойства, поддерживаемые модулем Bluetooth
Переключение роли мастер/ подчиненное устройство	Т.к. вызывающие устройства всегда становятся мастерами пикосети, иногда необходимо переключение ролей мастер/подчиненное устройство
Запрос имени	Запрос удобного для пользователя имени, связанного с устройством Bluetooth. Это имя должно состоять максимум из 248 байт, закодированных в соответствии со стандартом UTF-8
Отсоединение	Обрывает соединение между двумя устройствами Bluetooth. Это может быть сделано в любое время либо мастером, либо подчиненным устройством. Параметр «причина» включается в сообщение для информирования другой стороны о причине прекращения связи
Пауза (Hold)	Линия связи между двумя устройствами Bluetooth может быть помещена в режим Hold на определенное время. В течение этого времени, от мастера не будет передано ни одного ACL пакета
Внимание (Sniff)	Переводит устройство в режим с малым рабочим циклом, т.е. предполагается, что подчиненное устройство не всегда отвечает на запросы. Когда линия связи находится в режиме Sniff, мастер может начать передачу только в определенный слот
Парковка (Park)	Если у подчиненного устройства нет надобности участвовать в пикосети, но оно все еще должно быть FH-синхронизировано, оно может быть переведено в режим Park. В этом режиме устройство «оставляет» свое место в пикосети, но все еще ресинхронизируется на канал, «пробуждаясь» в моменты появления радиомаяка, отделенные специальным интервалом
Регулирование мощности	Если значение уровня мощности принятого сигнала слишком сильно отличается от необходимого для устройства Bluetooth значения, оно может запрашивать увеличение или уменьшение уровня мощности передачи другого устройства. После получения этого сообщения выходная мощность увеличивается или уменьшается

Выбор между пакетами DM и DH в зависимости от качества канала	Устройство конфигурировано для постоянного использования DM пакетов (защищенных FEC с коэффициентом 2/3), постоянного использования DH пакетов (не защищенных), или для автоматической регулировки типа своих пакетов согласно качеству канала. Эта команда устанавливает DH
Качество обслуживания (Quality of Service - QoS)	Этой командой устанавливается интервал опроса, который определен как максимальное время между последующими передачами от мастера к конкретному подчиненному устройству. Опрос с заданным интервалом происходит всегда, кроме тех случаев, когда случаются коллизии при вызове, ожидании вызова, запросе и ожидании запроса
SCO линии связи	Устанавливает SCO линии связи, которые резервируют регулярные временные интервалы для обмена данными между модулями. Отрезок времени между этими интервалами называется SCO интервалом
Контроль многослотовых пакетов	Количество слотов, которые использует подчиненное устройство в своем возвратном пакете, может быть ограничено. В этой процедуре мастер позволяет подчиненному устройству использовать максимальное количество слотов
Схема вызова	Устанавливает одну из опциональных схем вызова, которая будет использована в следующий раз при вызове модуля. Вызываемое устройство может принять или отклонить эту схему
Управление линией связи	Эта процедура используется для установки значения времени ожидания (timeout), которое необходимо для контроля существования линии связи

Установка соединения
Когда вызывающее устройство создает соединение, включая уровни выше LM, оно посылает LM запрос на соединение с хостом. Когда другая сторона принимает это сообщение, хост информируется о входящем соединении. Удаленное устройство может принимать или отклонять запрос на соединение. Если LMP-запрос на со­единение с хостом принят, запускаются LMP-процедуры защиты (сопряжение, ау­тентификация и кодирование). Если устройство не собирается инициировать дру­гие процедуры защиты в процессе соединения, высылается сообщение о том, что установка закончена.


Схема установления соединения представлена на рис. 2.24. После того как устройства обменяются этими сообщениями по логическому кана­лу, отличному от LMP, может быть передан первый пакет.
Описание PDU
В этом разделе технических требований представлена подробная таблица прото­кольных единиц обмена протокола управления связью. Для каждой PDU опреде­лены следующие характеристики:
•     Длина (в байтах)
•     Код операции
•     Тип пакета
•     Возможное направление передачи
•     Содержание
•     Местоположение в полезной информации

 


Рис.2. 24. Схема установления соединения
Режимы тестирования
Протокол LMP имеет несколько протокольных единиц обмена для поддержания различных режимов тестирования Bluetooth, которые используются для сертифи­кации и испытания на соответствие Bluetooth-стандартам Радио и Baseband.
Для активизации режима тестирования (РТ) на тестируемое устройство (Device Under Test — DUT) посылаются РТ-сообщения. Тестируемое устройство всегда является подчиненным. Администратор связи устройства должен быть способен получать эти сообщения в любое время. Если активизация режима тестирования

возможна, DUT возвращает сообщение об этом и вводит режим тестирования (рис. 2.25). Когда DUT-устройство ввело режим тестирования, ему посылается LMP команда для того, чтобы начать тестирование.
Обработка ошибок
Если LM принимает PDU с нераспознаваемым кодом операции, то он отклоняет ее. Нераспознанный код операции отправляется назад в ответной PDU. Если LM принимает PDU с недопустимыми параметрами, оно отклоняет его с кодом причи­ны «недопустимые параметры LMP».
Если превышено максимальное время ожидания или обнаружена потеря связи, то сторона, которая ожидает ответа, заключает, что процедура закончилась неудачно.
Так как LMP PDU не интерпретируются в реальном времени, то в случае, если оба LM приступают к выполнению одной и той же процедуры, могут случаться коллизии, и обе процедуры не будут выполнены.


В такой ситуации мастер откло­ няет процедуру, начатую подчиненным устройством, с кодом причины «Ошибка LMP. Коллизия при передаче». После этого выполняется процедура, начатая мас­тером.
2.2.4. L2CAP
Протокол управления логической связью и адаптацией (Logical Link Control and Adaptation Protocol — L2CAP) отвечает за предоставление услуг SCO- и ACL-пе-редачи данных на протоколы высших уровней. L2CAP имеет возможность мульти­плексирования протоколов наряду с сегментацией и реассемблированием больших пакетов данных пользователя. L2CAP позволяет высокоуровневым протоколам и приложениям передавать и получать пакеты данных длиной до 64 кбайт. L2CAP также поддерживает концепцию групповых абстракций. Раздел L2CAP содержит семь подразделов:
1)      Введение
2)  Общий процесс
3)  Конечный автомат
4)  Машина состояний
5)  Сигнализация
6)  Опции параметров конфигурации
7)  Базовые элементы обслуживания
Введение
Этот подраздел технических требований Bluetooth дает обзор протокола управле­ния логической связью и адаптацией. Протокол L2CAP расположен над Baseband протоколом и находится на уровне передачи данных (рис. 2.26). Функции L2CAP:
•     СО- и CL- услуги передачи данных для протоколов высших уровней
•     Мультиплексирование протоколов

•     Сегментация и реассемблирование
•     Групповая абстракция
L2CAP позволяет высокоуровневым протоколам и приложениям передавать и принимать пакеты данных L2CAP длиной до 64 кбайт.

Рис. 2.26. Уровни связи между устройствами Bluetooth


Рис. 2.28. Структура ACL заголовка полезной информации для многослотовых пакетов
2-битное поле логического канала (L_CH), определенное в таблице 2.18, отлича­ет пакеты L2CAP от пакетов LMP. Остальные коды зарезервированы для последу­ющего использования.
Таблица 2.18

L СНкод          Логический канал           Информация Q0                        Зарезервирован                Зарезервирован для последующего использования 01                        L2CAP                               Продолжение пакета L2CAP Ю                      L2CAP                             Начало пакета L2CAP 11                        LMP                                   Пакет LMP

В разделе Baseband определено два типа линий связи: синхронные с установле­нием соединения и асинхронные без установления соединения. SCO линии связи поддерживают голосовой трафик в реальном времени, используя зарезервирован­ную полосу пропускания. ACL линии связи поддерживают трафик на основе мак­симальных усилий (best effort).
Протокол L2CAP определен только для ACL линий связи и не обеспечивает поддержки SCO линий связи.
Для ACL линий связи не допускается использование пакетов AUX1. Этот тип пакетов не поддерживает проверку целостности данных с помощью циклического избыточного кода. Поскольку L2CAP зависит от проверки целостности на baseband уровне, пакеты AUX1 никогда не используются для транспортировки данных L2CAP.

Рис. 2.27. Структура ACL заголовка полезной информации для однослотовых пакетов

Формат ACL заголовка полезной информации рассмотрен ниже. На рис. 2.27 изображен заголовок полезной информации, использующийся для однослотовых пакетов, а на рис. 2.28 изображен заголовок, использующийся для многослотовых пакетов. Разница заключается только в длине поля. Тип пакета (в поле baseband-заголовка; см. раздел Baseband, Пакеты) отличает однослотовый пакет от много-слотового.

В ACL заголовке 1-битное поле Поток управляется контроллером связи и обыч­но его значение равно 1. Его значение равно 0, когда по ACL линии связи больше не будет передаваться L2CAP трафик. Передача пакета L2CAP со значением поля Поток, равным 1, возобновляет поток входящих пакетов L2CAP.
Функциональные требования L2CAP
Функциональные требования L2CAP включают мультиплексирование протоко­лов, сегментацию и реассемблирование (Segmentation and Reassembly - SAR), a также групповое управление. На рис. 2.29 изображено размещение L2CAP в стеке протоколов Bluetooth. L2CAP находится над протоколом Baseband и взаимодейст­вует с другими протоколами, такими как SDP, RFCOMM и TCS.
Реализация L2CAP должна быть приемлемой для устройств с ограниченными вычислительными ресурсами.


Требования к памяти для реализации протокола так­же должны быть сведены к минимуму.
Сложность протокола должна быть приемлема для персональных компьютеров, PDA, цифровых сотовых телефонов, беспроводных гарнитур и других беспровод­ных устройств, поддерживающих Bluetooth. Более того, протокол должен быть раз­работан таким образом, чтобы достигнуть достаточно высокой эффективности ис­пользования полосы частот.
• Мультиплексирование протоколов
L2CAP поддерживает мультиплексирование протоколов, т.к. протокол Baseband не поддерживает поле Тип, распознающее протоколы высших уровней, которые мультиплексируются выше. Baseband мультиплексирует потоки SCO и ACL. Про­токол L2CAP должен мультиплексировать протоколы высших уровней, такие как

протокол обнаружения услуг, RFCOMM и протокол управления телефонией (рис. 2.29). Мультиплексирование протоколов означает направление пакетов дан­ных на соответствующий протокол более высокого уровня.
•  Сегментация и реассемблирование
По сравнению с проводными физическими средами передачи данных, пакеты данных, определенные протоколом Baseband, ограничены'в размере. L2CAP паке­ты большой длины должны быть сегментированы на многочисленные baseband па­кеты меньшей длины до передачи. Подобным образом, принимаемые baseband па­кеты могут быть реассемблированы в один L2CAP пакет после простой проверки целостности. Функциональные возможности сегментации и реассемблирования необходимы для поддержки протоколов, которые используют пакеты, длина кото­рых превышает длину baseband пакетов.
•  Качество услуг
Процесс установления соединения L2CAP позволяет проводить обмен информа­цией относительно качества услуг (QoS), ожидаемого между двумя модулями Bluetooth. Каждая реализация L2CAP должна контролировать ресурсы, используе­мые протоколом.

Рис. 2.29. Схема мультиплексирования протоколов на уровне L2CAP
•  Группы
Многие протоколы используют концепцию группы адресов. Протокол Baseband поддерживает концепцию пикосети, т.е.


группы устройств, синхронно меняющих частоту, используя одни часы. Групповая абстракция L2CAP позволяет проводить эффективное отображение групп протоколов на пикосети.
Следует отметить свойства, которые НЕ поддерживает L2CAP:
•     L2CAP не передает голос, предназначенный для SCO линий связи;
•     L2CAP не выполняет повторные передачи и вычисление контрольной суммы;
•     L2CAP не поддерживает надежного широковещательного канала;
•     L2CAP не поддерживает концепции глобального группового имени.

Обший процесс
Протокол L2CAP базируется на понятии «каналов». Их использование определяет идентификатор канала (Channel IDentifier — CID). Идентификатор канала — это конечная точка канала L2CAP, использующаяся для демультиплексирования вхо­дящего пакета.
Идентификаторы каналов
Идентификаторы от 0x0001 до 0x003F заразервированы для специальных функ­ции. Нулевой идентификатор (0x0000) определен как недопустимый идентифика­тор и никогда не должен использоваться для конечной точки назначения. В табли­це 2.19 приведены другие зарезервированные CID.
Таблица 2.19. Распределения СШ

его	Описание
0x0000	Нулевой идентификатор
0x0001	Канал сигнализации
0x0002	Канал приема без установления соединения
0x0003-0x003F	Зарезервированный
0x0040-0xFFFF	Динамически распределенный

Операции между устройствами
На рис. 2.30 приведен пример использования СШ при связи между соответст­вующими равноправными объектами L2CAP на отдельных устройствах. Ори­ентированные на соединение каналы передачи данных представляют связь между двумя устройствами, где идентификатор канала идентифицирует каж­дую конечную точку канала. Каналы без установления соединения ограничи­вают поток данных до однонаправленного. Эти каналы используются для под­держки «группы» каналов, где СШ на источнике представляет одно или не­сколько удаленных устройств.


Существует также определенное количество CID, зарезервированных для особых целей. Примером зарезервированного ка­нала является канал сигнализации. Этот канал используется для установления каналов передачи данных, ориентированных на соединение, и для определения изменений характеристик этих каналов. Поддержка каналов сигнализации в объектах L2CAP обязательна. Другие СШ зарезервированы для всех входя­щих потоков данных без установления соединения. В примере, приведенном на рис. 2.30, СШ используется для представления группы, состоящей из уст­ройства 3 и устройства 4. Данные, посланные от этого СШ, направляются на Удаленный канал, зарезервированный для потока данных без установления со­единения.
В таблице 2.20 описаны различные каналы и соответствующие идентификаторы источника и пункта назначения.

 

Таблица 2.20
Тип канала	Локальный CID	Удаленный CID
Ориентированный на соединение	Динамически распределенный	Динамически распределенный
Без установления соединения	Динамически распределенный	0х0002(фиксированный)
Канал сигнализации	0x0001 (фиксированный)	0x0001 (фиксированный)

Рис. 2.30. Каналы между устройствами
Диаграмма состояний
В этом разделе описана диаграмма состояний протокола L2CAP для канала с уста­новлением соединения. Диаграмма состояний определяет состояния, события, вле­кущие смену состояний, а также действия, которые должны быть выполнены в от­вет на события. Диаграмма состояний не определена для канала сигнализации и для однонаправленного канала.
Формат пакетов данных
Протокол L2CAP основан на пакетах, но следует модели связи, основанной на каналах. Канал представляет собой поток данных между объектами L2CAP на от­даленных устройствах. Каналы могут быть ориентированными на соединение и без установления соединения. Все поля пакета используют прямой порядок байтов.
Канал ориентированный на соединение
Пакеты данных, ориентированные на соединение, используются для поддержки надежного сеанса связи point-to-point.


На рис. 2.31 изображен формат L2CAP па­кета в канале, ориентированном на соединение.

В пакете определены следующие поля:
•     Длина (16 бит) — указывает размер полезной информации в байтах, исключая
длину заголовка L2CAP. Это поле обеспечивает простую проверку целостности ре-
ассемблированного L2CAP пакета на приемной стороне.
•     ID канала (16 бит) — идентифицирует конечную точку канала назначения пакета.
•     Полезная информация (до 65535 байт) — содержит полезную информацию,
полученную от протокола верхнего уровня (исходящий пакет), или переданную на
протокол верхнего уровня (входящий пакет).
Канал без установления соединения
Пакеты данных без установления соединения поддерживают ненадежные груп­повые связи, которые иногда называются «широковещанием» или многоабонент­ской доставкой сообщений (multicast).
На рис. 2.32 изображена структура CL пакета, который используется для переда­чи данных, ориентированных на группы.

Групповые каналы ненадежны. Протокол L2CAP не гарантирует, что данные, пе­редаваемые группе, достигнут каждого члена этой группы.
Данные, ориентированные на группу, передаются всем членам группы без ис­ключения. Локальное устройство не может быть членом группы.
В пакете определены следующие поля:
• Длина (16 бит) — указывает размер полезной информации, плюс PSM поле (в байтах), исключая длину заголовка L2CAP.

 

•     ID канала (16 бит) — указывает групповой пункт назначения пакета.
•     Мультиплексор протоколов/служб (Protocol/Service Multiplexer — PSM)
(минимум 16 бит) — значения PSM имеют два интервала. Значения первого интер­
вала назначены Bluetooth SIG и служат признаком определенного протокола. Зна­
чения второго диапазона динамически распределены и используются вместе с про­
токолом обнаружения услуг.
•     Полезная информация (до 65535 байт) содержит полезную информацию, ко­


торая должна быть распределена всем членам группы.
Интерфейс групповых служб L2CAP обеспечивает механизм для простого уп­равления группами, включая создание группы, добавление новых членов в группу, исключение членов из группы.
Сигнализация
В этом разделе описаны команды сигнализации, которыми обмениваются два объ­екта L2CAP на удаленных устройствах. Все команды сигнализации передаются на CID 0x0001. Реализация L2CAP определяет адрес устройства Bluetooth, которое передает команды. В одном L2CAP пакете может быть передано несколько команд. На рис. 2.33 изображен общий формат всех команд сигнализации.

Рис. 2.33. Общий формат команд сигнализации, передаваемых между объектами L2CAP на удаленных устройствах
Пакет команд сигнализации содержит следующие поля:
•     Код (8 бит) — определяет тип команды. Если принимающая сторона не рас­
познает поля Код, в ответ посылается пакет, отклоняющий всю команду.
•     Идентификатор (8 бит) — используется для согласования запроса с ответом.
Запрашивающее устройство устанавливает значение этого поля, а отвечающее уст­
ройство использует такое же значение в своем ответе. Для каждой команды должен
использоваться отдельный Идентификатор.
•     Длина (16 бит) — указывает только размер поля данных команды сигнализа­
ции (в байтах). Не включает количество байт в полях Код, Идентификатор и
Длина.
•     Данные (0 и более байт) — это поле с переменной длиной обнаруживается с
помощью поля Длина. Формат поля Данные определяет поле Код.

Опции параметров конфигурации
Опции являются механизмами расширения возможностей, необходимых для вы­полнения различных требований подключения. Опции передаются в форме эле­ментов информации, которые включают тип опции, длину опции, и одно или более поле данных опции (рис. 2.34).
Опция содержит следующие поля:
•    Тип (8 бит) — это поле определяет конфигурируемые параметры.
•    Длина (8 бит) — это поле определяет число байт в полезной информации.


Ес­
ли тип опции не имеет полезной информации, то его длина равна нулю.
•     Данные опции (16 бит) — содержимое этого поля зависит от типа опции.
Типы опций:
•     Модуль максимальной передачи
•     Опция времени ожидания сброса
•     Опция качества обслуживания
Базовые элементы обслуживания
Этот раздел представляет абстрактное описание услуг, предлагаемых L2CAP, на ос­нове базовых элементов и параметров обслуживания. Интерфейс обслуживания ну­жен для тестирования. Интерфейс описан независимо от использования какой-либо определенной реализации. Все значения данных используют прямой порядок байтов.
2.2.5. Протокол обнаружения услуг
Протокол обнаружения услуг (Service Discovery Protocol — SDP) является меха­низмом, посредством которого устройства Bluetooth обнаруживают доступные ус­луги, а также характеристики этих услуг.
Термин «услуги» включает в себя широкий спектр приложений или ресурсов. Доступ к ресурсам может включать информационный доступ к услугам или про­вайдерам услуг.
Услуги могут быть обычными:
•     Печать
•     Поисковая связь
•     Факсимильная связь
Возможны также различные виды доступа к информации:
•     Организация телеконференций
•     Сетевые мосты

•     Точки доступа
•     Возможности электронной коммерции (eCommerce)
Кроме того, существуют другие возможности:
•     Получение доступа к услугам
•     Управление доступом к услугам
•     Рекламирование услуг
Частью функции протокола обнаружения услуг является обеспечение средств обнаружения и получения протоколов, методов доступа, «драйверов», и других ко­дов, необходимых для использования услуг. Кроме того, через этот протокол кон­тролируются другие атрибуты, такие как: управление доступом к услугам, рекла­мирование услуг, выбор между конкурирующими услугами, оплата услуг и т.п.


В разделе SDP интерес представляют следующие подразделы:
1)      Общий обзор
2)  Представление данных
3)  Описание протокола
4)  Определения атрибутов услуг
Общий обзор
Механизм обнаружения услуг предоставляет приложениям клиента средства для обнаружения услуг, предоставленных приложениями сервера, а также атрибутов этих услуг. Атрибуты услуг включают тип или класс услуги, а также механизм или протокол, необходимый для получения и использования услуги.

Рис. 2.35. SDP-взаимодействие клиента и сервера

SDP включает связь между SDP-клиентом и SDP-сервером. Сервер поддержива­ет так называемые записи об услугах, которые описывают характеристики услуг, связанных с сервером. Каждая запись содержит информацию об одной услуге. Кли­ент может получать информацию из записи с помощью SDP-запроса (рис. 2.35).

Если клиент или приложение, связанное с клиентом, решает использовать услу­гу, оно должно создать отдельное соединение с провайдером услуг. SDP обеспечи­вает механизм для обнаружения услуг и их атрибутов (включая протоколы доступа к услугам), но не обеспечивает механизм использования этих услуг.
На каждое устройство Bluetooth приходится не более одного SDP-сервера. (Если устройство Bluetooth работает только как клиент, ему не нужен SDP-cep-вер.) Одно устройство Bluetooth может функционировать и как SDP-клиент, и как SDP-сервер. Если многочисленные приложения на устройстве предостав­ляют услуги, SDP-сервер устройства может работать от лица провайдера этих услуг.
Подобным образом, многочисленные приложения клиента могут использовать SDP-клиент для запроса серверов от лица приложений клиента.
Количество SDP-серверов, доступных SDP-клиенту, может меняться, по мере того как клиент и сервер входят в зону действия друг друга или выходят из нее. Когда сервер становится доступен, потенциальный клиент должен быть уведомлен об этом без использования SDP, для того чтобы он мог использовать SDP для за­проса сервера о его услугах.


Подобным образом, когда сервер покидает зону дейст­вия или становится недоступен по какой-либо причине, SDP не используется для уведомления об этом клиента. Однако, клиент может использовать SDP для запро­са сервера, и если сервер не отвечает на запросы, клиент заключает, что сервер ему недоступен.
Представление данных
Представление данных об атрибутах представляет собой формализованные спи­ски базовых элементов, называемых просто элементами. SDP определяет про­стой механизм для описания значений атрибутов различных типов с любой сложностью. Список атрибутов SDP интересен из-за большого разнообразия классов услуг.
Описание протокола
Протокол обнаружения услуг является простым протоколом с минимальными тре­бованиями к основному транспорту. SDP использует модель запрос/ответ, где каждая транзакция состоит из одного PDU запроса и одного PDU ответа. Однако, нет гарантии, что серии запросов приведут к возвращению ответов в том же самом порядке.
Когда SDP использует транспортный протокол Bluetooth L2CAP, в одном L2CAP пакете может быть передано несколько SDP PDU, но в определенный мо­мент времени только один L2CAP пакет за соединение к данному SDP серверу мо­жет ожидать выполнения. Другими словами, клиент должен получать ответ на каждый запрос до того, как он сделает следующий запрос в этом же L2CAP соеди­нении. Ограничение SDP к передаче одного непризнанного запроса обеспечивает простую форму управления потоком данных.

 

Порядок передачи байтов
Протокол обнаружения услуг передает многобайтовые поля в обратном порядке байтов, при котором сначала передаются наиболее значимые байты, а потом наиме­нее значимые.
Формат PDU
Каждая протокольная единица обмена протокола SDP состоит из заголовка PDU, за которым следуют специальные параметры PDU. Заголовок состоит из трех полей: PDU ID, ID транзакции и длина параметра (рис. 2.36).
Определения атрибутов услуг
В раздел SDP Ядра технических требований Bluetooth включены только классы услуг, которые непосредственно поддерживают SDP-сервер.


Дополнительные классы услуг определены в разделе Профили. Вероятно, что последующие модер­низации технических требований Bluetooth будут иметь дополнительные классы услуг и модификации уже существующих.
Интерфейсы связи
Чтобы усовершенствовать большое количество современных коммуникацион­ных приложений беспроводная технология Bluetooth должна взаимодействовать с существующими структурами протоколов и приложений.
Технические требования Bluetooth описывают четыре адаптации:
1)RFCOMM
2)  Взаимодействие с IrDA
3)  Управление телефонией
4)  Требования к взаимодействию для использования Bluetooth в качестве WAP
bearer1.
2.2.6. RFCOMM
RFCOMM — это последовательный протокол связи. Создатели приложений часто используют этот протокол при проектировании функции, которая использует по­следовательный кабель связи.
'Bearer — однонаправленный канал передачи данных. Совокупность средств передачи информа­ции и среды распространения, используемых в процессе информационного обмена

Протокол RFCOMM обеспечивает эмуляцию последовательных портов по про­токолу L2CAP. Протокол основан на стандарте ETSI TS 07.10.
RFCOMM эмулирует последовательные порты EIA/TIA-232 (ANSI/TIA/EIA-232-F-1997) со встроенной схемой для безмодемной эмуляции. Эмуляция также включает передачу состояния цепи передачи голосовых сигналов. В большинстве систем RFCOMM будет частью драйвера порта, который включает объект эмуля­ции последовательного порта.
Фактическое управление потоком данных между RFCOMM и нижним уровнем L2CAP зависит от конкретной реализации. RFCOMM имеет виртуальный меха­низм управления потоком данных.
Раздел посвященный протоколу RFCOMM заканчивается описанием того, как он должен использоваться для эмуляции последовательных портов различных уст­ройств.
•     Устройства типа 1 — оконечные точки связи, такие как компьютеры и принте­
ры.
•     Устройства типа 2 — часть сегмента связи; например, модемы.


2.2.7. Взаимодействие с IrDA
Беспроводной технологией Bluetooth был принят протокол инфракрасного объект­ного обмена (Infrared OBject EXchange - IrOBEX, сокращенно ОВЕХ). Bluetooth-реализация OBEX предлагает такие же возможности для приложений, как и в ие­рархии протокола IrDA. Он является протоколом высокого уровня, который рабо­тает с абстракциями данных (т.е. объектами).
Целью авторов этого раздела технических требований Bluetooth было продемон­стрировать, что можно разрабатывать приложения, которые хорошо функциониру­ют как РАДИОЧАСТОТНЫЕ и как ИНФРАКРАСНЫЕ средства передачи дан­ных с малым радиусом действия. Каждая среда имеет свои преимущества и недо­статки, и некоторые приложения могут работать в обеих средах.
Этот раздел определяет «точку пересечения», где могут сходиться беспроводная технология Bluetooth и приложения IrDA. Этой точкой пересечения является про­токол ОВЕХ.
Протокол ОВЕХ может передавать объект, используя операции Put и Get. Один объект может быть передан в одном или нескольких запросах Put или ответах Get. Модель оперирует и информацией об объекте (т.е. типом), и непосредственно са­мим объектом.
Существует два метода реализации протокола ОВЕХ в системе Bluetooth. Про­токол ОВЕХ может быть реализован с использованием возможностей, определен­ных протоколом RFCOMM или TCP/IP.
В устройствах Bluetooth при реализации ОВЕХ с использованием RFCOMM Должны быть выполнены следующие требования:
1) Устройство, поддерживающее ОВЕХ, должно быть способно функциониро­вать как клиент, как сервер, или и то и другое.

2)  Все серверы, одновременно функционирующие на устройстве должны ис­
пользовать отдельные каналы RFCOMM сервера.
3)  Приложения (служба/сервер), использующие ОВЕХ, должны быть способны
регистрировать надлежащую информацию в базу данных обнаружения услуг. Эта
информация необходима для различных прикладных профилей, и определена в
технических требованиях каждого профиля.
Для создания надежных услуг, ориентированных на соединение, протоколу ОВЕХ ставится в соответствие протокол TCP/IP.


Этот раздел технических требо­ваний не определяет, как TCP/IP ставится в соответствие беспроводной связи Bluetooth. Устройства Bluetooth, которые поддерживают протокол ОВЕХ по TCP/IP, должны удовлетворять следующим требованиям:
1)      Устройства, поддерживающие ОВЕХ, должны быть способны функциониро­
вать как клиент, как сервер, или и то, и другое.
2)  Для сервера TCP порт с номером 650 назначен агентством по выделению
имен и уникальных параметров протоколов Internet (Internet Assigned Number
Authority — IANA). Если назначенный номер не подходит, номер порта может при­
нимать значение выше 1023. Однако рекомендуется использование номера TCP
порта (650), определенного IANA.
3)  Клиент должен использовать номер порта (на стороне клиента), который на­
ходится вне диапазона 0-1023.
4)  Приложения (служба/сервер), использующие ОВЕХ, должны быть способны
регистрировать надлежащую информацию в базу данных обнаружения услуг.
Технические требования Bluetooth определяют три прикладных профиля, кото­рые используют ОВЕХ (см. Профили):
1)      Профиль синхронизации
2)  Профиль передачи файлов
3)  Профиль помещения объекта в стек
2.2.8. Протокол управления телефонией
Протокол управления телефонией (Telephony Control Specification — TCS), явля­ется бит-ориентированным протоколом. Этот протокол определяет управление сигнализацией вызова для установления сеансов передачи данных и голоса между устройствами Bluetooth. Кроме того, он определяет процедуры управления мо­бильностью при работе с группами TCS-устройств Bluetooth.
Протокол TCS обладает следующими функциональными возможностями:
•     Управление вызовом (Call Control — СС) — сигнализация для установления и
прекращения сеансов передачи голоса и данных между устройствами Bluetooth.
•     Групповое управление (Group Management — GM) — сигнализация для упро­
щения управления группой устройств Bluetooth.


•     TCS без установления соединения (ConnectionLess — CL) — условия для об­
мена сигнальной информацией, не связанной с текущим запросом.
На рис. 2.37 показано положение протокола TCS в стеке протоколов Bluetooth.


Рис. 2.37. Положение протокола TCS в стеке Bluetooth
2.2.9. Требования к взаимодействию для использования Bluetooth в качестве WAP Bearer
Протокол беспроводных .приложений (Wireless Application Protocol — WAP) спро­ектирован для обеспечения доступа в Интернет с устройств, имеющих те или иные ограничения:
•     Полоса рабочих частот канала связи
•     Объем памяти
•     Производительность
•     Возможности отображения
•     Устройства ввода
В этом разделе рассматривается, как беспроводная технология Bluetooth может быть использована как служба Bearer (однонаправленный канал передачи данных), а также определяются SDP записи, позволяющие обнаружение WAP серверов с их оборудованием.
Описываются требования к взаимодействию для использования беспроводной технологии Bluetooth с протоколом point-to-point (PPP) в качестве однонаправ­ленного канала передачи данных для приложений и протоколов WAP.
Среда WAP обычно состоит из трех типов устройств:
1)     WAP клиент
2)  WAP Ргоху/шлюз
3)  WAP сервер
WAP клиент — устройство, которое использует конечный пользователь. Это мо­жет быть портативный компьютер или мобильный телефон. Отличительной осо­бенностью WAP клиента является наличие дисплея и устройства ввода. WAP-кли-ент соединяется с WAP Proxy/шлюзом через беспроводную сеть.
WAP Proxy/шлюз работает как интерфейс между беспроводной сетью и сетью Интернет. Основной функцией модуля доступа (proxy) является обеспечение ус­луг разрешения DNS имен WAP клиенту и преобразование Интернет-протоколов и форматов содержимого в их WAP эквиваленты.

 


В некоторых случаях WAP Proxy/шлюз может включать функциональные воз­можности сервера.


WAP сервер выполняет функцию, идентичную функции сервера в сети Интер­нет. Зачастую, WAP сервер является HTTP сервером.

2.2.10.Интерфейс хост-контроллера Bluetooth
Интерфейс хост-контроллера (Host Controller Interface — HCI) обеспечивает еди­ный интерфейсный метод доступа к возможностям аппаратного обеспечения Bluetooth.
Технические требования интерфейса хост-контроллера точно определяют как логическую, так и физическую работу этого интерфейса.
На рис. 2.39 показано расположение HCI в стеке протоколов Bluetooth.
функциональные технические требования Bluetooth HCI Введение
Интерфейс хост-контроллера является эквивалентом кабеля, который соединяет модем с персональным компьютером. По такому интерфейсу проходят два различ­ных класса информации. Первый — полезная информация, которая распространя­лась бы между хостом и его системой связи, если бы они были в физическом кон­такте (т.е. интегрированы вместе). Второй — информация управления и координа­ции, необходимая для поддержки удаленной физической связи. HCI охватывает оба эти потока связи.
Этот раздел необходим тем специалистам, которые участвуют в согласовании или реализации возможностей связи Bluetooth. Некоторые сигналы и интерфейсы к нижним уровням, описаны только в разделе HCI.
Интерфейс хост-контроллера обеспечивает единый интерфейсный метод полу­чения доступа к возможностям аппаратных средств Bluetooth. Функциональные технические требования обеспечивают:
•     Общий обзор нижних уровней стека программного обеспечения Bluetooth и
аппаратных средств Bluetooth.
•     Обзор транспортного уровня хост-контроллера.
•     Описание управления потоком данных, который используется между хостом и
хост-контроллером.
•     Детали каждой команды HCI (параметры для каждой команды и списки собы­
тий, связанных с каждой командой).
Обзор нижних уровней стека программного обеспечения Bluetooth и аппаратных средств Bluetooth


На рис. 2. 40 изображены нижние уровни стека программного обеспечения Bluetooth. Программно-аппаратное обеспечение HCI выполняет HCI-команды для аппаратного обеспечения Bluetooth, имея доступ к baseband-командам, LM-коман-Дам, регистрам состояния аппаратного обеспечения, регистрам управления и регис­трам событий.
На рис. 2.41 изображена архитектура аппаратного обеспечения Bluetooth.
Контроллер связи состоит из программного и аппаратного обеспечения, которые выполняют baseband-обработку данных, и протоколов физического уровня, таких как ARQ-протокол и FEC-кодирование.


Рис. 2.40. Нижние уровни стека программного обеспечения Bluetooth
CPU-ядро позволяет модулю Bluetooth обрабатывать требования запроса (inquiry) и вызова (page) без привлечения хост-устройства. Хост-контроллер мо­жет быть запрограммирован на ответ определенными page-сообщениями и аутен-тифицировать удаленные линии связи.
Обзор транспортного уровня HCI

Рис. 2.41. Аппаратная архитектура Bluetooth

Между HCI драйвером и HCI контроллером находится транспортный уровень. На ноутбуке, например, этим транспортным уровнем может быть PC-карта или уни­версальная последовательная шина.

Транспортный уровень хост-контроллера описан для каждой физической среды в следующих трех разделах технических требований:
•     Транспортный уровень HCI USB;
•     Транспортный уровень HCI RS23;
•     Транспортный уровень HCI UART.
Управление потоком
Управление потоком данных используется в направлении от хоста к хост-контролле­ру. Оно позволяет избежать заполнения буфера данных хост-контроллера ACL-дан­ными, предназначенными для удаленных устройств, которые не отвечают на запросы.
HCI команды
Интерфейс хост-контроллера обеспечивает единый командный метод доступа к возможностям аппаратного обеспечения Bluetooth. Команды связи HCI дают воз­можность хосту контролировать соединения с другими устройствами Bluetooth на канальном уровне.


Эти команды обычно включают LM для обмена LMP-команда-ми с удаленными устройствами Bluetooth.
2.2.11. Транспортный уровень HCI USB

Рис. 2.42. Взаимосвязь между хостом и радио модулем Bluetooth

В этом разделе рассматриваются требования к интерфейсу универсальной последователь­ной шины (Universal Serial Bus — USB) для аппаратных средств Bluetooth. Предполагает­ся, что читатели знакомы с интерфейсом USB, проблемами конструкции USB, усовер­шенствованным интерфейсом конфигурирования системы и управления энергопитанием (Advanced System Configuration and Power Interface — ACPI), полной архитектурой Bluetooth, основами радио интерфейса, и с интерфейсом хост-контроллера Bluetooth. На рис. 2.42 приведена взаимосвязь между хостом и радио модулем Bluetooth.


Аппаратное обеспечение USB может быть реализовано двумя путями:
•     Как USB адаптер (рис. 2.43);
•     Интегрировано в материнскую плату ноутбука.

Рис. 2.43. Bluetooth USB адаптер компании Bluetake
2.2.12. Транспортный уровень HCI RS232
Цель транспортного уровня HCI RS232 состоит в том, чтобы сделать возможным использование интерфейса хост-контроллера Bluetooth по одному физическому ин­терфейсу RS232 между хостом Bluetooth и хост-контролером Bluetooth (рис. 2.44).

Рис. 2.44. Интерфейс между хостом и хост-контроллером Bluetooth (уровень HCI RS232)
2.2.13. Транспортный уровень HCI UART
Цель транспортного уровня универсального асинхронного приемопередатчика (Universal Asynchronous Receiver Transmitter — UART) HCI состоит в том, чтобы сделать возможным использование Bluetooth HCI по последовательному интер­фейсу между двумя UART на одной печатной плате (рис. 2.45). Транспортный уро­вень UART HCI предполагает, что UART-связь не имеет линейных ошибок. Этот раздел описывает транспортный уровень UART (между хостом и хост-контролле­ром). Через этот уровень проходят HCI пакеты, содержащие команды, события и данные, но уровень не декодирует их.



2.2.14. Тестирование
Режим тестирования поддерживает тестирование передатчика и приемника Bluetooth. Это предназначено главным образом для сертификации и испытания на соответствие стандартам Радио и Baseband.
Режим тестирования спроектирован таким образом, что он не дает доступа к данным пользователя. Это сделано из соображений безопасности, для того чтобы гарантировать, что никто не сможет включить испытательный режим устройства Bluetooth и получить доступ к данным, минуя всю защиту.
Тестированию посвящены три раздела технических требований:
•     Режим тестирования Bluetooth;
•     Требования на соответствие стандартам;
•     Интерфейс управления тестированием.
Режим тестирования Bluetooth
Тестирование протокола используется, для проверки функциональных возможнос­тей на самых нижних уровнях для всех приложений, компонентов и изделий Bluetooth. Это испытание на соответствие нужно для того, чтобы полностью прове­рить функционирование устройства Bluetooth.
Установка для тестирования состоит из тестируемого устройства (DUT) и тесте­ра (при желании, может использоваться дополнительное измерительное оборудо­вание). Тестер и DUT формируют пикосеть, где тестер действует как мастер и име­ет полный контроль над процедурой тестирования. Тестируемое устройство дейст­вует как подчиненное. Контроль производится по воздушному интерфейсу с ис­пользованием команд протокола управления связью. Схема режима тестирования изображена на рис. 2.46.
Режим тестирования — это специальное состояние модели Bluetooth. Из сообра­жений защиты, устройство в режиме тестирования не может поддерживать «нор­мальную работу». В этом состоянии не могут быть отправлены или получены дан­ные пользователя. Это делается для того, чтобы обезопасить, т.е. исключить не­санкционированное вхождение в режим тестирования и получения нежелательно­го доступа к информации.
Когда DUT-устройство выходит из режима тестирования, оно входит в режим ожидания (Standby).


После отключения питания, устройство Bluetooth должно вернуться в режим ожидания.
2.2.15. Требования на соответствие стандартам
Группа Bluetooth SIG имеет подписанное соглашение, по которому на все изделия, Удовлетворяющие техническим требованиям, выдается лицензия.
В этом разделе приведен обзор требований и программа квалификации Bluetooth. Программа квалификации — это процесс проверки изделия на соответ­ствие техническим требованиям Bluetooth.
В программе квалификации задействованы следующие объекты:

 


Рис. 2.46. Алгоритм режима тестирования
•     Аналитический совет программы квалификации Bluetooth (BQRB);
•     Администратор квалификации Bluetooth (BQA);
•     Квалификационное испытательное оборудование Bluetooth (BQTF);
•     Квалификационная группа Bluetooth (BQB).

Рис. 2.47. Схема квалификационного процесса

Схема квалификационного процесса Bluetooth изображена на рис. 2.47.

2.2.16. Интерфейс управления тестированием
jCo всем приложениям, компонентам и изделиям Bluetooth применяются аттеста­ционные испытания.
Интерфейс управления тестированием (Test Control Interface — TCI) Bluetooth используется при проверке выполнения протокольных требований Bluetooth для приложений, компонентов или изделий Bluetooth. Таким образом, интерфейс TCI используется для проверки реализованных функциональных возможностей следу­ющих уровней:
•     Baseband;
•     LMP;
•     L2CAP;
•     HCI, если производитель требует поддержки HCI.
2.3.

Синхронизация данных

Устройства Bluetooth могут выполнять отправку сообщений на устройства, кото­рые выключены или находятся в спящем режиме. Например, когда сотовый теле­фон получает сообщение, оно может быть отправлено на портативный компьютер, даже если он выключен и упакован в чехол. Таким образом, технология Bluetooth

может использоваться для синхронизации данных между различными портатив­ными устройствами.

•  Обмен файлами

При посещении выставки или презентации необязательно уносить в руках боль­шое количество печатных материалов (прайс-листов, пресс-релизов и т.п). Доста­точно переписать себе на мобильное устройство с поддержкой Bluetooth любую интересующую информацию, чтобы потом дома с ней разобраться. Подобным об­разом может производиться и обмен электронными визитными карточками между ноутбуками или PDA пользователей.

•  Сканеры

Экономичность и малые габариты модулей Bluetooth позволяют встраивать их в миниатюрные устройства. Например, шведская компания С Tech предлагает уст­ройство Magic Stick, которое совмещает некоторые функции портативного ком­пьютера и сканера (рис. 4.4). Устройство Magic Stick включает 5 модулей: процес­сор, память, батарею, фотокамеру и модуль Bluetooth. В зависимости от решаемой задачи модули можно заменять, превращая Magic Stick в цифровую камеру, сканер или компьютерное перо, которое можно использовать еще и в качестве «мыши». Благодаря поддержке Bluetooth считываемые сканером имена, адреса и телефоны можно передавать в записную книжку PDA, сотового телефона или настольного компьютера, отсканированные URL можно передавать непосредственно на брау­зер, а сделанные фотографии сохранять в виртуальном альбоме. Двусторонние сло­вари позволяют переводить отсканированный текст, например, с английского на русский, и наоборот.

Рис. 4.4. Устройство Magic Stick, поддерживающее беспроводную технологию Bluetooth

• Электронные книги

С появлением электронных книг, появится возможность получать электронные версии печатных изданий из сети Интернет от online-нродавцов и загружать их на настольный или портативный компьютер.
Таким образом, компьютер становится электронной библиотекой, из которой можно выбирать и записывать определен­ные электронные книги. Через библиотекаря (управляющая программа для работы с библиотечными материалами), который хранит книги на компьютере, можно пе­редавать электронные книги (а также собственные документы), на специальное портативное устройство, имеющее функцию электронной книги (еВоок). С помо-

щью электронных книг, оснащенных беспроводной технологией Bluetooth (рис. 4.5), можно проводить обмен книгами между устройствами, просто помещая электронную книгу в зону действия компьютера, на котором находится электрон­ная библиотека.

не. 4.5. Устройство PDA компании FIC, имеющее функцию еВоок

• Беспроводная печать

Рис. 4.6. Цифровая камера Sony DSC-FX77, оснащенная Bluetooth модулем

Беспроводная печать является типичным сценарием использования Bluetooth в домашней или офисной среде. По радиоканалу Bluetooth цифровая фотокамера может передавать фотографии прямо на принтер для распечатки. Кроме того, фо­токамера может отправлять отснятые изображения на рабочую станцию для редак­тирования или на сотовый телефон, через который фотография может быть от­правлена по электронной почте. Компанией Sony создана цифровая камера DSC-FX77 с Bluetooth модулем (рис.4.6), позволяющая передавать изображения на рас­стояния до 10 метров.



Рис. 4.7. Точка доступа BlueStation-VlOO компании ClipComm

Кроме того, в зоне действия сотовой сети доступ в Интернет может осуществ­ляться через мобильный телефон, который передает данные на ноутбук или PDA по интерфейсу Bluetooth.

Для доступа к корпоративным файлам и базам данных разработаны специаль­ные точки доступа Bluetooth для корпоративных сетей. Этот сценарий может осо­бенно эффективно использоваться для доступа к базам данных на промышленных предприятиях, в медицинских учреждениях, торговых залах и других местах, где требуется сбор и обработка большого количества одновременно измеряемых пара­метров.

Рис. 4.8. Ручной компьютер Palm m500

Американская компания Red- M развернула беспроводную сеть Bluetooth в Уни­верситетской клинике (Universitaetsklinik) немецкого города Майнц. Сеть прове­дена в отделении нейрохирургии и позволяет врачам вводить информацию о паци­ентах в базу данных клиники, используя ручные компьютеры на базе Palm (рис. 4.8) и программное обеспечение, разработанное немецкой фирмой ш-Creations. Технология Bluetooth призвана облегчить труд врачей, которые по не­мецким законам обязаны записывать диагнозы и процедуры, назначаемые каждому пациенту, согласно международным классификационным кодам, хранящимся в ба­зе данных клиники (система SAP R/3). До введения сети Bluetooth в эксплуата­цию врачи вручную искали и записывали эти коды, которые потом вводились в систему. С помощью Bluetooth любая информация о пациентах получается и отоб­ражается на экранах ручных компьютеров обслуживающего персонала. Сетевая инфраструктура Red-M полностью функциональна и не мешает работе медицин­ского оборудования [38].



4.7. Bluetooth

Системы оплаты

Рис. 4.14.

tc. 4.13. Устройство RoadSnoop

С использованием технологии Bluetooth возможно беспроводное соединение мо­бильных телефонов и других видов портативных устройств, например, с бензоко­лонкой. Таким образом, при заказе необходимого количества бензина определен-

Рис. 4.15. Крепление устройства RoadSnoop

ной марки стоимость бензина автоматически снимается со счета кредитной карты через телефон покупателя. Беспроводная технология Bluetooth может быть ис­пользована подобным образом для оплаты проезда по железной дороге, на метро, на других видах общественного транспорта; при покупке товаров в супермаркете, билетов в кинотеатр, проходе на выставку, в музей, оплаты за парковку. При этом экономится время покупателей [42].

Бензоколонки под управлением Windows СЕ, созданные компанией Tokheim (рис. 4.16), снабжены передатчиками Bluetooth и подключены к центральному серверу, что обеспечивает автоматическую беспроводную оплату топлива, напри­мер, при помощи сотового телефона. Кроме модулей колонки имеют встроенный 10-дюймовый ЖК-дисплей и выход в сеть Интернет, благодаря чему автомоби­листы могут быстро узнать, как проехать в нужное место, а коммивояжеры, на­пример, получить по электронной почте последний прайс-лист фирмы перед ви­зитом к клиенту. Эта система протестирована компанией Mobil в ее системе SpeedPass.

4.12. Ограничение использования мобильных телефонов

Беспроводная технология Bluetooth может предложить совершенно новые возмож­ности, такие как автоматическое уменьшение громкости звонка или полное выклю­чение сотовых телефонов, как только пользователь входит в так называемую «зону молчания». Удобство сотовых телефонов неоспоримо, но иногда телефон может за­звонить во время деловой встречи, религиозной службы, или торжественного ме­роприятия, причиняя при этом беспокойство окружающим. Беспроводная техно­логия Bluetooth может использоваться для ограничения использования сотовых телефонов в определенных «зонах молчания», позволяя пользователю держать свой сотовый телефон под рукой, не беспокоясь, что он неожиданно зазвонит, а ор­ганизаторы деловых встреч и театральных представлений смогут, таким образом, обеспечить комфортную обстановку [43].

Рис. 4.16. Бензоколонки Tokheim, оснащенные технологией Bluetooth

Компания BlueLinx Inc., новатор беспроводных технологий, предлагает устрой­ство, которое предотвращает телефонные звонки в тех общественных местах, где они нежелательны — в театрах, ресторанах и т.д. Устройство Q-zone использует беспроводную технологию Bluetooth для создания специальных областей, где элек­тронные устройства подают все звуковые сигналы на самом низком уровне громко­сти. Q-zone автоматически изменяет установки сотового телефона или любого дру­гого малогабаритного электронного устройства на использование самых тихих звонков или виброзвонков, при вхождении в определенную область, и восстанав­ливает все установки при выходе из этой области. Оно работает через систему уз­лов, установленных на всей площади «зоны молчания». Эти узлы формируют бес­проводную сеть ближнего действия, которая позволяет обеспечить связь между различными устройствами.

4.13. Мобильная электронная коммерция

Беспроводная технология Bluetooth будет играть ключевую роль в электронной коммерции. Скоро можно будет избежать похода в магазин, а имея доступ в Интер­нет через мобильный телефон в любой точке мира, заказать и оплатить товары и услуги. Некоторые мобильные телефоны уже имеют SIM-карты, которые могут выполнять электронную оплату и хранить электронные деньги. Технология Bluetooth позволяет считывать информацию с SIM-карты, не извлекая ее из теле­фона или другого портативного устройства [42].

На рис. 4.17 а, б представлен мобильный телефон Nokia 6310. Меню приложения «Кошелек» состоит из трех модулей: «Карты», «Личные заметки» и «Настройки». Специальный PIN-код призван сохранить в безопасности личную информацию владельца «кошелька», например, сведения о кредитных картах, необходимые для оплаты через Интернет.

 

Ericsson и Visa International относятся к числу компаний, которые разрабатыва­ют платежные решения для покупки товаров и услуг через сеть Интернет с помо­щью мобильных устройств, включая сотовые телефоны и портативные компьюте­ры.


Эти две компании разработали ряд платежных решений, которые используют несколько дополнительных открытых стандартов, таких как Bluetooth, протокол беспроводных приложений (WAP), а также протокол защиты электронных плате-жей (Secure Electronic Transaction — SET) и протоколы Europay-Master-Card-Visa (EMV) для различных рыночных приложений.



Используя новые решения мобильной электронной коммерции, различные ком-анпп смогут раскрыть дополнительные аспекты деловой деятельности, которые 6уДУт быстро увеличиваться по мере появления новых портативных беспроводных устройств. Это будет способствовать развитию приложений, таких как автоматы для продажи газет, билетов, напитков, а также торговых терминалов, счетчиков оп­латы за парковку и т.д.

4.14. Резюме

Очевидно, что использование беспроводной технологии Bluetooth возможно во многих областях жизнедеятельности. Благодаря тому, что все устройства Bluetooth работают по единому стандарту и полностью совместимы между собой вне зависи­мости от производителя, можно создать гибкую беспроводную среду Bluetooth для каждого конкретного приложения.

На последних страницах книги приведен перечень компаний, занимающихся разработкой различных приложений Bluetooth [24]: инфраструктуры для беспро­водного доступа, различных Bluetooth-адаптеров, беспроводной телефонии, меди­цинского оборудования, систем hands-free и многого другого.

Рис. 4.17 а,б. Мобильный телефон Nokia 6310

Протокол защиты электронных платежей был разработан компанией Visa совме­стно с другими компаниями как открытый глобальный стандарт для обеспечения безопасной электронной коммерции. Основанная на кодировании технология, раз­работанная компанией RSA Data Security, позволяет владельцам кредитных карт и лицам, занимающимся оптовыми продажами, использовать программное обеспече­ние кодирования и идентификации, что позволяет владельцам кредитных карт от­правлять их номера по сети Интернет в качестве оплаты.

Протоколы Europay-Master-Card-Visa определяют использование специальных чипов в международных платежных системах.



Согласно прогнозам, в ближайшие десять лет при доступе в Интернет потреби­тели будут все больше использовать мобильные телефоны и другие малогабарит­ные портативные устройства. Это значит, что банки Visa смогут предложить вла­дельцам кредитных карт надежные платежные решения для покупки товаров и ус­луг в режиме on-line с помощью мобильного телефона.

Раздел 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

5.1.  Будущее технологии Bluetooth

В заключение рассмотрим возможные направления дальнейшего развития беспро­водной технологии Bluetooth [1, 18].

Специальная рабочая группа Bluetooth SIG разрабатывает новые профили, а также новые возможности для изделий, которые используют беспроводную техно­логию Bluetooth.

При создании версии 1.1 технических требований, рабочая группа Bluetooth SIG сосредоточилась на создании сценариев замены кабеля. Разработка профилей для более «продвинутых» моделей использования была преднамеренно отложена. Это позволило ускорить выпуск технических требований Bluetooth 1.1. Активно ведет­ся разработка новых профилей, спецификации которых доступны на официальном сайте Bluetooth SIG (www.bluetooth.com).

Профили Bluetooth 1.1 не раскрывают полный потенциал, которым обладает технология так как новые разработки порождают новые приложения для техноло­гии.

5.2.  Новые рабочие группы и профили

При разработке технических требований Bluetooth 1.1 было определено несколько важных моделей использования, но в процессе развития технологии появилось не­сколько новых идей, и соответственно, новых моделей использования. Специаль­ная рабочая группа инициировала создание нескольких новых рабочих групп для развития этих моделей использования, большинство из которых приведет к созда­нию новых профилей. Эти рабочие группы будут работать в трех ключевых облас­тях: коррекция и преобразование технических требований Bluetooth 1.1; разработ­ка дополнительных профилей; развитие и усовершенствование функций Радио и Baseband.

Одним из основных требований для всех новых рабочих групп является условие совместимости с техническими требованиями Bluetooth 1.1.Именно поэтому боль­шинство разработок и дополнений в технические требования Bluetooth 2.0 вопло­тятся в профили: профили обеспечивают путь к внедрению новых функций и воз­можностей, не затрагивая уже существующие. Все профили, кроме профиля обще-

го доступа (GAP), являются опциональными. Протоколы в Ядре технических тре­бований существенно не изменятся. В некоторых случаях могут быть разработаны дополнительные возможности, но большая часть изменений и дополнений в техни­ческих требованиях Bluetooth 2.0 придется на профили.

5.3.

Совместная работа групп пользователей

Со специальным программным обеспечением для ноутбуков и PDA можно исполь­зовать перо на устройстве ввода для того, чтобы снабжать комментариями доку­менты PowerPoint, Excel, Word, фотографии в формате JPEG или другие приложе­ния Windows. Все отметки, сделанные пером на устройстве передаются по посто­янному (online) беспроводному соединению другим устройствам, организуя совме­стную работу группы пользователей. Изменения остаются на экране, позволяя со­хранять документ на каждом устройстве или отправлять его по электронной почте. Так как в силу своих размеров, офисные помещения позволяют использование беспроводной технологии Bluetooth, различными компаниями разрабатываются изделия для совместной работы групп пользователей. Электронная ручка ChatPen СНА-30 от Ericsson «оцифровывает» рукописный текст (рис. 4.3). Она совместима со стандартами Bluetooth и GPRS. ChatPen СНА-30 позволяет передавать текст на сотовые телефоны, портативные компьютеры, PDA или отправлять их в Интернет. Это устройство очень удобно при совместной работе с большой аудиторией. Вы­ступающий поясняет свои слова, делает пометки, пишет, рисует схемы на специ­альном листе, при этом слушатели наблюдают его манипуляции на экранах своих электронных устройств.

не. 4.3. Электронная ручка ChatPen CHA-30

4.5.

Список литературы

[I] Muller, NathanJ., Bluetooth Demystified. New York: McGraw-Hill, 2001.

[2] Jennifer Bray, Charles F. Stutman, Bluetooth - Connect Without Cables, Prentice

Hall PTR, 2000.

[3] Golio, Michael, Ed., Modern Microwave and RF Handbook. Boca Raton, FL: CRC

Press, 2000.

[4] Wi-Fi (802.1 lb) and Bluetooth Coexistence Issues and Solutions for the 2.4GHz

ISM Band, Mattew B. Shoemake, Texas Instruments.

[5] The Physiological Effects of 2.4 GHz Frequency Hopping Radios. Michael K.

Dempsey, Hewlett Packard Company, 1998.

[6] Bluetooth Security, Tula T. Vainio, Department of Computer Science and

Engineering, Helsinki University of Technology, 2001.

[7] www.irda.org

|8| www.3com.com/bluetooth

[9] William H. Tranter, Theodore S. Rappaport, Brian D. Woerner, Jeffrey H. Reed

Wireless Personal Communications: Bluetooth Tutorial and Other Technologies,

Kluwer Academic Publishers, 2000.

[10] www.homerf.org

[II] Scientist tips features of Bluetooth 2.0, Junko Yoshida, Electronic Engineering
Times, June, 2002.

[12] Ben Thacker, The Bluetooth Report 2001, Visiongain, 2001.

[13] Dee Dee M. Bakker, Diane McMichael Gilster, Ron Gilster, Bluetooth End to End,

Hungry Minds, 2002.

[14] Bluetooth 2002, Micrologic Research's newest study of the worldwide Bluetooth

market, Micrologic Research, 2002.

[15] Архипкин В.Я., Архипкин А.В. Технология Bluetooth, ИТЦ «Мобильные

Коммуникации», 2002.

[16] Siep, Tom, How to Find What You Need in the Bluetooth? Spec. New York:

Standards Information Network, IEEE Press, 2000.

[17] Specification of the Bluetooth System, Bluetooth Special Interest Group, 2001.

[18] Miller, Brent A., Bisdikian, Chatschik, Bluetooth Revealed. Upper Saddle River, NJ:

Prentice-Hall, 2001.

[19] www.bluetooth.com

[20] Архипкин В.Я., Технология Bluetooth в России. Сборник докладов

Международного семинара «Европейское сотрудничество в области развития

мобильной персональной связи», 2002.

[21] FSK Transceiver Serves Bluetooth, Don Keller, Microwaves & RF, 2001.

[22] www.ericsson.com/bluetooth

[23] www.palowireless.com/bluetooth

[24] www.bluetoothweb.com

[251 www.rangestar.com

[26] www.kosantenna.com

[27] Less Air Time Saves Bluetooth Power, John Milios, Semtech Corp., 2001.

[28] Andreas Lerg, Wireless Networks: LAN and Bluetooth, Data Becker, 2002.

[291 Enhancing ISM Band Performance Using Adaptive Frequency Hopping, Eric

Meihofer, Motorola, 2001.

[30] 802.11 and Bluetooth Coexistence Techniques, Tim Godfrey, Intersil, December

2002.

[311 Integration Lowers Cost Of Bluetooth Designs, Wilfried Blaesnerl, Philips

Semiconductors, 2001.

[32 ] www.semiconductors.philips.com

[33] Голубой Зуб от Philips, Компоненты и Технологии, Станислав Дидилев, 2001.

[34] Архипкин В.Я. «Bluetooth в России», Мобильный Мир №3, 2002.

[35] Mike Miller, Discovering Bluetooth, Sybex Incorporated, 2001.

[36] Jennifer Bray, Brian Senese, Bluetooth Applications Developer's Guide, Syngress

Publishing, 2001.

[371 Bluetooth and Bluetooth Internet Access Points, Pico Communications, 2002.

[38] Bluetooth Brings Mobility in Health Care, Daniel Beaumont, Planet Wireless,

2002.

[39] Bluetooth for Industry, Mats Andersson, The Industrial Ethernet Book, September

2002.

[40] Wireless Communication in Telemedicine using Bluetooth and 802.1 lb. Magnus

Berggen, Department of Information Technology, Uppsale University, 2001.

[41] www.motorola.com/bluetooth

[421 Bluetooth. The Wireless e-Commerce Opportunity, Mattew Sorell, 2001.

[43] Robert Morrow, Bluetooth Operation and Use, McGraw-Hill Professional, 2002.

 


Архипкин Владимир Яковлевич, 1946.

Кандидат технических наук, с.н.с. Генераль­ный директор ООО «Кедах Электронике Инжиниринг». Основное направление дея­тельности: разработка систем и устройств передачи информации по каналам связи, ци­фровая обработка сигналов.

Редактор В. Я. Архипкин

Художник обложки В. И. Винин

Компьютерная верстка О. В. Шахова

Информационно-технический центр «Мобильные коммуникации». 125252, Москва, ул.


Куусинена, 19А, оф. 48.

Тел./факс: (095) 943-3460. Издательская лицензия ЛР № 065980 от 29.06.98.

Подписано в печать с оригинал-макета

Формат 70x100/16. Бумага офсетная № 1. Гарнитура «Петербург» Печать офсетная. Объем 15,5 уч.-изд. л. Заказ № 2002-12.

 


Архипкин Андрей Владимирович, 1981

Сотрудник ООО «Кедах Электронике Инжиниринг». Область научных интересов: стандарты и оборудование для беспроводной передачи данных, цифровая обработка сиг­налов.

Отзывы о данной книге просьба отправлять автору по адресу: Россия, 125252, Москва, ул. Куусинена, 21-Б.

В автомобиле

Беспроводная технология Bluetooth делает доступным широкий спектр цифровых устройств для беспроводного обмена информацией в пределах автомобиля — всё от сотовых телефонов и пэйджеров до портативных компьютеров.

Фирмой Motorola создана система Bluetooth CarKit (рис. 4.11), которая автома­тически распознает мобильный телефон и взаимодействует с большинством авто­мобильных аудиосистем. Во время входящего звонка система выключает звук ав­томагнитолы и голос звонящего транслируется через автомобильные колонки. Для исходящих вызовов может использоваться голосовой набор.

Рис. 4.12. Система Bluetooth CarKit компании Motorola

Система устанавливает беспроводную голосовую связь с сотовым телефоном, предоставляя возможности hands-free и громкой связи. Система Bluetooth CarKit совместима со всеми мобильными телефонами, оснащенными радиосвязью Bluetooth. Небольшая панель управления может размещаться, например, на «тор­педе» автомобиля [41].

Это и другие изделия от разных производителей могут сделать любой сотовый телефон Bluetooth телефоном hands-free, без дорогой установки в салон автомоби­ля. Так как все изделия Bluetooth совместимы между собой, они могут подбираться для использования в автомобиле, независимо от модели, марки, производителя и операционной системы.

Кроме того, при внедрении технологии Bluetooth внутрь некоторых запасных ча-I стей автомобиля, появляется возможность самодиагностики автомобиля с опове­щением водителя обо всех неполадках.

Финская компания Nokian Tyres, производящая автопокрышки, создала устрой­ство RoadSnoop, которое уведомляет водителя о падении давления в шинах (рис. 4.13). Шины снабжаются датчиками, регистрирующими давление в них, и эти данные передаются либо на специальный монитор, установленный в поле зрения водителя, либо на его мобильный телефон с поддержкой Bluetooth (рис. 4.14).

Устройства крепятся к диску колеса при помощи ленточных хомутов, не влияю­щих на балансировку (рис. 4.15). После выполнения шиномонтажных работ и уста­новки нормального давления в шине система запомнит его в качестве эталонного. Ее питание осуществляется от батареи, которой хватает на пять лет. Срок службы самих датчиков — около 10 лет.

Кроме того, RoadSnoop может быть интегрирована в общую систему безопаснос­ти автомобиля, что сулит еще более заманчивые перспективы. К тому же, пользу­ясь возможностью связи с сетью Интернет, система может напомнить о сезонной смене резины, а также подсказать правильные параметры давления в зависимости от загрузки автомобиля.

4.11.

В промышленности

Современные программные и аппаратные средства для систем контроля и управле­ния предоставляют новые возможности для автоматизации на фабриках, заводах по производству материалов, переработке отходов и т.д [39].

В различных отраслях промышленности технология Bluetooth может эффектив­но использоваться для сбора, хранения и обработки данных, характеризующих ос­новные аспекты деятельности предприятия, обеспечивая их оперативное предо­ставление ведущим сотрудникам. Такими данными могут быть, в частности, сведе­ния о состоянии производственных процессов, диспетчерские сводки, плановые и финансовые показатели.

Примером может служить комплекс «Сибинтек-мобильный офис», установлен­ный на Куйбышевском нефтеперерабатывающем заводе. Ядром системы является выделенный сервер с защищенным доступом в Интернет. Сервер обеспечивает прием и архивирование данных, поступающих как от системы управления деятель­ностью предприятия, так и от комплекса автоматизации технологических процес­сов. Вся необходимая для поддержки решений информация передается по локаль­ной сети из подобных систем на центральный сервер. Клиентскими устройствами сети служат мобильные телефоны и PDA, связь с которыми осуществляется на ба­зе технологии Bluetooth. Для взаимодействия с мобильными абонентами использу­ется сеть GSM/GPRS.

Компания Oceana Sensor Technologies разработала систему, позволяющую заме­нить кабели, соединяющие сенсоры с системой сбора и обработки данных. Специ­альный модуль Oceana ICHM 20/20 (рис. 4.9) принимает сигналы от сенсоров тем­пературы, давления, перемещения и вибрации, конвертирует аналоговые сигналы в цифровые и передает их по радиолинии Bluetooth на приемник, который с помо­щью проводного соединения может быть подключен к контрольно-измерительным приборам, программируемому логическому устройству управления, распределен­ной системе управления или другим системам.

Рис. 4.9. Модуль Oceana ICHM 20/20

Подобные сенсорные системы могут найти применение в следующих отраслях промышленности:

• Управление производственным процессом

•     Нефтеочистительные заводы

•     Заводы по производству целлюлозы и бумаги

•     Шахты, рудники

•     Производство и распределение электроэнергии

•     Обработка и распределение воды

•     Обработка сточных вод

•     Вентиляция и кондиционирование воздуха

Эта и другие системы позволяют разворачивать распределенные беспровод­ные сенсорные сети, в которых показания сенсоров температуры, давления, виб­раций, перемещений, а также газоанализаторов, химических и магнитных датчи­ков передаются через Bluetooth-узлы на мобильные терминалы обслуживающе­го персонала, на базы данных в стационарных компьютерах, или на систему уп­равления.

Особенно эффективно беспроводные сенсорные сети будут использоваться на различных подвижных платформах, конвейерах, вращающихся установках, т.е. там, где прокладка проводов затруднена или невозможна.

4.8. Bluetooth в медицине

Такие характеристики технологии Bluetooth, как экономичность, малогабарит-ность компонентов, гибкость и простота интеграции позволяют разрабатывать ши­рокий спектр приложений для медицины [38, 40].

Специалисты шведского технологического университета в г. Лулео сконструи­ровали датчики для измерения артериального давления и частоты пульса. Для пе­редачи результатов измерений используется технология Bluetooth. Сигналы датчи­ков передаются на компьютер, где происходит обработка данных и откуда, в случае необходимости, посылается сигнал медсестре или врачу. Такая система применима для больных, нуждающихся в постоянном наблюдении. Этот способ ухода за боль­ными позволяет справиться с возникающими проблемами на ранней стадии их воз­никновения.

Компания Orvitus, крупный производитель медицинского оборудования, разра­ботала устройство MobiMed с поддержкой технологии Bluetooth (рис. 4.10).


Это устройство позволяет измерять такие параметры состояния пациента как кровяное давление, электрокардиограмма (ЭКГ), частота пульса и степень насыщения крови кислородом. Оно состоит из двух частей: миниатюрного компьютера с програм­мным обеспечением MobiMed и измеряющего модуля (датчика), который фикси­рует параметры пациента. Обычно в таких системах один или несколько датчиков соединяются с компьютером с помощью провода. В приборе, разработанном компа­нией Orvitus, проводное соединение заменено радио линией Bluetooth.

Главным преимуществом такой системы является то, что она позволяет наблю­дать за состоянием пациента, предоставляя последнему полную свободу передви­жения, что было невозможно при использовании соединительных кабелей.



Рис. 4.10. Измеряющий модуль MobiMed компании Orvitus

Подобным образом различные медицинские приборы могут быть подключены к настольным или портативным компьютерам медицинского персонала. Беспровод­ной мониторинг с использованием технологии Bluetooth позволяет проводить мгновенный сбор данных о состоянии пациентов, и их обработку для принятия бы­строго решения.

Подобные системы найдут применение не только в больничных палатах, опера­ционных, машинах скорой помощи, но и позволят проводить полноценное диагнос­тическое обследование в домашних условиях, не мешая пациенту заниматься при­вычными делами. В этом случае параметры пациента могут передаваться в клини­ку по сети Интернет.

Предполагаемый контингент:

•    Здоровые люди, заботящиеся о своем здоровье;

•    Пожилые и престарелые;

•    Работники, нуждающиеся в периодическом контроле состояния здоровья;

•    Люди с хроническими сердечно-сосудистыми и респираторными заболеваниями;

•    Стационарные больные, переведенные на амбулаторный режим.

Создание центров удаленного мониторинга позволит сократить срок пребывания больных в стационаре, вследствие чего уменьшатся расходы на здравоохранение.



4.9. Bluetooth в доме

Радиус действия устройств, использующих беспроводную технологию Bluetooth, позволяет эффективно использовать их в пределах квартиры или частного дома.

Компанией ClipComm разработано решение BlueStation-A100 (рис. 4.11).

BlueStation-АЮО — это функциональный телефон с дополнительными возмож­ностями Bluetooth-точки доступа к LAN и PSTN. BS-A100 позволяет сотовому те­лефону или PDA, оснащенному Bluetooth, работать как PSTN телефон. Базовая станция BS-A100 также предоставляет мобильным устройствам, находящимся в зоне действия, простой, конфиденциальный и высокоскоростной доступ к домаш­ней локальной сети и глобальной сети Интернет.

BS-A100 предназначается для персонального использования в домашней среде. Эта базовая станция просто заменяет существующую настольную беспроводную телефонную станцию, позволяя использовать сотовый телефон в качестве порта-

тивного радиоудлинителя. При этом не требуется оплачивать звонки сотовому опе­ратору. Личная информация, (такая как содержимое телефонной книги) в мобиль­ном устройстве может быть синхронизирована с BS-A100, что освобождает от ее повторного введения. При регистрации нового телефонного номера его можно ис­пользовать и на сотовом телефоне, и на BS-A100.

Устройство BS-A100 также выполняет функции точки доступа Bluetooth, кото­рая позволяет организовать беспроводное соединение мобильных терминалов с LAN и xDSL-модемами, кроме того BS-A100 имеет Ethernet-интерфейсы 10/100 Base-T и поддерживает соединения point-to-multipoint.



Рис. 4.11. BlueStation-AlOO компании ClipComm

4.10. Bluetooth

Настоящая книга посвящена одной из

ВВЕДЕНИЕ
Настоящая книга посвящена одной из наиболее динамично развивающихся бес­проводных технологий связи, получившей широкую известность в мире как Bluetooth технология. Книга адресована самому разнообразному кругу читателей: «обывателям», желающим понять «проблему», инженерам-проектировщикам, ко­торые найдут в книге конкретные технические характеристики и алгоритмы рабо­ты или будут ориентированы к интересующим их разделам технических требова­ний, а также инженерам-интеграторам, которые используют технологию Bluetooth для создания конкретных технических систем.
1.1.

Заимствованные протоколы

Технические требования Bluetooth используют несколько существующих протоко­лов, которые применяются для различных целей на высших уровнях [1].

2.3.1. Point-to-Point

Беспроводная технология Bluetooth использует протокол point-to-point (PPP), разработанный проблемной группой проектирования Интернет (Internet Engineering Task Force — IETF). Протокол РРР должен работать «поверх» RFCOMM. Соединения point-to-point служат средством, позволяющим переме­щать IP-пакеты с уровня РРР на уровень локальных сетей. Такие соединения ис­пользуются при получении доступа в сеть Интернет через модем на основе комму­тации, или через маршрутизатор по выделенной линии. Протокол point-to-point имеет три основных составляющих.

Инкапсуляция

Инкапсуляция — это метод, используемый многоуровневыми протоколами, суть которого заключается в том, что каждый уровень добавляет свой заголовок в про­токольную единицу обмена (PDU).

Протокол РРР обеспечивает средство для инкапсулирования дэйтаграмм2 через последовательные линии связи и предоставляет протокол инкапсуляции через бит-ориентированные синхронные линии связи и через асинхронные линии связи с во-вемью битами данных и без контроля на четность. Эти линии связи полнодуплекс-Ные, но могут быть выделенными или с коммутацией каналов. Протокол point-to-point использует высокоуровневый протокол управления линией связи (High-level Data Link Control — HDLC) в качестве основы для инкапсуляции. Инкапсуляция  также предусматривает мультиплексирование различных протоколов сетево-

Дэйтаграмма — это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без Установления соединения.

го уровня одновременно через одну линию связи. Это дает общее решение для про­стых соединений между большим количеством хостов, мостов и маршрутизаторов.

Протокол управления линией связи

Протокол управления линией связи (Link Control Protocol — LCP) PPP обеспечи­вает метод для установления, конфигурирования, управления и завершения одно­ранговой связи.
Протокол LCP включает четыре фазы:

• Установление связи и согласование конфигурации. Перед тем, как можно бу­
дет поменять любую дэйтаграмму сетевого уровня (например, IP), протокол LCP
должен установить связь и согласовать конфигурирующие параметры. Эта фаза за­
вершается, когда конфигурирующий опознавательный пакет будет отправлен и по­
лучен обратно.

•     Определение качества передачи. Протокол LCP предусматривает фазу опре­
деления качества передачи, следующую сразу за фазой установления связи. На
этой фазе тестируется канал и определяется достаточно ли его качество для работы
протокола сетевого уровня.

•     Согласование конфигурации протокола сетевого уровня. Как только LCP за­
вершает фазу определения качества передачи, могут быть сконфигурированы про­
токолы сетевого уровня из семейства протоколов управления сетью.

•     Прекращение передачи. Протокол LCP может прекратить передачу в любое
время. Это может быть сделано по запросу пользователя, но может также произой­
ти по причине физических нарушений, таких как потеря несущей или отключение
таймера.

Протокол управления сетью

Использование линий связи point-to-point может создать дополнительные пробле­мы с сетевыми протоколами. Например, распределение и управление IP адресами, проблемы даже в среде LAN, особенно сложны по линиям связи point-to-point с коммутацией каналов. Эти проблемы решаются с помощью семейства протоколов управления сетью (Network Control Protocol — NCP).

В беспроводных сетях Bluetooth протокол point-to-point работает «поверх» RFCOMM для обеспечения последовательных линий связи point-to-point, напри­мер, между подвижными устройствами и точками доступа к LAN. Протокол РРР является средством, позволяющим забирать IP пакеты на/из РРР уровень и пере­давать их на LAN, например, для предоставления пользователю доступа к корпора­тивной электронной почте.

2.3.2. TCP/UDP/IP

Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol — TCP), протокол передачи дейтаграмм пользователя (User Datagram Protocol — UDP) и Интернет-протокол (Internet Protocol — IP) определены IETF и используются для связи по се­ти Интернет.


Они относятся к числу самых используемых протоколов. Эти протоко-

лы используются многочисленными устройствами, такими как настольные компью­теры, ноутбуки, принтеры, портативные компьютеры, мобильные телефоны и т.д.

Протокол управления передачей

Протокол управления передачей — это ориентированный на соединение протокол сквозной передачи данных, который приспособлен для уровневой иерархии прото­колов, которые поддерживают многосетевые приложения. Протокол TCP отправ­ляет данные, полученные в форме IP-дейтаграмм или пакетов на приемный хост. Кроме того, протокол TCP определяет процедуры для деления потока данных на пакеты, восстанавливая их в правильном порядке для получения исходного потока данных на приемной стороне, и запрашивая повторную передачу для замены про­пущенных или поврежденных пакетов. Так как пакеты обычно доходят по сети Ин­тернет до пункта назначения различными путями, они приходят в разное время и не по порядку. Все пакеты временно сохраняются, пока не придут запоздавшие па­кеты, тогда они могут быть собраны в правильном порядке. Если полученный па­кет поврежден, он отвергается, и в ответ на запрос о повторной передаче повреж­денный пакет высылается повторно.

Протокол передачи дейтаграмм пользователя

Тогда как протокол TCP предполагает гарантированную доставку, протокол UDP только передает отдельные сообщения на IP для передачи на основе максимальных усилий. Так как протокол IP не обладает высокой надежностью, нет гарантии кор­ректной доставки данных. Тем не менее, протокол UDP очень удобен для опреде­ленных типов связи, таких как быстрый поиск баз данных. Например, система имен доменов (Domain Name System — DNS) состоит из набора распределенных баз дан­ных, которые предоставляют услуги, которые проводят соответствие между упро­щенными доменными именами и их IP адресами. Протокол UDP подходит для про­стого обмена сообщениями между приложениями и этими сетевыми ресурсами.

Интернет-протокол

Интернет-протокол доставляет дэйтаграммы между различными сетями через мар­шрутизаторы, которые обрабатывают пакеты при передаче от одной автономной системы (Autonomous System — AS) на другую.


Каждое устройство в автономной системе имеет уникальный IP адрес. Протокол IP добавляет свой собственный за­головок и контрольную сумму для того, чтобы данные были направлены правиль­но. Этот процесс поддерживается наличием направляющих корректирующих сооб­щений, которые хранят таблицы адресов на каждом маршрутизаторе. В зависимос­ти от набора подсетей, включенных в домен управления, используется несколько типов корректирующих сообщений. Таблицы маршрутизации регистрируют раз­личные узлы в подсети, а также маршруты между узлами. Если пакет данных слишком велик для принятия узлом назначения, он будет сегментирован на мень­шие пакеты с помощью высокоуровневого протокола TCP.

Реализация этих стандартов техническими требованиями Bluetooth позволяет организовать связь с другими устройствами, подключенными к сети Интернет. Ус­тройство Bluetooth, будь то сотовая гарнитура или точка доступа к LAN, использу­ется как «мост» в Интернет. Протоколы TCP, IP и РРР используются для всех мо­делей использования «мост в Интернет». Протоколы UDP, IP и РРР также могут выполнять роль транспортного механизма для протокола беспроводных приложе­ний (WAP).

2.3.3. ОВЕХ

IrOBEX (сокращенно — ОВЕХ) является протоколом сеансового уровня, разрабо­танным ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA). Его це­лью является поддержка простого, поэтапного обмена объектами. Протокол ОВЕХ, обеспечивающий функциональность, сходную с протоколом передачи гипертексто­вых файлов (HyperText Transfer Protocol — HTTP), использует модель клиента-сервера, не зависит ни от транспортного механизма, ни от транспортного API-ин­терфейса. Наряду с самим протоколом — «грамматикой» для ОВЕХ-переговоров между устройствами — ОВЕХ дает также модель для представления объектов и операций. Кроме того, ОВЕХ определяет оглавление папок, которое используется для просмотра содержимого папок, находящихся на удаленных устройствах.

К устройствам, использующим протокол ОВЕХ, относятся мобильные телефо­ны, PDA, портативные сканеры и т.д.


На рис. 2. 48 изображен портативный сканер Capshare 910 компании Hewlett-Packard, который может передавать документы на мобильные телефоны через ОВЕХ, и отправлять их на другие устройства, такие как факсы или устройства для чтения электронной почты.

Рис. 2.48. Портативный сканер Capshare 910 компании Hewlett-Packard

2.3.4. WAP

Протокол беспроводных приложений (WAP) является стандартом для беспровод­ного доступа к информационным и сервисным ресурсам Интернет с цифровых уст­ройств, таких как сотовые телефоны, PDA и т.д. К наиболее распространенным ин­формационным службам, доступных с помощью WAP, относятся новости, курс ак­ции, прогноз погоды, расписание полетов и корпоративные извещения. Специаль­ные Web-сайты, называемые WAP порталами, специально форматированы для пре-

доставления такого рода информации и услуг. Обычно потребителями информации WAP порталов являются пользователи сотовых телефонов, PDA и ноутбуков.

На рис. 2.49 изображен мобильный телефон Sony-Ericsson T68i, поддерживаю­щий протоколы WAP, Bluetooth.



Рис. 2.49. Мобильный телефон Sony-Ericsson T68i

Обычно, эти устройства имеют маленькие экраны, поэтому информация должна быть представлена в формате «no-frills» (без излишеств). Кроме того, пропускная способность ограничивает современные услуги сотовой связи, поэтому информа­ция должна быть оптимизирована для портативных устройств. Для получения ин­формации в такой форме Web-сайты оснащены упрощенной версией языка HTML, которая называется WML (Wireless Markup Language — язык разметки для беспро­водных систем). Язык WML предназначен для создания Интернет страниц с син­таксисом, соответствующим спецификации XML3.

Достоинство WAP заключается в том, что он охватывает многочисленные стан­дарты воздушных линий связи (airlink) и, в соответствие с традициями Интернет, позволяет издателям содержимого и разработчикам приложений не беспокоиться о специальном механизме доставки. Архитектура WAP определена на основе сете­вых протоколов, форматах содержимого и общих служб.


Этот подход приводит к гибкой архитектуре «клиент-сервер», которая может быть реализована различны­ми способами, а также обеспечивает взаимодействие и мобильность в сетевых ин­терфейсах. На рис. 2.50 изображен стек протоколов WAP.

WAP решает проблему использования Интернет-стандартов, таких как HTML, HTTP, TLS и TCP в мобильных сетях. Эти протоколы неэффективны, требуют пе­редачи большого количества преимущественно текстовых данных. Web-содержи­мое, написанный с помощью HTML как правило не может быть эффективно отоб­ражено на малогабаритных экранах миниатюрных мобильных телефонов и пэйд-Жеров.

3 XML - Extensible Markup Language — расширяемая спецификация языка, предназначенного Для создания Интернет страниц



Рис. 2.50. Стек протоколов WAP

Более того, HTTP и TCP не оптимизированы для неустойчивого покрытия, дли­тельных задержек и ограниченной пропускной способности, свойственных беспро­водным сетям. HTTP переводит свои заголовки и команды в неэффективный текс­товый формат, вместо сжатого двоичного формата. Беспроводные службы, исполь­зующие эти протоколы, зачастую медленны, дорогостоящи и сложны в использова­нии. Использование стандарта защиты TLS также проблематично, так как клиент и сервер обмениваются большим количеством сообщений.

WAP оптимизирован для решения всех этих проблем. Он использует двоичную передачу для большего сжатия данных и оптимизирован для длительных задержек и невысокой пропускной способности. WAP-сеансы справляются с неустойчивым покрытием и могут работать по самым различным беспроводным транспортам, ис­пользуя протокол IP где возможно, а другие оптимизированные протоколы, где ис­пользование IP невозможно. Язык WML, используемый при создании WAP-содер-жимого, позволяет оптимально использовать малогабаритные экраны и допускает простое управление одной рукой, без полной клавиатуры; он имеет возможность расширения от двухстрочного текстового дисплея до цветных графических диспле­ев, которыми обладают смарт-телефоны и коммуникаторы.



Существуют две причины, по которым WAP подходит для среды Bluetooth: до­ставка информации и скрытое вычисление (hidden computing). При передаче ин­формации, с использованием беспроводной технологии Bluetooth, WAP клиент об­наруживает наличие WAP сервера, используя протокол обнаружения услуг (SDP). При обнаружении услуг определяется адрес WAP сервера. Когда клиент получает адрес, он устанавливает соединение с сервером и может получать доступ к инфор­мации или услугам, предоставленных этим сервером на основе операций push/pull. Кодирование и аутентификация обеспечиваются протоколом защиты уровня бес­проводной передачи (Wireless Transport Layer Security — WTLS), который служит

д,1Я защиты конфиденциальности приложений электронной коммерции и скрытых вычислений.

Скрытое вычисление — это способность получать доступ и управлять функцио­нальными возможностями компьютера с равноправных мобильных устройств. Скрытые вычисления могут использоваться в таких приложениях как киоски в аэ­ропортах, торговых центрах и других общественных местах, где пользователи пор­тативных устройств могут покупать товары, заказывать билеты и т.д.

2.3.5. WAE

WAP приложения построены в среде беспроводных приложений (Wireless Application Environment — WAE), которая строго следует модели доставки Web-содержимого, но с добавлением функций шлюза. На рис. 2.51 сопоставляются тра­диционная Web-модель и WAE-модель. Все содержимое определено в форматах, подобных стандартным Интернет-форматам, и транспортируется с использовани­ем стандартных протоколов, принятых во «всемирной паутине», наряду с исполь­зованием оптимизированных HTTP-подобных протоколов в беспроводной среде (т.е. WAP). Архитектура разработана с учетом того, что мобильные терминалы имеют ограниченный объем памяти и возможности процессора. Поддержка сетей с низкой пропускной способностью и большими задержками также включена в архи­тектуру. Там где существующие стандарты не подходят вследствие уникальных особенностей малогабаритных беспроводных устройств, WAE модифицирует стан­дарты, не теряя преимуществ Интернет технологии.


Основные элементы модели WAE:

•  Агент пользователя - Эти программные компоненты на стороне клиента
обеспечивают конечному пользователю специальные функциональные возможнос­
ти. Примером агента пользователя является браузер (программа ускоренного про­
смотра), который выводит на экран содержимое, загружаемое из сети Интернет. В
этом случае, агент пользователя интерпретирует содержимое сети, полученное по
унифицированному  указателю  информационного  ресурса  (Uniform  Resource
Locator - URL). WAE включает агентов пользователя для двух основных типов
стандартного содержимого: кодированный язык разметки для беспроводных сис­
тем (WML) и компилируемый WML-скрипт (Wireless Markup Language Script -

WMLScript).

•  Генераторы содержимого - Приложения или услуги на сервере, которые мо­
гут принять форму CGI-скриптов (Common Gateway Interface - общий шлюзовой
интерфейс), которые создают стандартные форматы содержимого в ответ на запрос-
агентов пользователя на мобильном терминале. WAE не определяет какого-либо
определенного генератора содержимого, так как ожидается, что в будущем их коли­
чество сильно увеличится.

•  Стандартное кодирование содержимого — Это кодирование содержимого поз­
воляет агенту пользователя WAE (например, браузеру) легко управлять Web-co-
Держимым. Стандартное кодирование содержимого включает сжатое кодирование



Рис. 2.51. Стандартная модель доставки Web-содержимого (сверху) и модель WAE (снизу)

для WML, кодирование байт-кода (машинно-независимый код, генерируемый Java-компилятором) для WMLScript, стандартные форматы изображений, а также заимствованные форматы деловых и календарных данных (vCard и vCalendar).

• Приложения беспроводной телефонии (Wireless Telephony Applications -WTA) — Этот набор дополнений (предназначенных для телефонии) обеспечивает механизмы управления вызовом и функциональными возможностями, позволяя пользователям получать доступ и взаимодействовать с мобильными телефонами для приложений «телефонная книга» и «календарь».



WMLScript является упрощенным процедурным языком подготовки сценариев, основанным на JavaScript. WMLScript улучшает стандартные возможности про­смотра и презентации WML с поведенческими характеристиками. Например, при­кладной программист может использовать WMLScript для проверки достовернос­ти данных, введенных пользователем, до того, как они отправляются на сетевой

сервер, предоставлять пользователям доступ к возможностям устройств и перифе­рийному оборудованию, и взаимодействовать с пользователем без двукратного об­ращения к сетевому серверу.

Кроме WML и WMLScript, поддерживаются другие форматы содержимого для WAP- Это vCard, vCalendar, vMessage и vNote. Эти и другие компоненты являются частью среды беспроводных приложений.

2.3.6. Форматы содержимого

VCard и vCalendar являются открытыми спецификациями, разработанными орга­низацией Versit Consortium, которые в настоящее время контролируются консор­циумом почты Интернет (Internet Mail Consortium — IMC), а его дальнейшая раз­работка производится проблемной группой проектирования Интернет. Эти специ­фикации определяют формат электронных визитных карточек и содержимого пер­сонального календаря и расписания, соответственно. vCard и vCalendar не опреде­ляют никакого транспортного механизма. Они определяют только формат, в кото­ром передаются данные между устройствами.

vCalendar

Спецификация vCalendar определяет транспортно- и платформо- независимый формат для обмена календарной информацией и информацией о расписании. Фор­мат vCalendar (рис. 2.52) включает информацию о событиях и сообщениях, обычно используемых приложениями, такими как личная информационная система (Personal Information Manager — PIM) и программы группового планирования.

Формат vCalendar обеспечивает совместимый и простой способ обмена инфор­мацией. Базовый набор свойств vCalendar включает такие расширенные свойства как присоединение элементов, звуковые и e-mail напоминания, классификация со­бытий.


К элементам, которые могут быть присоединены к событию, относится эле­ктронная визитная карточка отправителя, называемая vCard. Кроме того, техниче­ские требования vCalendar обеспечивают взаимодействие между различными при­ложениями календаря и расписания для планирования встреч через Интернет или корпоративные сети. С принятием специальной рабочей группой Bluetooth этого протокола, vCalendar может выполнять свои функции внутри пикосети.

vCard

vCard является открытой спецификацией, разработанной организацией Versit Consortium, одновременно с vCalendar. Ответственность за разработку и поддерж-КУ vCard сейчас возложена на консорциум почты Интернет (IMC). vCard исполь­зуется в таких приложениях как Интернет почта, голосовая почта, Web-браузеры, Телефония, центры обработки вызовов, видеоконференции, PIM, PDA, пэйджеры, °фисное оборудование и смарт-карты. Информация vCard не ограничивается про­стым текстом, и может включать такие элементы как картинки, логотипы компа­ний и ссылки на Web-страницы.



Рис. 2.52. Формат vCalendar

vCard содержит в себе важные справочные данные, такие как имя, адреса (рабочий, домашний, электронный), телефонные номера (домашний, рабочий, мобильный), факс, пэйджер, ISDN, голос, данные, видео, ссылки на Web-страницы (рис. 2.53).



Рис. 2.53. Формат vCard

Все vCard могут также содержать графику и мультимедийные данные, включая фотографии, логотипы компании и аудио-клипы. Информация о географических и временных зонах, представленная в vCard, позволяет определить время, когда можно звонить абоненту. vCard также поддерживает большое количество языков.

Спецификация vCard является транспортно- и ОС- независимыми, таким обра­зом, пользователь может установить программное обеспечение для vCard на любом компьютере. Разные программы хранят vCard по-разному. Некоторые позволяют «перетаскивать» пиктограмму vCard в программы, другие требуют, чтобы vCard

была сохранена на диске, а потом импортирована в нужную программу. Формат vCard позволяет обмениваться визитными карточками, передавая информацию по линиям связи Bluetooth.


Все участники деловой встречи смогут автоматически по­лучить необходимую информацию.

vMessage и vNote

Два других формата содержимого, которые передаются протоколом ОВЕХ, — это форматы vMessage («сообщение») и vNote («заметка»). Они также являются от­крытыми стандартами и используются для обмена сообщениями и замечаниями. Они определены в спецификации инфракрасной технологии для связи с подвиж­ными объектами (IrMC). Там же определен формат журнальных файлов, который необходим для синхронизации данных между отдельными устройствами.

2.3.7. Резюме

Протоколы Bluetooth способствуют быстрому развитию различных приложений. Нижние уровни стека протоколов разработаны с целью обеспечения гибкой осно­вы для дальнейшего развития протоколов. Другие протоколы, такие как RFCOMM, заимствованы и незначительно модифицированы для Bluetooth. Про­токолы высших уровней, такие как WAP, используются без изменений. Таким об­разом, существующие приложения могут использоваться для работы с беспровод­ной технологией Bluetooth, не препятствуя взаимодействию.

Целью технических требований Bluetooth является развитие взаимодействую­щих приложений, нацеленных на различные модели использования. Использова­ние беспроводной технологии Bluetooth с возможностями современных компьюте­ров и коммуникационных устройств создает поистине неограниченные возможнос­ти для новых беспроводных приложений.

2.4. Профили

Специальная рабочая группа Bluetooth определила различные модели использова­ния, каждая из которых сопровождается профилем. Профили определяют протоко­лы и функции, которые поддерживают определенные модели использования. Если устройства от различных производителей соответствуют одному профилю, опреде­ленному в технических требованиях Bluetooth, они смогут взаимодействовать.

Профили определяют специальные сообщения и процедуры, используемые для выполнения определенной функции. Функции могут быть обязательными, допол­нительными или условными.


Одинаковые функции одинаково работают в любом устройстве, вне зависимости от производителя.

Четыре общих профиля являются базовыми и применяются для различных мо­делей использования. Это профиль общего доступа, профиль последовательного порта, профиль приложения обнаружения услуг и профиль общего обмена объек­тами. Остальные профили применяются непосредственно для определенных моде­лей использования [17, 18].

2.4.1. Профиль общего доступа

Профиль общего доступа (Generic Access Profile — GAP) определяет общие про­цедуры для обнаружения устройств Bluetooth, а также процедуры управления свя­зью между устройствами. Таким образом, главной целью этого профиля является описание использования нижних уровней стека протоколов Bluetooth — LC и LMP. В этом профиле также определены процедуры, связанные с секретностью, в которых начинают действовать высшие уровни — L2CAP, RFCOMM и ОВЕХ.

Профиль общего доступа описывает работу устройств, находящихся в режиме ожидания (Standby) и соединения (Connection). Это, в свою очередь, гарантирует, что между устройствами Bluetooth всегда могут быть установлены линии и каналы связи. Если устройства работают одновременно в соответствии с несколькими про­филями, GAP описывает механизмы управления всеми ими.

Профиль общего доступа определяет общие процедуры для обнаружения имен, особенностей и основных возможностей устройств Bluetooth, которые поддаются обнаружению. Устройство, поддающееся обнаружению, готово установить соеди­нение и принять запросы на обслуживание от других устройств. Даже если два уст­ройства Bluetooth не имеют общего приложения, они должны быть способны свя­заться друг с другом для определения своих возможностей. Если два устройства от разных производителей имеют общие приложения, установление соединения не будет затруднено только потому, что производители решили по-разному назвать основные возможности Bluetooth па уровне пользовательского интерфейса, или потому что эти изделия выполняют основные процедуры в разной последователь­ности.



Устройства Bluetooth, которые не соответствуют какому-либо другому профи­лю, должны по крайней мере соответствовать GAP. Это гарантирует их взаимодей­ствие и совместимость со всеми устройствами Bluetooth, независимо от того, какие типы приложений они поддерживают. Устройства, которые соответствуют другому профилю Bluetooth, могут использовать адаптации общих процедур так, как это определено этим профилем. Однако они должны быть совместимы с GAP на уров­не общих процедур. На рис. 2.54 изображена связь профиля общего доступа с дру­гими профилями Bluetooth.

2.4.2. Профиль последовательного порта

При использовании беспроводной технологии Bluetooth с целью замены кабеля, для получения канала, ориентированного на соединение, используется профиль последовательного порта (Serial Port Profile — SPP). Этот профиль основан на про­филе общего доступа (GAP) и определяет то, как устройства Bluetooth могут быть настроены для эмулирования последовательного кабельного соединения с исполь­зованием RFCOMM, транспортного протокола, который эмулирует последова­тельный порт RS-232 между двумя равноправными устройствами (рис. 2.55). RFCOMM используется для передачи пользовательских данных, модемных сигна­лов управления и команд задания конфигурации. Сеанс RFCOMM происходит в



Рис. 2.54. Связь профиля общего доступа с другими профилями Bluetooth

канале L2CAP. Подразумевается, что соединение происходит по последовательно­му кабелю, который эмулируется с помощью этого профиля.

Любое устройство может использовать для связи с другим устройством вирту­альный последовательный порт с передачей управляющих сигналов интерфейс с RS-232 вместо физического последовательного кабеля.

Рис. 2.55. Модель эмуляции последовательного кабельного соединения

При простой конфигурации последовательного порта, в которой два компьютера соединены эмулированным последовательным кабелем (рис. 2.56), одно устройст-



Инициатор

Рис. 2.56. Два компьютера, один из которых выполняет роль инициатора, а другой роль получателя при установлении последовательного кабельного соединения



во берет инициативу создания соединения с другим устройством. Такое устройство называется инициатором, а другое получателем. Когда инициатор начинает уста­новление связи, выполняются процедуры обнаружения услуг для установления эмулированного последовательного кабельного соединения.

Согласно этому профилю, поддерживаются скорости передачи данных до 128 кбит/сек. Хотя технические требования Bluetooth описывают соединение двух устройств с помощью эмулированного последовательного порта в конфигурации point-to-point, ничто не препятствует многократному одновременному использова­нию SPP на одном устройстве для создания нескольких соединений. В таких слу­чаях устройства могут выступать даже в двух различных функциях (инициатора и получателя) одновременно. В этом профиле не определяется фиксированных ро­лей мастер/подчиненное устройство, так как предполагается, что устройства рав­ноправны.

Поддержка функций секретности авторизации, аутентификации и кодирования необязательна. Однако устройство должно поддерживать соответствующие проце­дуры секретности, если этого требует равноправное устройство. Соединение в про­филе последовательного порта используется не явным образом, поэтому поддержа­ние связи не обязательно.

2.4.3. Профиль приложения обнаружения услуг

Профиль приложения обнаружения услуг (Service Discovery Application Profile SDAP) описывает процедуры и функции, используемые для обнаружения услуг, зарегистрированных на других устройствах Bluetooth, а также для получения ин­формации об этих услугах. Стандартные процедуры помогают пользователям обна­ружить и идентифицировать услуги, которые могут быть предоставлены устройст­вами Bluetooth.

В этом профиле используются только каналы, ориентированные на соединение. Кроме того, не используется широковещание L2CAP. До того как какие-либо два устройства Bluetooth смогут обмениваться информацией друг с другом, они долж­ны быть включены и инициализированы. Инициализация может требовать предо-




ставления персонального идентификационного номера (PIN) для создания ключа связи, необходимого для авторизации устройства и кодирования данных. После ус­тановления линии связи может потребоваться обнаружение BD_ADDR другого модуля Bluetooth посредством процедур запроса (inquiry) и вызова (paging).

Рис. 2.57. Стек протоколов Bluetooth для профиля приложения обнаружения услуг

Протокол обнаружения услуг, включенный в стек протоколов, используется для обнаружения услуг, которые могут предоставить устройства Bluetooth, на­ходящиеся в зоне действия, а также услуг, доступных через эти устройства. По-с ме создания линии связи, услуги могут быть обнаружены, и одна или несколько из них могут быть выбраны через интерфейс пользователя. Хотя протокол обна­ружения услуг не непосредственно включен в организацию доступа к опреде­ленной услуге, он облегчает доступ путем привлечения локального стека Bluetooth для доступа к требуемой услуге. В отличие от других профилей, где обмен данными по обнаружению услуг происходит из-за необходимости переме­щать услугу, этот профиль требует, чтобы обнаружение услуг было затребовано пользователем.

 


2.4.4. Профиль общего обмена объектами

Профиль общего обмена объектами (Generic Object Exchange Profile — GOEP) оп­ределяет модели использования обмена объектами, включая профиль передачи файлов, профиль помещения объекта в стек и профиль синхронизации. Самые рас­пространенные устройства, которые используют эти модели, это ноутбуки, PDA, с март-телефоны и мобильные телефоны, использующие беспроводную технологию

Bluetooth.

Профиль GOEP обеспечивает полное взаимодействие для прикладных профилей, использующих протокол ОВЕХ и определяет требования к взаимодействию нижних уровней стека протоколов (т.е. Baseband и LMP) для прикладных профилей.

Профиль GOEP определяет использование клиент-серверного протокола ОВЕХ, заимствованного у IrDA, который позволяет приложениям обмениваться данными непосредственно, без использования протокола IP.



Протокол ОВЕХ предоставляет услуги обмена объектами, подобно протоколу передачи гипертекстовых файлов (HTTP), который используется в сети Интернет. Однако ОВЕХ работает для многих устройств, которые не могут предоставить не­обходимые ресурсы, требуемые HTTP-сервером. Главное преимущество ОВЕХ за­ключается в поддержке приложений «Push» запись в стек, и «Pull» записи из стека, что позволяет установить своевременную и эффективную связь между портатив­ными устройствами в динамической среде.

ОВЕХ не ограничен быстрыми сценариями «соединение-передача-разъедине­ние». Возможны длительные сеансы связи, при которых соединение поддерживает­ся даже когда в этом нет необходимости. Это значит, что ОВЕХ может использо­ваться для выполнения сложных задач, таких как передача баз данных и синхрони-


Рис. 2.58. Обычный сценарий обнаружения услуг, в котором компьютер посылает запросы услуг различным удаленным устройствам. Компьютер получит назад ответы на запросы услуг от SDP сервера одного или нескольких устройств

Протокол SDP поддерживает запросы следующих услуг:

•     Поиск по классу услуги

•     Поиск атрибутов услуг

•     Просмотр услуг

Первые два типа запросов используются при поиске определенных услуг и предоставлении пользователю ответов на следующие вопросы: «Доступна ли ус­луга X?» или «доступна ли услуга X с характеристиками 1 и 2?» Просмотр услуг используется для поиска общих услуг и предоставляет пользователю ответы на следующие вопросы: «Какие услуги доступны?» или «Какие услуги типа X до­ступны?» При совершении какого либо из этих запросов услуг необходимо, что­бы устройства сначала были обнаружены, чтобы была установлена линия связи, и только потом запрашиваются услуги, которые поддерживаются этими устрой­ствами.

Рис. 2.59. Протоколы и объекты, используемые в профиле общего обмена объектами

зация. Он спроектирован для обеспечения межплатформенного взаимодействия.


Протокол ОВЕХ компактный, гибкий, открытый (наращиваемый), минимизирует нехватку ресурсов небольших устройств.

Профили для моделей использования

Далее описаны профили, имеющие модели использования. Специальная рабочая группа Bluetooth SIG определила различные модели использования, каждая из ко­торых поддерживается определенным профилем, который определяет протоколы и функции, необходимые для реализации каждой модели использования.

2.4.5. Профиль внутренней связи

Профиль внутренней связи (InterCom Profile — ICP) поддерживает модели ис­пользования, которые требуют прямой линии связи для передачи речи между устройствами Bluetooth, например, сотовыми телефонами. Даже при прямом ;оединении телефонов (phone-to-phone) с использованием только беспровод-*ой технологи Bluetooth, линия связи должна быть установлена с использова- сигнализации, основанной на телефонии. Используемый голосовой кодек  быть как импульсно-кодовой модуляцией (РСМ), так и дельта-модуля-щей с переменной крутизной (CVSD). Согласование качества услуг (QoS) нео­бязательно.



'ис. 2.60. Профиль внутренней связи зависит от профиля общего доступа

На рис. 2.60 показана зависимость профиля внутренней связи от профиля обще-о доступа. В модели профиля внутренней связи, интерфейсы, помеченные на не. 2.61 буквами А, В и С, используются для следующих целей:



Рис. 2.61. Блок-схема модели профиля внутренней связи

Элемент управления вызовом (СС) использует интерфейс А для управления синхронизацией речи и для соединения и разъединения речевых каналов. Интер­фейс В доставляет сообщения TCS на L2CAP канал, ориентированный на соедине­ние (point-to-point). Интерфейс С используется элементом СС непосредственно для управления администратором связи с целью установления и разъединения SCO линий связи. Он также непосредственно управляет элементами LC/Baseband для введения режимов запроса, вызова, ожидания запроса и ожидания вызова.

На рис. 2.62 изображена типичная конфигурация устройств, которые использу­ют профиль внутренней связи.


Так как модель использования внутренней связи полностью симметрична, в ней нет определенных ролей для каждого устройства. Устройства, поддерживающие профиль внутренней связи, как правило, относятся к терминалам (Terminal TL).



Сотовый телефон                                           Сотовый телефон

Рис. 2.62. Конфигурация системы двух устройств, использующих профиль внутренней связи

Когда терминал осуществляет вызов другого терминала по внутренней связи (intercom call) имеют место несколько взаимодействий. Если инициатор вызова по внутренней связи не имеет Bluetooth-адреса получателя, он должен получить его, используя процедуру обнаружения устройства, которая описана в профиле GAP. Профиль внутренней связи не подразумевает определенного режима защиты, по­этому для создания защищенного соединения могут быть выполнены процедуры аутентификации и кодирования, определенные в профиле общего доступа.

Линия и канал связи устанавливаются инициатором также согласно профилю общего доступа. Когда вызов по внутренней связи установлен, может осуществ­ляться двусторонняя связь между пользователями терминалов, например для пере­дачи речи.

2.4.6. Профиль беспроводной телефонии

Профиль беспроводной телефонии (Cordless Telephony Profile — СТР) определяет процедуры и функции, связанные с установлением вызова через базовую станцию и созданием прямых внутренних вызовов между двумя терминалами. Он также мо­жет использоваться для доступа к дополнительным службам, предоставленным внешней коммутируемой телефонной сетью общего пользования. Этот режим ра­боты позволяет сотовым телефонам использовать беспроводную технологию Bluetooth как однонаправленный канал передачи данных ближнего действия для доступа к службам PSTN через базовую станцию беспроводного телефона, который относится к устройствам, которые могут работать как «шлюз» к PSTN.

Для выполнения этих функций профиль беспроводной телефонии использует протокол Baseband, протокол управления связью, L2CAP, протокол обнаружения услуг и протокол управления телефонией.


Как видно из рис. 2.63, профиль беспро­ водной телефонии зависит от профиля общего доступа.

В профиле беспроводной телефонии, интерфейсы, обозначенные на рис. 2.61 буквами A-G, используются для следующих целей:

Как и в профиле внутренней связи, элемент управления вызовом (СС) исполь­зует интерфейс А для управления синхронизацией речи, для соединения и разъе­динения внутренних речевых каналов. Интерфейс В используется шлюзом для от­правления, а терминалом — для приема широковещательных сообщений TCS. Та-



Рис. 2.63. Зависимость профиля беспроводной телефонии от профиля общего доступа

ким образом, интерфейс В используется для доставки всех сообщений TCS, кото­рые посылаются по SCO L2CAP каналу point-to-point. Интерфейс D используется элементом СС для непосредственного управления администратором связи (LM) с



Рис. 2.64. Типичная конфигурация системы шлюза и терминальных устройств по профилю беспроводной телефонии

 

целью установления и разъединения SCO линий связи. Интерфейс Е используется процедурами группового управления для управления функциями LM в процессе инициализации и для основных целей обработки. В профиле беспроводной теле­фонии интерфейс F не используется. Интерфейс G используется процедурами группового управления для непосредственного управления LC/Baseband с целью введения режимов запроса, вызова, ожидания запроса и ожидания вызова.

2.4.7. Профиль гарнитуры

Профиль гарнитуры (Headset Profile HP) определяет протоколы и процедуры для модели использования, называемой «головной телефон», или «гарнитура». Эта мо­дель использования может быть реализована такими устройствами, как сотовые те­лефоны и персональные компьютеры (рис. 2.67). Гарнитура может работать как ау­дио интерфейс ввода/вывода устройства, который обеспечивает свободу передви­жения пользователя при поддержании конфиденциальности вызова. Гарнитура мо­жет посылать АТ-команды и получать ответ. Это позволяет владельцу гарнитуры отвечать на входящие вызовы и завершать их без физического манипулирования телефонной трубкой.

Рис. 2.65. Профиль гарнитуры зависит и от профиля последовательного порта и от профиля общего доступа

На рис. 2. 65 показана зависимость профиля гарнитуры от профиля последова­тельного порта и профиля общего доступа. На рис. 2.66 показаны протоколы и объ­екты, которые используются в профиле гарнитуры. Baseband соответствует физи­ческому уровню модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection OSI), a LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Прото­кол RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (Global

Аудио шлюз                                                                     Гарнитура

Рис. 2.66. Протоколы и объекты, используемые в профиле гарнитуры

System for Mobile communications GSM) TS 07.10 в технических требованиях Bluetooth для эмуляции последовательного порта, a SDP — это протокол обнару­жения услуг Bluetooth. Для всех этих протоколов/объектов, профиль последова­тельного порта является основным стандартом; при этом выполняются все требо­вания, определенные профилем последовательного порта, кроме тех, где профиль гарнитуры явно определяет отклонения.

Рис. 2.67. Модель использования профиля гарнитуры

Объект «управление гарнитурой» (рис. 2.66) отвечает за передачу сигналов уп­равления гарнитурой, и основан на АТ-командах. В этом профиле предполагается, что объект «управление гарнитурой» имеет доступ к некоторым процедурам ниж-

них уровней, таким как установление SCO линии связи. Уровень эмуляции аудио порта является объектом, который эмулирует аудио порт на сотовом телефоне и персональном компьютере, а аудио драйвер является программным драйвером в гарнитуре.

Устройства, определенные профилем гарнитуры могут выполнять две функции: аудио шлюз и гарнитура. Аудио шлюз (Audio Gateway AG) является аудио шлюзом для ввода и вывода. Типичными устройствами, работающими как аудио шлюзы, являются сотовые телефоны и персональные компьютеры. Гарнитура работает как механизм удаленного ввода/вывода аудио-шлюза.


Профиль гарнитуры требует, чтобы оба устройства поддерживали SCO линии связи.

2.4.8. Профиль коммутируемого выхода в сеть

Профиль коммутируемого выхода в сеть (Dial-Up Networking Profile DUNP) опре­деляет протоколы и процедуры, используемые устройствами, такие как модемы и сотовые телефоны, для реализации моделей использования «мост в Интернет» (рис. 2.68). Среди возможных сценариев для этой модели — использование сотово­го телефона в качестве беспроводного модема для соединения компьютера с серве­ром коммутируемого доступа в Интернет, или использование сотового телефона или модема компьютером для приема данных.



Рис. 2.69. Профиль коммутируемого выхода в сеть зависит от профиля последовательного порта и профиля общего доступа

Интернет

Рис. 2.68. Модель использования профиля коммутируемого выхода в сеть, которая называется «мост в Интернет»

На рис. 2.69 изображена зависимость профиля коммутируемого выхода в сеть от профиля последовательного порта и профиля общего доступа. На рис. 2.70 изобра­жены протоколы и объекты, использующиеся в профиле коммутируемого выхода в сеть. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, LMP и L2CAP со­ответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адаптацией гло­бальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. Коммутация и уп-

равление являются командами и процедурами, которые используются для автома­тической коммутации и управления по асинхронной последовательной линии свя­зи, предоставленной нижними уровнями.



Рис.2.70. Протоколы и объекты, используемые в профиле коммутируемого выхода в сеть

Уровень эмуляции модема — это объект, эмулирующий модем, а драйвер моде­ма — это программный драйвер в информационном терминале. Для всех этих про­токолов/объектов, профиль последовательного порта является основным стандар­том; при этом выполняются все требования, определенные в профиле последова­тельного порта, кроме тех, где профиль коммутируемого выхода в сеть явно опре­деляет отклонения.


Этот профиль подразумевает, что прикладной уровень имеет доступ к некоторым процедурам нижних уровней, таким как установление SCO линии связи.

В профиле коммутируемого выхода в сеть для устройств определены две функ­ции: шлюз и информационный терминал. Шлюзом (Gateway — GW) является уст­ройство, которое обеспечивает доступ к сети общего пользования. Типичными уст­ройствами, которые могут работать как шлюз, являются сотовые телефоны и моде­мы. Информационный терминал (Data Terminal — DT) — это устройство, которое использует dial-up-услуги (услуги коммутации) шлюза. Типичными устройствами, которые работают как информационные терминалы, являются настольные ПК, но­утбуки и PDA.

2.4.9. Профиль факса

Рис. 2.71. Профиль факса зависит от профиля последовательного порта и профиля общего Доступа

Профиль факса определяет протоколы и процедуры, необходимые для реализации модели использования, которая называется «точки доступа к данным, глобальные сети (Wide Area Network WAN)». Сотовый телефон или модем, использующий беспроводную технологию Bluetooth, может использоваться компьютером в каче-



Рис. 2.72. Протоколы и объекты, использующиеся в профиле факса

стве беспроводного факс-модема для отправления и приема факсимильных сооб­щений. Как показано на рис. 2.71, профиль факса зависит от профиля последова­тельного порта и профиля общего доступа.

На рис. 2.72 показаны протоколы и объекты, которые используются в профиле факса. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, a LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. Для всех этих протоколов/объ­ектов, профиль последовательного порта является основным стандартом; при этом выполняются все требования, определенные в профиле последовательного порта, кроме тех, где профиль факса явно определяет отклонения.

Уровни коммутации и управления определяют команды и процедуры для авто­матической коммутации и управления асинхронной последовательной линией свя­зи, предоставленной нижними уровнями.


Уровень эмуляции модема является объ­ектом, ответственным за эмуляцию модема, а драйвер модема является програм­мным драйвером в информационном терминале. Этот профиль подразумевает, что прикладной уровень имеет доступ к некоторым процедурам нижних уровней, та­ким как установление SCO линии связи.

Две функции, определенные для устройств в профиле факса, такие же как и в профиле коммутируемого выхода в сеть. Шлюзом является устройство, которое предоставляет услуги факсимильной связи. Типичными устройствами, которые могут работать как шлюзы, являются сотовые телефоны и модемы. Информацион­ный терминал — это устройство, которое использует услуги факсимильной связи

 


шлюза. Типичными устройствами, которые работают как информационные терми­налы являются ноутбуки, PDA и настольные ПК.

2.4.10. Профиль доступа к локальной сети

Профиль доступа к локальной сети определяет процедуры, с помощью которых ус­тройства Bluetooth могут получать доступ к услугам LAN, используя протокол point-to-point «поверх» RFCOMM, а также использовать одинаковые РРР-меха-низмы для объединения в сеть двух устройств Bluetooth. В этой модели многочис­ленные информационные терминалы используют точку доступа к LAN (LAN Access Point — LAP) для беспроводного подключения к локальной сети. Подклю­чившись, информационные терминалы работают так, как если бы они были под­ключены к локальной сети через коммутируемый выход в сеть и могут получать доступ ко всем услугам, предоставленным локальной сетью.

Протокол point-to-point является стандартом проблемной группы проектирова­ния Интернета (IETF), который широко используется как средство доступа к сети. Он предоставляет протоколы аутентификации, кодирования и сжатия данных. Хо­тя протокол point-to-point поддерживает различные сетевые протоколы (например, IP, IPX и другие), профиль доступа к локальной сети не требует использования ка­кого-либо определенного протокола. Профиль доступа к локальной сети определя­ет, как протокол point-to-point используется для доступа к локальной сети для од­ного устройства Bluetooth, доступа к локальной сети для многочисленных уст­ройств Bluetooth и беспроводной связи компьютеров через эмуляцию последова­тельного кабеля.






Рис. 2.74. Профиль доступа к локальной сети зависит от профиля последовательного порта и профиля общего доступа



Рис. 2.75. Протоколы и объекты, используемые в профиле доступа к локальной сети

Как показано на рис. 2.74, профиль доступа к локальной сети зависит и от про­филя последовательного порта и от профиля общего доступа.

На рис. 2.75 изображены протоколы и объекты, использующиеся в профиле до­ступа к локальной сети. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, a LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических

требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. В этом профиле определен объект управления (Management Entity — ME), который координирует процедуры в процессе инициализации, конфигурирования и управ­ления соединением. Организация сети по протоколу point-to-point позволяет отда­вать/забирать IP пакеты в/из РРР уровня и выдавать их в локальную сеть. Необ­ходимый для этого механизм не определен в профиле доступа к локальной сети, но такую функцию имеет сервер удаленного доступа (Remote Access Server — RAS).

В профиле доступа к локальной сети для устройств определены две функции: точка доступа к локальной сети и информационный терминал. Точка доступа к ло­кальной сети предоставляет доступ к таким сетям как Ethernet4, Token Ring5 и Fibre Channel6. Точка доступа к локальной сети предоставляет услуги РРР сервера. Со­единение point-to-point происходит «поверх» протокола RFCOMM, который ис­пользуется для транспортировки РРР пакетов и управления РРР потоком данных. -

Информационный терминал является устройством, которое использует услуги точки доступа к локальной сети. Типичными устройствами, которые могут рабо­тать как информационные терминалы, являются портативные компьютеры, ноут­буки, настольные персональные компьютеры и PDA. Информационный терминал является РРР клиентом. Он устанавливает РРР соединение с точкой доступа к ло-





Рис. 2.76. Модель использования профиля доступа к LAN

4 Ethernet — стандарт организации локальных сетей, описанный в спецификациях IEEE и дру­гих организаций; наиболее популярная реализация Ethernet — локальная сеть lOBaseT и 100BaseT.

3 Token Ring — (маркерное кольцо) спецификация локальной сети кольцевой топологии, в кото­рой кадр управления (supervisory frame) называемый также маркером (token) последовательно передается от станции к соседней; станция, которая хочет получить доступ к среде передачи, должна ждать получения кадра, и только после этого может начать передачу данных.

Fibre Channel — волоконнно-оптический канал (стандарт, интерфейс и архитектура рассредо­точенного хранения данных с использованием высокоскоростных оптических каналов).

кальной сети с целью получения доступа к LAN. Этот профиль предполагает, что и точка доступа к LAN и информационный терминал оснащены беспроводной техно­логией Bluetooth.

2.4.11- Профиль передачи файлов

Профиль передачи файлов поддерживает передачу информационных объектов (data objects) от одного устройства Bluetooth к другому. К этим устройствам обыч­но относятся персональные компьютеры, смарт-телефоны или PDA. Типы инфор­мационных объектов обычно включают *.exl (файлы Microsoft Excel), *.ppt (файлы PowerPoint), *.wav (аудио файлы), *.jpg, *.gif (файлы изображения) и *.doc (файлы Microsoft Word). Модель использования «передача файлов» также дает возмож­ность просматривать содержимое папок, которые находятся на удаленном устрой­стве. Возможно создание новых папок и удаление старых. Между устройствами могут передаваться целые папки и директории.

Как показано на рис. 2.77, профиль передачи файлов зависит и от профиля по­следовательного порта и профиля общего доступа, но он использует профиль об­щего обмена объектами как основной профиль для взаимодействия приложений.

Рис. 2.77. Профиль передачи файлов зависит от профиля последовательного порта и профиля общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной профиль

На рис. 2.78 изображены протоколы и объекты, используемые в профиле переда­ чи файлов. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, a LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адапта­цией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требо­ваниях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. OBEX яв-

 

Рис. 2.79. Модель использования профиля передачи файлом

ляется Bluetooth-адаптацией протокола инфракрасного объектного обмена, стан­дартизованного Ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA). В профиле передачи файлов для устройств определены две функции: клиент и сервер. Устройство-клиент инициирует отправку объектов на сервер и получение объектов от сервера (т.е. выполняет операции Push и Pull). Устройство-сервер яв­ляется удаленным устройством, которое представляет собой сервер объектного об­мена и дает возможность просмотра папок, используя ОВЕХ-формат записи папок. Сервер поддерживает папки и файлы, предназначенные только для чтения (read­only), что позволяет ограничивать удаление и создание папок и файлов.

Клиент                                                                                                                     Сервер

Рис. 2.78. Протоколы и объекты, используемые в профиле передачи файлов

Профиль поддерживает аутентификацию и кодирование на канальном уровне, а также аутентификацию ОВЕХ. Профиль передачи файлов не гарантирует того, что сервер или клиент введут режим «поддающийся обнаружению» или «готов к со­единению» автоматически, даже если они способны сделать это. Для начала пере­дачи файла на стороне клиента обычно требуется вмешательство конечного поль­зователя.

2.4.12. Профиль помещения объекта в стек

Профиль помещения объекта в стек (Object Push Profile OPP) определяет реализа­цию модели использования помещения объекта в стек между устройствами Bluetooth. Профиль использует GOEP для взаимодействия протоколов, необходи­мых для приложений.


К самым распространенным устройствам, которые использу­ют модель использования помещения объекта в стек, относятся ноутбуки, PDA и мобильные телефоны.



Рис. 2.80. Профиль помещения объекта в стек зависит от профиля последовательного порта и профиля общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной профиль

Профиль помещения объекта в стек позволяет устройству Bluetooth помещать объект в папку «Входящие» другого устройства Bluetooth. Объект может быть ви­зитной карточкой или текстовым сообщением. Устройство может также принять объект от другого устройства Bluetooth. Два устройства Bluetooth могут обмени­ваться объектами друг с другом.

Как показано на рис. 2.80, профиль помещения объекта в стек зависит и от про­филя последовательного порта и от профиля общего доступа, но использует про­филь общего обмена объектами как основной профиль для взаимодействия прото­колов, необходимых для приложений.

На рис. 2.81 изображены протоколы и объекты, используемые профилем поме­щения объекта в стек. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, а LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адаптацией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требованиях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth. OBEX является адаптацией протокола инфракрасного объектного обмена, стандартизо­ванного Ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA).



Push-клиент                                                                                                            Push-сервер

Рис. 2.81. Протоколы и объекты, используемые в профиле помещения объекта в стек

В профиле помещения объекта в стек для устройств определены две функции: РшЬсервер и Риэпклиент. Pushcepeep является устройством, которое предоставля­ет сервер обмена объектами. РивИклиент является клиент-устройством, которое помещает объекты на PushcepBep и получает их от него.

В этом профиле требуется поддержка аутентификации и кодирования на ка­нальном уровне.


Аутентификация ОВЕХ не используется. Профиль помещения объекта в стек не гарантирует того, что сервер или клиент введут режим «поддаю­щийся обнаружению» или «готов к соединению» автоматически, даже если они способны сделать это. На стороне РизЬклиента для начала помещения объекта все­гда требуется вмешательство конечного пользователя.

2.4.13. Профиль синхронизации

Профиль синхронизации определяет протоколы и процедуры, используемые прило­жениями, которые выполняют модель использования «синхронизация». К самым распространенным устройствам, выполняющим эту модель использования, отно­сятся ноутбуки, PDA, мобильные телефоны. Эта модель обеспечивает синхрониза-



Рис. 2.82. Профиль синхронизации зависит и от профиля последовательного порта и от профи­ля общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной профиль



Рис. 2.83. Протоколы и объекты, используемые в профиле синхронизации

цию данных между устройствами. Обычно это телефонные и календарные данные, сообщения и другая информация, предназначенная для передачи и обработки уст­ройствами, которые используют общий протокол и формат. Эта модель также вклю­чает автоматическую синхронизацию данных между компьютером и мобильным те­лефоном или PDA, когда эти устройства попадают в зону действия компьютера.



Рис. 2.84. Модель использования профиля синхронизации

На рис. 2.82 показано, что профиль синхронизации зависит и от профиля после­довательного порта, и от профиля общего доступа, но использует профиль общего обмена объектами как основной профиль для взаимодействия протоколов, необхо­димых для приложений.

На рис. 2.83 представлены протоколы и объекты, используемые в профиле син­хронизации. Baseband соответствует физическому уровню модели OSI, a LMP и L2CAP соответствуют канальному уровню. Протокол RFCOMM является адапта­цией глобальной системы мобильной связи (GSM) TS 07.10 в технических требо­ваниях Bluetooth, a SDP — это протокол обнаружения услуг Bluetooth.


Протокол ОВЕХ является адаптацией протокола инфракрасного объектного обмена, стандар­тизованного Ассоциацией передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA).

В профиле синхронизации для устройств определены две функции: IrMC-кли­ент и IrMC-сервер. Устройство IrMC-клиент содержит механизм синхронизации, а также помещения данных на IrMC сервер и получения их от него. Обычно, устрой­ство IrMC-клиент является настольным или портативным компьютером. Однако, в связи с тем, что устройство IrMC-клиент должно также обеспечивать прием ко­манд инициализации для начала синхронизации, оно также может временно рабо­тать как сервер. Устройство IrMC-сервер представляет собой сервер обмена объек­тами. Обычно, это устройство является мобильным телефоном или PDA. Если уст­ройство IrMC-сервер позволяет начинать процесс синхронизации, оно также вре­менно работает как клиент.

В профиле синхронизации и IrMC-клиент, и IrMC-сервер могут инициировать ус­тановление линии и канала связи, потому что они могут временно выполнять функ­ции либо клиента, либо сервера, и таким образом, создавать физическую линию свя­зи между собой. Профиль синхронизации не гарантирует того, что сервер или клиент введут режим «поддающийся обнаружению» или «готов к соединению» автоматиче­ски, даже если они способны сделать это. Это значит, что для начала синхронизации может понадобиться вмешательство конечных пользователей обоих устройств.

Раздел 3

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

3.1. Обзор технологии и архитектуры построения Bluetooth систем

Технология Bluetooth задумывалась как технология, замещающая кабельное со­единение всевозможных устройств передачи данных и голоса. По существу, она яв­ляется аналогией технологии беспроводных локальных сетей (WLAN). Ключевы­ми особенностями, учитываемыми при разработке технологии Bluetooth, являются [20]:

•     надежность;

•     невысокая сложность реализации;

•     низкое потребление;



•     низкая цена;

•     работа в условиях помеховой обстановки.

Широкое применение этой технологии связи и перечисленные выше особеннос­ти накладывают отпечаток при практической реализации устройств.

Спецификацией предусматривается, что для построения Bluetooth-системы не­обходимы:

•     антенна;

•     приемопередатчик;

•     baseband-контроллер (контроллер связи) и микроконтроллер (MCU) для ис­
полнения программного обеспечения LC;

•     управляющее устройство.

На рис. 3.1 представлена структура устройства Bluetooth.На данный момент су­ществует несколько вариантов построения Bluetooth-чипов: некоторые производи­тели предлагают либо только Bluetooth baseband-микросхемы (в большинстве сво­ем включающие микроконтроллер), либо только приемопередатчики. Другие про­изводители предлагают частично или полностью интегрированное в один чип ре­шение, которое включает baseband-контроллер, приемопередатчик, микроконтрол­лер и внешнюю или интегрированную flash-память. Обзор модулей Bluetooth от различных фирм изготовителей приведен в разделе 3.5.

Следует отметить, что при разработке аппаратного решения Bluetooth-системы, т.е. микросхемы или набора микросхем, включающих какое-либо микроконтрол-

лерное ядро, необходима полноценная разработка программного обеспечения для этого ядра, либо применение распространенного микроконтроллерного ядра с воз­можностью использования программного обеспечения, реализующего стек Bluetooth, от третьих фирм (чаще всего стек протоколов Bluetooth написан на ANSI и Java языках, и, поэтому, является платформонезависимым). Существуют также решения, при которых функции baseband-контроллера и верхних уровней реализуются полностью программным способом на специализированном микро­процессоре.

Также следует отметить, что на аппаратном уровне, т.е. на уровне chipset'oB, разде­ления на базовое/клиентское оборудование не существует.


Построение архитектуры база/ клиент осуществляется на более высоких уровнях программного обеспечения и реализуется, как было показано в разделе 2, через соответствующий «профиль».

Стек протоколов Bluetooth и их взаимодействие приведены на рис. 2.2 (раздел 2).

Все протоколы условно можно разделить на группы, приведенные в таблице 3.1 [15J.

Ключевыми являются уровни Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP.

Уровень Bluetooth Radio является самым нижним. Он определяет требования к приемопередатчику, которые подробно рассмотрены в разделе 2.

Baseband уровень является физическим уровнем технологии Bluetooth. Он уп­равляет физическими каналами и соединениями, выполняет коррекцию ошибок, скремблирование, выбор частоты передачи и приема (формирование последова­тельности перестройки частоты), шифрование. Baseband-уровень расположен над уровнем Bluetooth Radio в стеке Bluetooth. Baseband-протокол реализуется как контроллер связи, который взаимодействует с протоколом LMP для инициализа­ции канала передачи данных и управления мощностью. Baseband-уровень также управляет синхронными и асинхронными соединениями, выполняет процедуру по­иска устройств Bluetooth в радиусе действия и вхождения с ними в связь.

Схема построения Bluetooth-устройства приведена на рис. 3.1 [15].

Таблица 3.1

Группа протоколов	Протоколы в стеке
Корневые протоколы	Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP
Протокол замены кабеля	RFCOMM
Протокол управления телефонией	TCS Binary, АТ-команды
Заимствованные протоколы	PPP, UDP/TCP/IP, OBEX, WAP, vCard, vCal, IrMC, WAE

Модуль Bluetooth применяет схему дуплексной передачи с временным разделе­нием. Временное окно (слот) составляет 625 мксек. Обмен информацией между устройствами происходит посредством пакетов. Каждый пакет передается на своей частоте и может занимать 1, 3 или 5 временных слотов. Два и более (до 7) уст­ройств образуют пикосеть, в которой все устройства синхронно изменяют частоту передачи и приема.






Рис. 3.1. Различные функциональные блоки Bluetooth-устройства

физический канал представляет собой псевдослучайную последовательность перестройки частоты по 79 или 23 радиоканалам, шириной 1 МГц. Последователь­ность перестройки частоты уникальна для каждой пикосети и определяется адре­сом и часами мастера. Мастер — это выделенное устройство в пикосети,), которое управляет трафиком. Остальные устройства являются подчиненными. Временные слоты нумеруются в соответствии с внутренним счетчиком мастера, образующего пикосеть.

Рис. 3.2. Реализация нижних уровней протокола Bluetooth

Мастер и подчиненные устройства передают поочередно. Мастер должен начать передачу и потом передавать только в четных слотах (начиная с нулевого), а под­чиненные устройства только в нечетных.

Спецификацией определен интерфейс хост-контроллера (HCI), который осу­ществляется посредством USB, RS-232, UART (и других) протоколов передачи данных, между хост-процессором, на котором программно реализуются верхние уровни протокола Bluetooth, и аппаратным модулем (устройством, платой, чипом), на котором программно-аппаратным способом реализуются нижние уровни прото­кола Bluetooth (рис. 3.2).

Программно-аппаратное обеспечение HCI реализует HCI-команды для Bluetooth устройства посредством baseband-команд, LM-команд, регистров состоя­ния, контрольных регистров и регистров событий.

3.2. Архитектура аппаратного модуля

Аппаратный модуль Bluetooth (рис.3.3) состоит из аналоговой части — Bluetooth Radio, и цифровой части — хост-контроллера. Хост-контроллер содержит аппарат­ный блок цифровой обработки — baseband-контроллер (который еще называется контроллером связи), процессорное ядро (CPU) и интерфейс передачи данных.



Рис. 3.3. Аппаратная архитектура Bluetooth

Верхние уровни Bluetooth

Протокол L2CAP реализует передачу и преобразование данных от верхних уров­ней к baseband-уровню. Информационная часть пакетов формируется только из данных, передаваемых от уровня L2CAP.Уровень L2CAP определен только для ACL-связи.

Протокол обнаружения услуг предназначен для поиска определенного класса устройств, предоставляющих какую-либо услугу.

Протокол RFCOMM является эмулятором последовательного порта и основан на спецификации ETSI 07.10. Он эмулирует сигналы RS-232 через baseband-уро­вень Bluetooth для предоставления услуги последовательного порта стандартным протоколам передачи данных.

Протоколы TCS Binary и АТ-команды предназначены для использования в уст­ройствах передачи голосовых данных и данных, передаваемых по голосовому кана­лу (факс, модем). Протокол TCS Binary основан на рекомендации ITU-T Q.931 (применительно к симметричному каналу, Annex D в рекомендации Q.931). АТ-ко­манды основаны на рекомендации V.250 ITU-T и рекомендации ETSI 300 916 (GSM 07.07).

Защита информации

Защита информации является важным фактором любой технологии связи. Техни­ческие требования Bluetooth определяют несколько возможностей защиты инфор­мации. Помимо ограниченного радиуса действия и использования скачкообразной перестройки частоты, что чрезвычайно затрудняет перехв.ат сигнала, технические требования Bluetooth определяют также функции аутентификации и кодирования. Аутентификация предотвращает нежелательный доступ к важным данным и функ­циям, и исключает доступ хакерам, которые попытаются выдавать себя за зарегист­рированных пользователей. Кодирование скремблирует данные в процессе переда­чи для предотвращения подслушивания и для поддержки конфиденциальности связи.

Кроме того, технические требования Bluetooth определяют формирование сеан­сового ключа, действующего только в одном сеансе передачи сообщений, который может быть изменен в любое время в течение соединения.

Безопасность очень важна не только для обеспечения конфиденциальности со­общений и файлов в процессе их передачи, но и для обеспечения сохранности сде­лок электронной коммерции. Таким образом, технические требования Bluetooth обеспечивают гибкую архитектуру организации секретности, которая позволяет предоставлять доступ к «доверенным» устройствам и услугам и предотвращать до­ступ к «недоверенным» устройства и услугам.

Фирма Nokia принадлежит к числу компаний, развивающих идею использова­ния телефонов и портативных компьютеров, оборудованных беспроводной техно­логией Bluetooth, в качестве «персональных доверенных устройств», с помощью которых пользователи могут загружать «электронные деньги» в электронные ко­шельки в банкомате (Automated Teller Machine — ATM) и оплачивать товары в кассовых терминалах (Point Of Sale — POS), расположенных в розничных магази­нах или в торговых автоматах.

Благодаря возможности организации режима секретности Bluetooth, «недове­ренные» или неизвестные устройства могут требовать авторизации для предостав­ления доступа.
«Доверенными» устройствами являются те устройства, которые бы­ли предварительно аутентифицированы и им был разрешен доступ, основанный на их ключе связи. Для этих устройств, ключ связи может храниться в базе данных ус­тройства, которая определяет это устройство как «доверенное» на основе предыду­щих попыток доступа.

Архитектура секретности технических требований Bluetooth аутентифицирует только устройства, но не пользователей. Это значит, что «доверенные» устройства, которые были похищены, или заимствованы, могут быть использованы, как если бы они все еще были в собственности законного владельца. Для аутентификации пользователей должны быть использованы дополнительные методы секретности прикладного уровня, такие как ввод имени пользователя и пароля |6|.

1.14. Infrared

Многие устройства могут соединяться по оптическим линиям связи, таким как Infrared. Этот метод связи для передачи голоса и данных между устройствами ис­пользует инфракрасный диапазон волн. При этом типе связи сигнал должен иметь свободную, прямую траекторию распространения от одного устройства к другому, а расстояние между устройствами не должно превышать одного метра [7]. Техно­логия связи Infrared предназначена для передачи данных или синхронизации фай­лов только для соединений point-to-point. Беспроводная технология Bluetooth из­начально была разработана для организации сетей передачи данных и голоса на расстояния до 100 метров.

Ключевой задачей технологий Infrared и Bluetooth является обмен данными между устройствами, например, передача электронной визитной карточки с мо­бильного телефона на портативный компьютер или передача информации между портативным компьютером и настольным ПК. Фактически обе технологии поддер­живают много одинаковых приложений.

1.15.   Infrared и Bluetooth

Используемый в технологии Bluetooth широкополосный радиоканал с псевдослу­чайной перестройкой частоты позволяет проводить обмен данными, в случаях, ког­да этот обмен очень труден или совсем невозможен с использованием Infrared.



Например, с использованием беспроводной технологии Bluetooth можно син­хронизировать мобильный телефон с ноутбуком, не доставая телефон из кармана или сумки. Это позволит набрать телефонный номер на компьютере и передать его в телефонную книгу мобильного телефона, не устанавливая проводного соедине­ния между этими устройствами. Всенаправленность Bluetooth позволяет прово­дить мгновенную синхронизацию, при условии, что телефон и компьютер находят­ся в пределах взаимодействия друг друга.

Использование технологии Bluetooth для связи не требует стационарности теле­фона. Это позволяет пользователю, находящемуся в радиусе действия, иметь пол­ную мобильность, что невозможно при использовании технологии Infrared. Более того, использование Infrared требует чтобы в процессе обмена информацией оба ус­тройства оставались стационарными [1].

1.16.   Отличия в скорости

При передаче данных Infrared имеет преимущество перед технологией Bluetooth v 1.1. В то время как при использовании беспроводной технологии Bluetooth vl.l данные между устройствами передаются со скоростью 721 кбит/сек, Infrared обес­печивает пропускную способность 4 Мбит/сек. Сейчас существуют более высоко­скоростные версии Infrared, которые передают данные между устройствами со ско­ростью до 16 Мбит/сек. Высокая скорость достигается с помощью протокола Very Fast Infrared (VFIR), который спроектирован специально для передачи больших файлов между цифровыми камерами, сканерами и персональными компьютерами. При появлении технических требований Bluetooth v.2.0 максимальная скорость пе­редачи устройств Bluetooth увеличится до 12 Мбит/сек.

1.17.   Проводная и беспроводная сеть

Важной особенностью обеих технологий является их способность создавать бес­проводные соединения между портативными устройствами и проводными сетями. Для организации сетей Bluetooth не требуется линии прямой видимости, поэтому пользователи имеют большую свободу в расположении точек доступа к локальной сети.


Точка доступа — это приемопередатчик, который принимает радиосигналы от нескольких устройств и обеспечивает проводное соединение с локальной сетью.

Если устройство Infrared соединено с локальной сетью, оно должно оставаться стационарным во время сеанса передачи данных, в тоже время портативные уст­ройства Bluetooth могут перемещаться, оставаясь подключенными к точке доступа, пока пользователь находится в пределах зоны действия.

Для доступа устройств Bluetooth к проводной локальной сети компанией Red-М (http://www.red-m.com) был создан концентратор доступа, а также малогаба-

Рис. 1.6. Концентратор доступа 3000AS для сетей Bluetooth компании Red-M

1.18. Коммутируемый выход в Интернет

Еще одним приложением, характерным для технологий Infrared и Bluetooth, явля­ется эмуляция соединения EIA/TIA 232 между портативным компьютером и мо­бильным телефоном, что позволяет устанавливать коммутируемые соединения с сетью Интернет. Технология Infrared хорошо подходит для этого типа приложе­ний, в то же время основным достоинством технологии Bluetooth в данном случае является мобильность. В таблице 1.2 приведены рабочие характеристики уст­ройств на основе Infrared [1].

Таблица 1.2. Рабочие характеристики Infrared



Рис. 1.7. Малогабаритная точка доступа 1000АР компании Red-M

ритные точки доступа Bluetooth, предназначенные для расширения доступа (рис. 1.6, 1.7).

Компания Red-M также активно развивает проект, который называется «Bluetooth PDA Office», в котором предлагается использование устройств Bluetooth, таких как ноутбуки и PDA в корпоративном офисе (рис. 1.8).



Рис. 1.8. Локальная сеть, организованная с использованием сетевой инфраструктуры Red-M

Особенность/Функция	Характеристика
Тип связи	Инфракрасное излучение, узкий луч (угол до 30 градусов)
Диапазон частот	Оптический
Мощность передачи	100 мВт
Скорость передачи данных	4 Мбит/сек (16 Мбит/сек, при использовании VFIR)
Дальность	До 1 метра
Количество устройств в сети	Два (2)
Голосовые каналы	Один(1)
Защита данных	Малый радиус действия и малый угол луча обеспечивает простую форму защиты; на канальном уровне других возможностей защиты нет.
Адресация	Каждое устройство имеет 32-битный физический идентификатор (identifier — ID), который используется для установления соединения с другим устройством.

1.19. Беспроводные локальные сети

Другим вариантом беспроводной связи является локальная сеть (LAN), работаю­щая по стандарту 802.11Ь. Этот стандарт создан институтом инженеров по электро­технике и электронике (IEEE) (http://www.ieee.org/). Беспроводные локальные сети стандарта 802.11b и Bluetooth предназначены для различных приложений. Как было сказано, устройства Bluetooth требуют малой мощности и предназначены для передачи малого объема данных со скоростью до 1 Мбит/сек на расстояние 10—100 метров. Скорость передачи данных в стандарте 802.1 lb может колебаться от 1—2 Мбит/сек до 11 Мбит/сек, при дальности действия до нескольких сотен ме­тров, что позволяет строить корпоративные сети в зданиях, где прокладка прово­дов нецелесообразна или неэкономична, или где требуется гибкость конфигурации. В обычной конфигурации беспроводной локальной сети, одна или несколько то­чек доступа подключаются к концентратору Ethernet, создавая соединение с про­водной сетью. Точки доступа являются мостами (bridge), оснащенными приемопе­редатчиками, которые обеспечивают интерфейс между проводными и беспроводны­ми сетями (рис. 1.9). Точки доступа получают, буферизуют и передают данные меж­ду беспроводной локальной сетью и инфраструктурой проводной сети. Одна точка

доступа может поддерживать небольшую группу пользователей, которые подключа­ются к ней через LAN адаптеры на своих ПК или ноутбуках (рис. 1.10) [8].

До определенного времени развитие беспроводных LAN сдерживалось отсутст­вием технических средств для взаимодействия, которое стало возможным только с появлением стандарта IEEE 802.11b. Кроме того, необходимо заметить, что для большинства пользователей компоненты для реализации беспроводных локальных сетей все еще слишком дороги [9].

Рис. 1.9. Точка доступа к LAN 802.11b компании 3Com

Рис. 1.10. PC-карта 802.11b для ноутбука компании 3Com

Беспроводные локальные сети 802.1 lb могут обеспечивать передачу данных со скоростью до 11 Мбит/сек, используя расширение спектра с помощью прямой по­следовательности (Direct Sequence Spread Spectrum DSSS), и со скоростью 1 или 2 Мбит/сек, используя расширение спектра с помощью скачкообразной перестрой­ки частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum — FHSS).


При расширении спект­ра с помощью прямой последовательности узкополосный информационный сигнал умножается на опорный псевдослучайный сигнал с требуемыми свойствами. При приеме полезная информация выделяется из широкополосного сигнала с исполь­зованием алгоритма свертки. При скачкообразной перестройке частоты полоса пропускания делится на каналы шириной 1 МГц. Федеральная комиссия по связи (Federal Communications Commission — FCC) требует, чтобы передатчик использо­вал как минимум 79 каналов хотя бы один раз за 30 секунд, что обеспечивает как минимум 25 скачкообразных перестроек частоты в секунду. Последовательность скачкообразных перестроек частоты определяется псевдослучайной кодовой ком­бинацией, вследствие чего сформированный сигнал воспринимается как шум с га­уссовым законом распределения.



Таблица 1.3. Рабочие характеристики беспроводных локальных сетей 802.1 lb

Особенность/Функция	Характеристика
Тип связи	Расширение спектра (прямая последовательность или скачкообразная перестройка частоты)
Диапазон частот	ISM диапазон 2.4 ГГц
Мощность передачи	100 мВт, 500 мВт
Скорость передачи данных	1 Мбит/сек и 2 Мбит/сек с использованием скачкообразной перестройки частоты; 11 Мбит/сек с использованием прямой [ i оследовател ьности
Дальность	До 100 метров
Количество устройств в сети	Несколько устройств на одну точку доступа; несколько точек доступа в сети
Голосовые каналы	Голос по Интернет-протоколу
Защита данных	Аутентификация: вызов-ответ (challenge-response) между точкой доступа и клиентом по стандарту WEP (Wired Equivalent Privacy — защита информации, эквивалентная проводной сети). Кодирование: 128-битное
Адресация	Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который используется для установления соединения с другим устройством

Хотя прямая последовательность (Direct Sequence — DS) обеспечивает большую скорость передачи данных, расширение спектра со скачкообразной перестройкой частоты более устойчиво к интерференции и предпочтительнее при жестких требо­ваниях к обеспечению конфиденциальности связи.



В таблице 1. 3 приведены рабочие характеристики беспроводных локальных се­тей 802.11b [1].

1.20. Сети HomeRF

Другой беспроводной технологией, которая использует нелицензируемый ISM ди­апазон 2.4 ГГц, является технология HomeRF. Эта технология поддерживается бо­лее чем 100 компаниями, которые относятся к консорциуму HomeRF (http://www.homerf.org/). Многие из этих компаний входят также в специальную рабочую группу Bluetooth SIG. Технология HomeRF нацелена на построение бес­проводных сетей в частных домах и малых офисах.

Спецификация HomeRF основана на протоколе совместного беспроводного до­ступа (Shared Wireless Access Protocol — SWAP), который определяет общий ин­терфейс, поддерживающий беспроводных сетей для передачи голоса и данных в пределах дома.

Протокол SWAP обеспечивает взаимодействие различных пользовательских электронных устройств от различных производителей, предлагая пользователям законченное сетевое решение, которое поддерживает как информационные, так и голосовые потоки данных, а также взаимодействие с коммутируемой телефон­ной сетью общего пользования и сетью Интернет. Например, шлюз для цифро-



Рис. 1.11. Беспроводной шлюз первого поколения компании Intel. AnyPoint Wireless Home Network работает как точка соединения для беспроводных устройств находящихся в помещение, а также DSL соединение для доступа в Интернет

вой абонентской линии (Digital Subscriber Line — DSL), поддерживающий SWAP (рис. 1.11), может обеспечивать точку соединения для беспроводных уст­ройств, при этом цифровая абонентская линия предоставляет услуги высокоско­ростной передачи данных, телефонии и цифрового видео. Поддерживая SWAP, шлюз позволяет получать доступ в Интернет одновременно для нескольких або­нентов [1].

Ниже приведены некоторые примеры использования SWAP в различных прило­жениях [10]:

•     Установка беспроводной домашней сети для передачи голоса и данных между
персональными компьютерами, периферийными устройствами, беспроводными те­


лефонами.

•     Совместное использование файлов/модемов/принтеров в помещении с боль­
шим количеством ПК.

•     Переадресация входящих телефонных звонков на многочисленные беспровод­
ные телефонные гарнитуры, аппараты факсимильной связи и почтовые ящики ре­
чевой корреспонденции (voice mailbox).

•     Просмотр входящих голосовых, факсимильных и e-mail сообщений с беспро­
водных телефонов.

•     Активизация электронных систем, используя голосовое распознавание.

•     Командные компьютерные игры на ПК или по сети Интернет.

В технологии HomeRF используется метод расширения спектра со скачкообраз­ной перестройкой частоты. Технология рассчитана на передачу разных типов тра­фика — данных, голоса и потокового мультимедиа. В качестве метода доступа к среде передачи при транспортировке голоса используется метод множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access — TDMA), заимствованный у сетей DECT. При транспортировке трафика данных используется метод множественного доступа с контролем несущей и избежанием конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance — CSMA/CA), аналогичный применяемому в сетях 802.1 lb.

Появление в марте 2001 г. спецификаций HomeRF 2.0 позволило увеличить мак­симальную скорость передачи с 2 до 10 Мбит/сек. По заявлениям членов консор­циума HomeRF, следующие версии спецификаций будут поддерживать скорость передачи до 20 Мбит/сек.

В таблице 1.4 приведены рабочие характеристики изделий на основе технологии HomeRF 2.0 [10].

Таблица 1.4. Рабочие характеристики технологии HomeRF 2.0

Особенность/Функция	Характеристика
Тип связи	Расширение спектра (скачкообразная перестройка частоты)
Диапазон частот	ISM диапазон 2.4 ГГц
Мощность передачи	100 мВт
Скорость передачи данных	10 Мбит/сек
Дальность	Охватывает обычный дом и двор
Количество устройств в сети	До 127 устройств в сети
Голосовые каналы	До шести (6)
Защита данных	Алгоритмы кодирования Blowfish (более 1 триллиона кодов)
Адресация	Каждое устройство имеет 48-битный MAC адрес, который используется для установления соединения с другим устройством

Беспроводные сети HomeRF могут иметь максимум 127 узлов. Узлы могут быть четырех основных типов:

•     Точка соединения для поддержки услуг передачи голоса и данных

•     Речевой терминал, который использует TDMA-доступ для связи с базовой
станцией

•     Узел данных, который использует CSMA/CA-доступ для связи с базовой
станцией и другими узлами данных

•     Интегральный   узел,   который   может   использовать   как   TDMA,   так   и
CSMA/CA.

Системы SWAP могут работать либо как сети с произвольной структурой, либо как сети под управлением точки соединения, где поддерживается только передача данных, все станции равноправны и управление сетью распределено между станци­ями.

Возможно, потребители захотят использовать как устройства HomeRF, так и Bluetooth. Несмотря на ключевые различия между беспроводными технологиями HomeRF и Bluetooth, некоторыми компаниями (в частности, Texas Instruments) прилагаются усилия для создания двухрежимной системы, которая позволит уст­ройству динамически переключаться с HomeRF на Bluetooth, и наоборот.

1.21.

---

---